เอนเทอโรไทป์คือการจำแนกประเภทของสิ่งมีชีวิตโดยอิงจากระบบ นิเวศแบคทีเรีย ในไมโครไบโอมในลำไส้ของมนุษย์ โดยไม่ขึ้นอยู่กับอายุ เพศ น้ำหนักตัว หรือการแบ่งกลุ่มประเทศ^{[ 29 ]}มีข้อบ่งชี้ว่าอาหารในระยะยาวมีอิทธิพลต่อเอนเทอโรไทป์^{[ 30 ]}มีการเสนอเอนเทอโรไทป์ของมนุษย์ 3 แบบ^{[ 29 ] [ 31 ]}แต่คุณค่าของพวกมันถูกตั้งคำถาม^{[ 32 ]}

เชื้อรายังเป็นส่วนหนึ่งของจุลินทรีย์ในลำไส้ด้วย แต่ข้อมูลเกี่ยวกับกิจกรรมของพวกมันยังน้อย^{[ 44 ]}

เนื่องจากเชื้อรามีอยู่แพร่หลายในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ การระบุว่าสกุลและชนิดใดเป็นสมาชิกถาวรของไมโคไบโอม ในลำไส้ จึงเป็นเรื่องยาก^{[ 45 ] [ 46 ]}กำลังมีการวิจัยว่าPenicilliumเป็นสมาชิกถาวรหรือชั่วคราวของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่ได้รับจากแหล่งอาหาร เช่นชีสแม้ว่าหลายชนิดในสกุลนี้จะทราบกันว่าสามารถอยู่รอดได้ที่อุณหภูมิประมาณ 37  °C ซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิแกนกลางของร่างกาย^{[ 46 ]} Saccharomyces cerevisiaeหรือยีสต์เบียร์ เป็นที่ทราบกันว่าสามารถเข้าสู่ลำไส้ได้หลังจากรับประทานเข้าไป และอาจเป็นสาเหตุของอาการauto-brewery syndromeในกรณีที่มีปริมาณมากเกินไป^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}ในขณะที่Candida albicansน่าจะเป็นสมาชิกถาวร และเชื่อว่าได้รับมาตั้งแต่เกิดผ่านการถ่ายทอดทางแนวตั้ง^{[ 49 ]}

ไวรัสในร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยไวรัสทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับร่างกายมนุษย์ ตั้งแต่ไวรัสที่ติดเชื้อเซลล์ดั้งเดิมไปจนถึงแบคทีริโอเฟจที่ติดเชื้อแบคทีเรียในไมโครไบโอม ในบรรดาไวรัสเหล่านี้แบคทีริโอเฟจมีจำนวนมากที่สุด^{[ 50 ]}

มีรูปแบบทั่วไปของการวิวัฒนาการองค์ประกอบของไมโครไบโอมในช่วงชีวิต^{[ 51 ]}โดยทั่วไป ความหลากหลายขององค์ประกอบจุลินทรีย์ในตัวอย่างอุจจาระจะสูงกว่าในผู้ใหญ่มากกว่าในเด็ก แม้ว่าความแตกต่างระหว่างบุคคลจะสูงกว่าในเด็กมากกว่าในผู้ใหญ่ก็ตาม^{[ 52 ]}การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ไปสู่รูปแบบที่คล้ายกับผู้ใหญ่ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงสามปีแรกของชีวิต^{[ 52 ]}

เมื่อองค์ประกอบของไมโครไบโอมเปลี่ยนแปลง องค์ประกอบของโปรตีนแบคทีเรียที่ผลิตในลำไส้ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ในไมโครไบโอมของผู้ใหญ่ พบว่ามีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการหมักการสร้างมีเทนและการเผาผลาญอาร์จินีนกลูตาเมตแอสปาร์เทตและไลซีน ในปริมาณมาก ในทางตรงกันข้าม ในไมโครไบโอมของทารก เอนไซม์ที่เด่นจะเกี่ยวข้องกับ การเผาผลาญ ซิสเทอีนและเส้นทางการหมัก^{[ 52 ]}

องค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดทางภูมิศาสตร์ของประชากร การเปลี่ยนแปลงในความสมดุลของPrevotellaการแสดงออกของ ยีน ยูรี เอส และการแสดงออกของยีนที่เข้ารหัสกลูตาเมตซินเทส/การย่อยสลาย หรือเอนไซม์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายกรดอะมิโนหรือการสังเคราะห์วิตามิน แสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างประชากรจากสหรัฐอเมริกามาลาวีหรือชนพื้นเมืองอเมริกัน^{[ 52 ]}

ประชากรในสหรัฐอเมริกามีเอนไซม์ที่เข้ารหัสการย่อยสลายกลูตามีนและเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์วิตามินและกรดไลโปอิกในปริมาณสูง ในขณะที่ประชากรในมาลาวีและชนพื้นเมืองอเมริกันมีเอนไซม์ที่เข้ารหัสกลูตาเมตซินเทสในปริมาณสูง และพวกเขายังมีα-อะไมเลส ในปริมาณมากเกินไป ในจุลินทรีย์ในลำไส้ เนื่องจากประชากรในสหรัฐอเมริกามีอาหารที่อุดมไปด้วยไขมันมากกว่าประชากรชนพื้นเมืองอเมริกันหรือมาลาวีซึ่งมีอาหารที่อุดมไปด้วยข้าวโพด ดังนั้นอาหารจึงน่าจะเป็นปัจจัยหลักในการกำหนดองค์ประกอบของแบคทีเรียในลำไส้^{[ 52 ]}

การศึกษาเพิ่มเติมชี้ให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมากในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ระหว่างเด็กชาวยุโรปและเด็กในชนบทของแอฟริกา แบคทีเรียในอุจจาระของเด็กจากฟลอเรนซ์ถูกนำมาเปรียบเทียบกับแบคทีเรียในอุจจาระของเด็กจากหมู่บ้านเล็กๆ ในชนบทของบูลปอนในบูร์กินาฟาโซอาหารของเด็กทั่วไปที่อาศัยอยู่ในหมู่บ้านนี้ส่วนใหญ่ขาดไขมันและโปรตีนจากสัตว์ และอุดมไปด้วยโพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีนจากพืช แบคทีเรียในอุจจาระของเด็กชาวยุโรปส่วนใหญ่เป็นFirmicutesและแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายทางชีวภาพที่ลดลงอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่แบคทีเรียในอุจจาระของเด็กบูลปอนส่วนใหญ่เป็นBacteroidetesความหลากหลายทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้นและองค์ประกอบที่แตกต่างกันของจุลินทรีย์ในลำไส้ในประชากรชาวแอฟริกาอาจช่วยในการย่อยโพลีแซ็กคาไรด์จากพืชที่ไม่สามารถย่อยได้ตามปกติ และอาจส่งผลให้ลดอุบัติการณ์ของโรคในลำไส้ใหญ่ที่ไม่ติดเชื้อได้^{[ 53 ]}การศึกษาเกี่ยวกับประชากรนักล่าและเก็บเกี่ยวได้แสดงให้เห็นเพิ่มเติมถึงผลกระทบของกลยุทธ์การดำรงชีพต่อองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ การวิจัยเกี่ยวกับชาวฮัดซา ซึ่งเป็นชุมชนนักล่าและเก็บเกี่ยวในแทนซาเนีย พบว่ามีความหลากหลายของจุลินทรีย์มากกว่ากลุ่มควบคุมชาวอิตาลีอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ เช่นTreponema , PrevotellaและBacteroidetes ที่ยังไม่ได้รับการจำแนกประเภท ซึ่งเกี่ยวข้องกับการหมักอาหารจากพืชที่มีเส้นใย^{[ 54 ]}ในทำนองเดียวกัน การวิเคราะห์ไมโครไบโอมในลำไส้ของชาวอเมริกันพื้นเมืองยาโนมามิในเวเนซุเอลา ซึ่งเป็นชุมชนที่ไม่มีบันทึกการติดต่อกับประชากรตะวันตกมาก่อน พบว่ามีความหลากหลายของแบคทีเรียในระดับสูงสุดที่บันทึกไว้ในกลุ่มมนุษย์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการพัฒนาอุตสาหกรรมและอาหารตะวันตกมีความเกี่ยวข้องกับการสูญเสียความหลากหลายของจุลินทรีย์ดั้งเดิมอย่างต่อเนื่อง^{[ 55 ]}

ในระดับที่เล็กกว่านั้น พบว่าการได้รับประสบการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมร่วมกันในครอบครัวเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดองค์ประกอบของไมโครไบโอมของแต่ละบุคคล ผลกระทบนี้ไม่มีอิทธิพลทางพันธุกรรม และพบเห็นได้อย่างสม่ำเสมอในประชากรที่มีวัฒนธรรมแตกต่างกัน^{[ 52 ]}

นักวิจัยจาก American Gut Project และ Human Microbiome Project พบว่าจุลินทรีย์ 12 ตระกูลมีความแตกต่างกันในปริมาณมากตามเชื้อชาติหรือชาติพันธุ์ของแต่ละบุคคล ความแข็งแกร่งของความสัมพันธ์เหล่านี้มีข้อจำกัดเนื่องจากขนาดตัวอย่างเล็ก: American Gut Project รวบรวมข้อมูลจากบุคคล 1,375 คน ซึ่ง 90% เป็นคนผิวขาว^{[ 60 ]}การศึกษา Healthy Life in an Urban Setting (HELIUS) ในอัมสเตอร์ดัมพบว่าผู้ที่มีเชื้อสายดัตช์มีระดับความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้สูงที่สุด ในขณะที่ผู้ที่มีเชื้อสายเอเชียใต้และซูรินามมีความหลากหลายต่ำที่สุด ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าบุคคลที่มีเชื้อชาติหรือชาติพันธุ์เดียวกันมีจุลินทรีย์ที่คล้ายคลึงกันมากกว่าบุคคลที่มีเชื้อชาติแตกต่างกัน^{[ 60 ]}

ณ ปี 2020 มีการศึกษาอย่างน้อยสองชิ้นที่แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างสถานะทางเศรษฐกิจและสังคม (SES) ของแต่ละบุคคลกับจุลินทรีย์ในลำไส้ การศึกษาในชิคาโกพบว่าบุคคลในย่านที่มี SES สูงกว่ามีความหลากหลายของจุลินทรีย์มากกว่า นอกจากนี้ ผู้คนจากย่านที่มี SES สูงกว่ายังมี แบคทีเรีย Bacteroides มากขึ้น ในทำนองเดียวกัน การศึกษาแฝดในสหราชอาณาจักรพบว่า SES ที่สูงขึ้นยังเชื่อมโยงกับความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่มากขึ้นด้วย^{[ 60 ]}

จากการศึกษาในปี 2023 พบว่ายาปฏิชีวนะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งยาที่ใช้ในการรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียในวงกว้าง มีผลเสียต่อจุลินทรีย์ในลำไส้^{[ 61 ]}การศึกษายังระบุอีกว่าผู้เชี่ยวชาญด้านสุขภาพลำไส้หลายคนกังวลว่าการใช้ยาปฏิชีวนะทำให้ความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ลดลง สายพันธุ์จำนวนมากสูญหายไป และหากมีการกลับมาของแบคทีเรียอีกครั้ง ก็จะเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปและใช้เวลานาน^{[ 61 ]}

ชุมชนจุลินทรีย์ในลำไส้มีบทบาทโดยตรงในการป้องกันเชื้อโรคโดยการเข้าไปตั้งรกรากในพื้นที่อย่างเต็มที่ ใช้สารอาหารที่มีอยู่ทั้งหมด และหลั่งสารประกอบที่เรียกว่าไซโตไคน์ซึ่งจะฆ่าหรือยับยั้งจุลินทรีย์ที่ไม่พึงประสงค์ที่อาจแย่งชิงสารอาหารกับจุลินทรีย์ใน ลำไส้ ^{[ 65 ]}แบคทีเรียในลำไส้สายพันธุ์ต่างๆ ทำให้เกิดการผลิตไซโตไคน์ที่แตกต่างกัน ไซโตไคน์เป็นสารประกอบทางเคมีที่ระบบภูมิคุ้มกันของเราสร้างขึ้นเพื่อเริ่มต้นการตอบสนองการอักเสบต่อการติดเชื้อ การรบกวนจุลินทรีย์ในลำไส้ทำให้จุลินทรีย์ที่แข่งขันกัน เช่นClostridioides difficileสามารถเข้ามาตั้งรกรากได้ ซึ่งปกติแล้วจะถูกยับยั้งไว้^{[ 65 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกจะคล้ายกับของผู้ใหญ่ภายใน 1-2 ปีหลังคลอด^{[ 14 ]}เมื่อจุลินทรีย์ในลำไส้ก่อตัวขึ้น เยื่อบุของลำไส้ – เยื่อบุผิวลำไส้และเยื่อเมือกที่หลั่งออกมา – จะพัฒนาความสัมพันธ์แบบ พึ่งพาอาศัย กันกับจุลินทรีย์^{[ 14 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์โกเบล็ตที่สร้างเยื่อเมือกจะเพิ่มจำนวนขึ้น และชั้นเยื่อเมือกจะหนาขึ้น ทำให้มีชั้นเยื่อเมือกด้านนอกที่จุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์สามารถยึดเกาะและหาอาหารได้ และชั้นด้านในที่จุลินทรีย์เหล่านี้ไม่สามารถแทรกซึมเข้าไปได้^{[ 14 ] [ 15 ]}นอกจากนี้ การพัฒนาของเนื้อเยื่อน้ำเหลืองที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ (GALT) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อบุผิวลำไส้และตรวจจับและตอบสนองต่อเชื้อโรค จะพัฒนาขึ้นในช่วงเวลาที่จุลินทรีย์ในลำไส้ก่อตัวขึ้น^{[ 14 ]} GALT ที่พัฒนาขึ้นนั้นทนต่อสายพันธุ์จุลินทรีย์ในลำไส้ แต่ไม่ทนต่อจุลินทรีย์อื่นๆ^{[ 14 ]} GALT มักจะทนต่ออาหารที่ทารกบริโภค และเมตาโบไลต์ ของจุลินทรีย์ในลำไส้ (โมเลกุลที่เกิดจากการเผาผลาญ) ที่ผลิตจากอาหาร^{[ 14 ]}

ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์สร้างไซโตไคน์ที่สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้สร้างการอักเสบเพื่อปกป้องตัวเอง และสามารถลดการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันเพื่อรักษาสภาวะสมดุลและช่วยให้เกิดการรักษาหลังจากการบาดเจ็บหรือความเสียหาย^{[ 14 ]}พบว่าแบคทีเรียหลายชนิดที่พบในจุลินทรีย์ในลำไส้สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้สร้างไซโตไคน์ได้อย่างเลือกสรร ตัวอย่างเช่นBacteroides fragilisและClostridia บาง ชนิดดูเหมือนจะกระตุ้นการตอบสนองต่อต้านการอักเสบ ในขณะที่แบคทีเรียเส้นใยแบบแบ่งส่วน บางชนิด กระตุ้นการผลิตไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ^{[ 14 ] [ 66 ]}จุลินทรีย์ในลำไส้ยังสามารถควบคุมการผลิตแอนติบอดีโดยระบบภูมิคุ้มกัน ได้อีกด้วย ^{[ 14 ] [ 67 ]}หน้าที่หนึ่งของการควบคุมนี้คือการทำให้เซลล์ Bเปลี่ยนคลาสเป็นIgAในกรณีส่วนใหญ่ เซลล์ B ต้องการการกระตุ้นจากเซลล์ T helperเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนคลาสอย่างไรก็ตาม ในอีกเส้นทางหนึ่ง จุลินทรีย์ในลำไส้ทำให้เกิด การส่งสัญญาณ NF-kBโดยเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้ ซึ่งส่งผลให้มีการหลั่งโมเลกุลส่งสัญญาณเพิ่มเติม^{[ 68 ]}โมเลกุลส่งสัญญาณเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ B เพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนคลาสเป็น IgA ^{[ 68 ]} IgA เป็นแอนติบอดีชนิดสำคัญที่ใช้ในสภาพแวดล้อมของเยื่อเมือก เช่น ลำไส้ มีการแสดงให้เห็นว่า IgA สามารถช่วยเพิ่มความหลากหลายของชุมชนในลำไส้และช่วยกำจัดแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดการอักเสบ^{[ 69 ]}ในที่สุด IgA ก็รักษาสภาพแวดล้อมที่ดีระหว่างโฮสต์และแบคทีเรียในลำไส้^{[ 69 ]}ไซโตไคน์และแอนติบอดีเหล่านี้สามารถมีผลกระทบภายนอกลำไส้ ในปอดและเนื้อเยื่ออื่นๆ^{[ 14 ]}

การทบทวนในปี 2022 ระบุว่ากลไกต่างๆ อยู่ระหว่างการวิจัยเบื้องต้นเพื่อประเมินว่าจุลินทรีย์ในลำไส้อาจปรับเปลี่ยนภูมิคุ้มกันของวัคซีน ได้อย่างไร รวมถึงผลกระทบต่อการนำเสนอแอนติเจนและโปรไฟล์ไซโตไคน์^{[ 70 ]}

การเผาผลาญทริปโตเฟนโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์( วี ที อี ) ทริปโตแฟน คลอสทริเดียมสปอโรจีนส์ แลคโต- บาซิลลี แบคทีเรียที่สร้างเอนไซม์ทริปโตฟาเนส ไอพีเอ ไอ3เอ อินโดล ตับ สมอง ไอพีเอ ไอ3เอ อินโดล อินดอกซิลซัลเฟต เอเอสที-120 อาห์อาร์ เซลล์ภูมิคุ้มกันในลำไส้ เยื่อบุลำไส้ พีเอ็กซ์อาร์ การรักษาสมดุลของเยื่อเมือก: ↓ TNF-α ↑ mRNA ที่ เข้ารหัสโปรตีนเชื่อมต่อ เซลล์ L จีแอลพี-1 ทีเจ สารปกป้องระบบประสาท : ลดการกระตุ้นของเซลล์เกลียและแอสโทรไซต์ลดระดับ4-ไฮดรอกซี-2-โนเนนัลลดความเสียหายของดีเอ็นเอ – สารต้านอนุมูลอิสระ – ยับยั้งการก่อตัวของเส้นใยเบต้า-อะไมลอยด์ รักษาการทำงานของเยื่อบุ: เพิ่มการผลิตIL-22 เกี่ยวข้องกับโรคหลอดเลือด : ↑ ภาวะเครียดออกซิเดชัน ↑ การเพิ่มจำนวนของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ ↑ ความหนาและการเกิดหินปูนของผนังหลอดเลือดแดงใหญ่ เกี่ยวข้องกับโรคไตเรื้อรัง : ↑ การทำงานของไตบกพร่อง – สารพิษยูเรมิค ไต แผนภาพนี้แสดงการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ( อินโดลและอนุพันธ์อื่นๆ บางชนิด) จากทริปโตเฟนโดยแบคทีเรียในลำไส้[ 71 ]อินโดลถูกผลิตขึ้นจากทริปโตเฟนโดยแบคทีเรียที่แสดงออกถึงทริปโตเฟเนส [ 71 ] Clostridium sporogenesเผาผลาญทริปโตเฟนเป็นอินโดลและต่อมาเป็นกรด3-อินโดลโพรพิโอนิก (IPA) [ 72 ] ซึ่งเป็น สารต้านอนุมูลอิสระ ที่มีฤทธิ์ปกป้องระบบประสาทสูงและ กำจัดอนุมูล ไฮดรอกซิล[ 71 ] [ 73 ] [ 74 ] IPA จับกับตัวรับเพรกเนน X (PXR) ในเซลล์ลำไส้ จึงช่วยอำนวยความ สะดวกในการรักษาสมดุลของเยื่อบุและหน้าที่ของเยื่อกั้น[ 71 ]หลังจากดูดซึมจากลำไส้และกระจายไปยังสมอง IPA จะให้ผลในการปกป้องระบบประสาทจากภาวะสมองขาดเลือดและโรคอัลไซเมอร์[ 71 ] แบคทีเรียสกุล Lactobacillaceae ( Lactobacillus s.l. ) จะเผาผลาญทริปโตเฟนเป็นอินโดล-3-อัลดีไฮด์ (I3A) ซึ่งออกฤทธิ์ต่อตัวรับอะริลไฮโดรคาร์บอน (AhR) ในเซลล์ภูมิคุ้มกันในลำไส้ ส่งผลให้มี การผลิต อินเตอร์ลิวคิน 22 (IL-22) เพิ่มขึ้น [ 71 ]อินโดลเองจะกระตุ้นการหลั่งของกลูคากอนไลค์เปปไทด์-1 (GLP-1) ในเซลล์ L ของลำไส้และทำหน้าที่เป็นลิแกนด์สำหรับ AhR [ 71 ]อินโดลยังสามารถถูกเผาผลาญโดยตับเป็นอินดอกซิลซัลเฟตซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นพิษในความเข้มข้นสูงและเกี่ยวข้องกับโรคหลอดเลือดและภาวะไตทำงานผิดปกติ[ 71 ] AST-120 ( ถ่านกัมมันต์ ) ซึ่งเป็นสารดูดซับ ในลำไส้ ที่รับประทานทางปาก จะ ดูดซับอินโดล ส่งผลให้ความเข้มข้นของอินดอกซิลซัลเฟตในพลาสมาในเลือดลดลง[ 71 ]

หากปราศจากจุลินทรีย์ในลำไส้ ร่างกายมนุษย์จะไม่สามารถใช้ประโยชน์จากคาร์โบไฮเดรต ที่ไม่ถูกย่อยบางส่วนที่ บริโภคเข้าไปได้ เนื่องจากจุลินทรีย์ในลำไส้บางชนิดมีเอนไซม์ที่เซลล์มนุษย์ขาดในการย่อยสลายโพลีแซ็กคาไรด์บาง ชนิด ^{[ 16 ]}หนูที่เลี้ยงใน สภาพแวดล้อม ที่ปลอดเชื้อและขาดจุลินทรีย์ในลำไส้จำเป็นต้องกินแคลอรี่ เพิ่มขึ้น 30% เพื่อรักษาน้ำหนักให้เท่ากับหนูปกติ^{[ 16 ]}คาร์โบไฮเดรตที่มนุษย์ไม่สามารถย่อยได้หากปราศจากความช่วยเหลือจากแบคทีเรีย ได้แก่แป้ง บางชนิด ไฟเบอร์โอลิโกแซ็กคาไรด์และน้ำตาลที่ร่างกายไม่สามารถย่อยและดูดซึมได้ เช่นแลคโตสในกรณีของภาวะไม่ทนต่อแลคโตสและแอลกอฮอล์น้ำตาลเมือกที่ผลิตโดยลำไส้ และโปรตีน^{[ 11 ] [ 16 ]}

แบคทีเรียเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตที่พวกมันหมักให้เป็นกรดไขมันสายสั้นโดยกระบวนการหมักชนิดหนึ่งที่เรียกว่าการหมักแบบแซคคาโรไลติก [ ^{41 ] ผลิตภัณฑ์}ได้แก่กรดอะซิติกกรดโพรพิโอนิกและกรดบิวทิริก [ ^{8 ] [ 41 ] สาร}เหล่านี้สามารถนำไปใช้โดยเซลล์เจ้าบ้าน ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานและสารอาหารที่สำคัญ^{[ 41 ]}ก๊าซ (ซึ่งเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณ^{[ 75 ]}และอาจทำให้เกิดอาการท้องอืด ) และกรดอินทรีย์เช่นกรดแลคติกก็ถูกผลิตขึ้นจากการหมักเช่นกัน^{[ 8 ]}กรดอะซิติกถูกนำไปใช้โดยกล้ามเนื้อกรดโพรพิโอนิกช่วยให้ตับผลิตATPและกรดบิวทิริกให้พลังงานแก่เซลล์ในลำไส้^{[ 41 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ยังสังเคราะห์วิตามิน เช่นไบโอตินและโฟเลตและช่วยในการดูดซึมแร่ธาตุจากอาหารรวมถึงแมกนีเซียม แคลเซียม และเหล็ก^{[ 7 ] [ 24 ]} Methanobrevibacter smithiiมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เนื่องจากไม่ใช่แบคทีเรียชนิดหนึ่ง แต่เป็นสมาชิกของโดเมนArchaeaและเป็น อาร์เคียชนิดที่ผลิต มีเทน ได้มากที่สุด ในจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์^{[ 76 ]}

Gut microbiota also serve as a source of vitamins K and B, which are not produced by the body or produced in little amount.^[77][78]

จุลินทรีย์ในลำไส้มีส่วนช่วยในการย่อยอาหารและการปรับภูมิคุ้มกัน เนื่องจากมีบทบาทในแกนลำไส้-สมอง ซึ่งเมตาโบไลต์ของจุลินทรีย์ เช่น กรดไขมันสายสั้นและสารสื่อประสาท มีอิทธิพลต่อการทำงานของสมองและพฤติกรรม แกนลำไส้-สมองคือการส่งสัญญาณทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างทางเดินอาหารและระบบประสาทส่วนกลาง [ ^{63 ] คำ}นี้ได้รับการขยายให้รวมถึงบทบาทของจุลินทรีย์ในลำไส้ในการทำงานร่วมกัน บางครั้งมีการใช้คำว่า "แกนจุลินทรีย์-สมอง" เพื่ออธิบายแบบแผนที่รวมถึงจุลินทรีย์ในลำไส้อย่างชัดเจน^{[ 63 ] [ 109 ] [ 110 ]}โดยทั่วไปแล้ว แกนลำไส้-สมอง ประกอบด้วยระบบประสาทส่วนกลาง ระบบประสาทต่อมไร้ท่อและระบบ ประสาท ภูมิคุ้มกัน รวมถึงแกน ไฮโปทาลามัส-ต่อมใต้สมอง-ต่อมหมวกไต (แกน HPA) แขนซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติกของระบบประสาทอัตโนมัติรวมถึงระบบประสาทเอนเทอริกเส้นประสาทเวกัสและจุลินทรีย์ใน ลำไส้ ^{[ 63 ] [ 110 ]}

การทบทวนอย่างเป็นระบบในปี 2016 ของการศึกษาทางคลินิกก่อนการทดลองและการทดลองในมนุษย์ขนาดเล็กที่ดำเนินการกับแบคทีเรียโปรไบโอติกบางสายพันธุ์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ พบว่าสกุลBifidobacteriumและLactobacillus ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarumและL. casei ) มีความน่าสนใจสำหรับ ความผิด ปกติของระบบประสาทส่วนกลาง บางประการ ^{[ 18 ]}

การเปลี่ยนแปลงจำนวนแบคทีเรียในลำไส้ เช่น การรับประทานยาปฏิชีวนะแบบออกฤทธิ์กว้างอาจส่งผลต่อสุขภาพและความสามารถในการย่อยอาหารของโฮสต์^{[ 111 ]}ยาปฏิชีวนะสามารถทำให้เกิดอาการท้องเสียที่เกิดจากยาปฏิชีวนะได้โดยการระคายเคืองลำไส้โดยตรง เปลี่ยนแปลงระดับของจุลินทรีย์ หรือทำให้ แบคทีเรีย ก่อโรคเจริญเติบโต^{[ 8 ]}ผลเสียอีกประการหนึ่งของยาปฏิชีวนะคือ การเพิ่มขึ้นของจำนวนแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะที่พบหลังจากการใช้ยา ซึ่งเมื่อแบคทีเรียเหล่านี้บุกรุกเข้าสู่ร่างกายโฮสต์ จะทำให้เกิดโรคที่รักษาได้ยากด้วยยาปฏิชีวนะ^{[ 111 ]}

การเปลี่ยนแปลงจำนวนและชนิดของจุลินทรีย์ในลำไส้สามารถลดความสามารถของร่างกายในการหมักคาร์โบไฮเดรตและเผาผลาญ กรด น้ำดีซึ่งอาจทำให้เกิดอาการท้องเสียได้ คาร์โบไฮเดรตที่ไม่ถูกย่อยอาจดูดซับน้ำมากเกินไปและทำให้อุจจาระเหลว หรือการขาด SCFA ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ในลำไส้อาจทำให้เกิดอาการท้องเสียได้^{[ 8 ]}

การลดลงของระดับแบคทีเรียพื้นเมืองยังขัดขวางความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่เป็นอันตราย เช่นC. difficileและSalmonella Kedougou และแบคทีเรียเหล่านี้อาจเพิ่มจำนวนมากเกินไป แม้ว่าการเพิ่มจำนวนมากเกินไปอาจเป็นเพียงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญและไม่ใช่สาเหตุที่แท้จริงของอาการท้องเสีย^{[ 7 ] [ 8 ] [ 111 ]}โปรโตคอลการรักษาที่กำลังพัฒนาสำหรับการติดเชื้อ C. difficile เกี่ยวข้องกับการปลูกถ่ายจุลินทรีย์ในอุจจาระจากอุจจาระของผู้บริจาค (ดูการปลูกถ่ายอุจจาระ ) ^{[ 112 ]}รายงานเบื้องต้นเกี่ยวกับการรักษาระบุอัตราความสำเร็จที่ 90% โดยมีผลข้างเคียงน้อย ประสิทธิภาพคาดว่าจะเกิดจากการฟื้นฟูสมดุลของแบคทีเรียในกลุ่ม bacteroides และ firmicutes ^{[ 113 ]}

องค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ยังเปลี่ยนแปลงไปในภาวะเจ็บป่วยรุนแรง ไม่เพียงแต่เนื่องจากการใช้ยาปฏิชีวนะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยอื่นๆ เช่นภาวะขาดเลือดของลำไส้ การอดอาหาร และภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่อง ผลกระทบเชิงลบเหล่านี้ทำให้เกิดความสนใจในการกำจัดจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารแบบเลือกสรรซึ่งเป็นการรักษาเพื่อฆ่าเฉพาะแบคทีเรียที่ก่อโรคและช่วยให้แบคทีเรียที่แข็งแรงกลับคืนสู่สภาพเดิมได้^{[ 114 ]}

ยาปฏิชีวนะเปลี่ยนแปลงประชากรของจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารและอาจเปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ทางเมตาบอลิซึมภายในชุมชน ปรับเปลี่ยนการบริโภคแคลอรีโดยใช้คาร์โบไฮเดรต และส่งผลกระทบต่อสมดุลทางเมตาบอลิซึม ฮอร์โมน และภูมิคุ้มกันของโฮสต์โดยรวม^{[ 115 ]}

มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าการรับประทานโปรไบโอติกที่มี สายพันธุ์ Lactobacillusอาจช่วยป้องกันอาการท้องเสียที่เกิดจากยาปฏิชีวนะ และการรับประทานโปรไบโอติกที่มีSaccharomyces (เช่นSaccharomyces boulardii ) อาจช่วยป้องกัน การติดเชื้อ Clostridioides difficileหลังจากการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะแบบทั่วร่างกาย^{[ 116 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ของสตรีจะเปลี่ยนแปลงไปตาม ความคืบหน้าของ การตั้งครรภ์โดยการเปลี่ยนแปลงจะคล้ายคลึงกับที่พบในกลุ่มอาการเมตาบอลิกเช่น โรคเบาหวาน การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในลำไส้ไม่ก่อให้เกิดผลเสียใดๆ จุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกแรกเกิดจะคล้ายกับตัวอย่างของมารดาในไตรมาสแรก ความหลากหลายของไมโครไบโอมจะลดลงจากไตรมาสแรกถึงไตรมาสที่สาม ในขณะที่จำนวนของบางสายพันธุ์จะเพิ่มขึ้น^{[ 117 ] [ 118 ]}

โปรไบโอติกส์ประกอบด้วยจุลินทรีย์ ที่มีชีวิต เมื่อบริโภคเข้าไปแล้ว เชื่อกันว่าจะให้ประโยชน์ต่อสุขภาพโดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของไมโครไบโอม^{[ 119 ] [ 120 ] [ 121 ]}งานวิจัยในปัจจุบันสำรวจการใช้โปรไบโอติกส์เป็นวิธีในการฟื้นฟูสมดุลของจุลินทรีย์ในลำไส้โดยการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันและยับยั้งไซโตไคน์ที่ ก่อให้เกิดการอักเสบ ^{[ 119 ]}

ในส่วนของจุลินทรีย์ในลำไส้พรีไบโอติกส์ โดยทั่วไปเป็นสารประกอบ เส้นใยที่ไม่สามารถย่อยได้ซึ่งจะผ่านส่วนบนของระบบทางเดินอาหาร โดยไม่ถูกย่อย และกระตุ้นการเจริญเติบโตหรือกิจกรรมของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เป็นประโยชน์โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับจุลินทรีย์เหล่านั้น^{[ 41 ] [ 122 ]}

ซินไบโอติกส์หมายถึงส่วนผสมอาหารหรือผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่รวมโปรไบโอติกส์และพรีไบโอติกส์เข้าด้วยกันในรูปแบบของการทำงานร่วมกัน^{[ 123 ]}

คำว่า "ฟาร์มาไบโอติกส์" ถูกใช้ในความหมายต่างๆ กัน ได้แก่: สูตรยา (การผลิตแบบมาตรฐานที่สามารถได้รับการอนุมัติจากหน่วยงานกำกับดูแลให้เป็นยาได้) ของโปรไบโอ ติกส์ ^พรีไบโอติกส์หรือซินไบโอติกส์ [ ^{124 ]}โปรไบโอติกส์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมหรือปรับให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด (อายุการเก็บรักษา การอยู่รอดในระบบทางเดินอาหาร ฯลฯ) ^{[ 125 ]}และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติของการเผาผลาญจุลินทรีย์ในลำไส้ (วิตามิน ฯลฯ) ^{[ 126 ]}

มีหลักฐานบางอย่างที่แสดงว่าการรักษาด้วยแบคทีเรียโปรไบโอติกบางสายพันธุ์อาจมีประสิทธิภาพในการรักษาอาการลำไส้แปรปรวนโรคลำไส้อักเสบและอาการท้องอืด^{[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ]}จุลินทรีย์ที่น่าจะทำให้มีอาการลดลงมากที่สุด ได้แก่:

• บิฟิโดแบคทีเรียม เบรฟ
• บิฟิโดแบคทีเรียม อินแฟนติส
• เอ็นเทอโรค็อกคัส เฟเซียม
• แลคโตบาซิลลัส แพลนทารัม
• แลคโตบาซิลลัส รอยเทอรี
• แลคโตบาซิลลัส แรมโนซัส
• แลคโตบาซิลลัส ซาลิวาเรียส
• Propionibacterium freudenreichii
• แซคคาโรไมเซส บูลาร์ดี
• เอสเชอริเชีย โคลี นิสเซิล 1917
• สเตรปโตค็อกคัส เทอร์โมฟิลัส

การทดสอบว่ายาที่ไม่ใช่ยาปฏิชีวนะอาจส่งผลกระทบต่อแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ของมนุษย์หรือไม่นั้น ดำเนินการโดย การวิเคราะห์ ในหลอดทดลองกับยาที่วางจำหน่ายมากกว่า 1,000 รายการ เทียบกับแบคทีเรียในลำไส้ 40 สายพันธุ์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ายา 24% ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียอย่างน้อยหนึ่งสายพันธุ์^{[ 131 ]}

การติดเชื้อ Helicobacter pyloriสามารถกระตุ้นให้เกิดแผลในกระเพาะอาหารได้เมื่อแบคทีเรียแทรกซึมเข้าไปในเยื่อบุผิวของกระเพาะอาหาร ทำให้เกิดการตอบสนองการอักเสบแบบฟาโกไซโตซิส [ ^{132 ] การ}อักเสบจะทำลายเซลล์พาไรเอทัล ซึ่งจะปล่อยกรดไฮโดรคลอริก มากเกินไป ในกระเพาะอาหารและผลิตเมือกป้องกันน้อยลง ^{[ 133 ]}การบาดเจ็บต่อเยื่อบุของกระเพาะอาหารซึ่งนำไปสู่แผลเกิดขึ้นเมื่อกรดในกระเพาะอาหารทำลายคุณสมบัติการป้องกันของเซลล์และยับยั้ง การสังเคราะห์ โปรสตาแกลนดิน ภายใน ลดการหลั่งเมือกและไบคาร์บอเนต ลดการไหลเวียนของเลือดในเยื่อบุ และลดความต้านทานต่อการบาดเจ็บ ^{[ 133 ]}คุณสมบัติการป้องกันที่ลดลงของเยื่อบุของกระเพาะอาหารจะเพิ่มความเปราะบางต่อการบาดเจ็บและการเกิดแผลเพิ่มเติมจากกรดในกระเพาะอาหารเปปซินและเกลือน้ำดี ^{[ 132 ] [ 133 ]}

โดยปกติแล้วแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายอาจเป็นอันตรายต่อโฮสต์ได้หากหลุดออกจากทางเดินอาหาร^{[ 14 ] [ 15 ]}การเคลื่อนย้ายซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแบคทีเรียออกจากลำไส้ผ่าน เยื่อ บุผิวสามารถเกิดขึ้นได้ในโรคต่างๆ มากมาย^{[ 15 ]}หากลำไส้ทะลุ แบคทีเรียจะบุกรุกเข้าไปในเนื้อเยื่อระหว่างเซลล์ทำให้เกิดการติดเชื้อ ที่อาจถึงแก่ชีวิต ได้^{[ 5 ] : 715}

โรคอักเสบในลำไส้สองประเภทหลักได้แก่โรคโครห์นและลำไส้ใหญ่อักเสบ เรื้อรัง เป็นความผิดปกติของการอักเสบเรื้อรังของลำไส้ สาเหตุของโรคเหล่านี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และปัญหาเกี่ยวกับจุลินทรีย์ในลำไส้และความสัมพันธ์กับโฮสต์ถูกระบุว่าเป็นสาเหตุของภาวะเหล่านี้[ ^{17 ] [ 134 ] [ 135 ] [ 136 ] นอกจาก}นี้ ดูเหมือนว่าปฏิสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในลำไส้กับแกนลำไส้-สมองมีบทบาทใน IBD โดยความเครียดทางสรีรวิทยาที่ส่งผ่านทางแกนไฮโปทาลามัส-ต่อมใต้สมอง-ต่อมหมวก ไต จะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเยื่อบุลำไส้และจุลินทรีย์ในลำไส้ ซึ่งจะปล่อยปัจจัยและเมตาบอไลต์ที่กระตุ้นการส่งสัญญาณในระบบประสาทเอนเทอริกและเส้นประสาทเวกัส^{[ 4 ]}

ความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ดูเหมือนจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญในผู้ที่เป็นโรคลำไส้อักเสบเมื่อเทียบกับคนที่มีสุขภาพดี นอกจากนี้ ในผู้ที่เป็นโรคแผลในลำไส้ใหญ่ Proteobacteria และ Actinobacteria ดูเหมือนจะเด่นกว่า ในผู้ที่เป็นโรคโครห์นEnterococcus faeciumและ Proteobacteria หลายชนิดดูเหมือนจะมีจำนวนมากเกินไป^{[ 4 ]}

มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าการแก้ไขความไม่สมดุลของจุลินทรีย์ในลำไส้โดยการรับประทานโปรไบโอติกที่มีแลคโตบาซิลลัสและบิฟิโดแบคทีเรียสามารถลดอาการปวดในช่องท้องและการอักเสบในลำไส้ในผู้ป่วย IBD ได้^{[ 116 ]}

กลุ่มอาการลำไส้แปรปรวนเป็นผลมาจากความเครียดและการกระตุ้นแกน HPA อย่างเรื้อรัง อาการต่างๆ ได้แก่ ปวดท้อง การเปลี่ยนแปลงในการขับถ่าย และการเพิ่มขึ้นของไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ โดยรวมแล้ว การศึกษาพบว่าจุลินทรีย์ในลำไส้และเยื่อบุลำไส้มีการเปลี่ยนแปลงในผู้ป่วยกลุ่มอาการลำไส้แปรปรวน และการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับประเภทของการระคายเคือง เช่น ท้องเสียหรือท้องผูกนอกจากนี้ ยังพบว่าความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ลดลง โดยมีระดับแลคโตบาซิลลัสและบิฟิโดแบคทีเรียในอุจจาระต่ำ ระดับแบคทีเรียที่สามารถเจริญเติบโตได้ทั้งในสภาวะที่มีและไม่มีออกซิเจน สูง เช่นเอสเชอริเชีย โคไลและอัตราส่วนของ Firmicutes ต่อ Bacteroidetes เพิ่มขึ้น^{[ 110 ]}

สำหรับโรคหอบหืด มีสมมติฐานสองข้อที่ถูกเสนอขึ้นเพื่ออธิบายการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดโรคในประเทศพัฒนาแล้วสมมติฐานด้านสุขอนามัยระบุว่าเด็กในประเทศพัฒนาแล้วไม่ได้รับจุลินทรีย์มากพอ จึงอาจมีอัตราการเกิดของแบคทีเรียบางชนิดที่ทำหน้าที่ป้องกันต่ำกว่า^{[ 137 ]}สมมติฐานข้อที่สองมุ่งเน้นไปที่รูปแบบอาหารแบบตะวันตกซึ่งขาดธัญพืชและใยอาหาร และมี น้ำตาลเชิงเดี่ยวมากเกินไป^{[ 17 ]}ทั้งสองสมมติฐานต่างเห็นพ้องต้องกันในบทบาทของกรดไขมันสายสั้น (SCFAs) ในการปรับภูมิคุ้มกันเมตาโบไลต์จากการหมักของแบคทีเรียเหล่านี้มีส่วนเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณภูมิคุ้มกันที่ป้องกันการกระตุ้นของโรคหอบหืด และระดับ SCFA ที่ต่ำกว่ามีความสัมพันธ์กับโรคนี้^{[ 137 ] [ 138 ]}การขาดแบคทีเรียกลุ่มป้องกัน เช่นLachnospira , Veillonella , RothiaและFaecalibacteriumมีความเชื่อมโยงกับระดับ SCFA ที่ลดลง^{[ 137 ]}นอกจากนี้ SCFAs ยังเป็นผลผลิตจากการหมักใยอาหารโดยแบคทีเรีย ซึ่งมีปริมาณต่ำในอาหารตามแบบตะวันตก^{[ 17 ] [ 138 ]} SCFAs เป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้กับความผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกัน และในปี 2016 ถือเป็นหัวข้อวิจัยที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมาก^{[ 17 ]}สมมติฐานที่คล้ายกันนี้ยังถูกเสนอขึ้นเพื่ออธิบายการเพิ่มขึ้นของอาการแพ้อาหารและสารก่อภูมิแพ้อื่นๆ^{[ 139 ]}

ความเชื่อมโยงระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้กับโรคเบาหวานชนิดที่ 1ยังเชื่อมโยงกับกรดไขมันสายสั้น (SCFAs) เช่นบิวทิเรตและอะซิเตต อาหารที่ให้บิวทิเรตและอะซิเตตจากการหมักของแบคทีเรียแสดงให้เห็นการแสดงออก ของ T ^{[ 140 ]} เซลล์T ลดการทำงานของเซลล์ T effectorซึ่งจะช่วยลดการอักเสบในลำไส้^{[ 141 ]}บิวทิเรตเป็นแหล่งพลังงานสำหรับเซลล์ลำไส้ใหญ่ ดังนั้นอาหารที่มีบิวทิเรตจึงช่วยลดการซึมผ่านของลำไส้โดยการให้พลังงานเพียงพอสำหรับการสร้างtight junctions [ ^{142 ] นอกจาก}นี้ ยังพบว่าบิวทิเรตช่วยลดภาวะดื้อต่ออินซูลิน ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนจุลินทรีย์ในลำไส้ที่มีจุลินทรีย์ที่ผลิตบิวทิเรตต่ำอาจเพิ่มโอกาสในการเป็นโรคเบาหวานชนิดที่  2 [ ^{143 ] อาหาร}ที่มีบิวทิเรตอาจมีผลในการยับยั้งมะเร็งลำไส้ใหญ่และ ทวารหนักได้เช่นกัน ^{[ 142 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้มีความสำคัญต่อสุขภาพของโฮสต์เป็นอย่างมาก เนื่องจากมีบทบาทในการย่อยสลายโพลีแซ็กคาไรด์ที่ไม่สามารถย่อยได้ (การหมักแป้งที่ทนต่อการย่อย โอลิโกแซ็กคาไรด์ อินูลิน) เสริมสร้างความสมบูรณ์ของลำไส้หรือสร้างเยื่อบุผิวลำไส้ เก็บเกี่ยวพลังงาน ป้องกันเชื้อโรค และควบคุมภูมิคุ้มกันของโฮสต์^{[ 144 ] [ 145 ]}

การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบของแบคทีเรียในลำไส้ของผู้ป่วยเบาหวานมีการเปลี่ยนแปลง โดยมีระดับของLactobacillus gasseri , Streptococcus mutansและสมาชิก Clostridiales เพิ่มขึ้น ในขณะที่แบคทีเรียที่ผลิตบิวทิเรต เช่นRoseburia intestinalisและFaecalibacterium prausnitzii ลดลง ^{[ 146 ] [ 147 ]}การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากหลายปัจจัย เช่น การใช้ยาปฏิชีวนะในทางที่ผิด อาหาร และอายุ

การลดลงของการผลิตบิวทิเรตเกี่ยวข้องกับความบกพร่องในการซึมผ่านของลำไส้ ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะเอนโดท็อกซีเมีย ซึ่งเป็นระดับลิโปโพลีแซคคาไรด์ที่หมุนเวียนเพิ่มขึ้นจากผนังเซลล์แบคทีเรียแกรมลบ พบว่าภาวะเอนโดท็อกซีเมียมีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาภาวะดื้อต่ออินซูลิน^{[ 146 ]}

นอกจากนี้ การผลิตบิวทิเรตยังส่งผลต่อระดับเซโรโทนิน^{[ 146 ]}ระดับเซโรโทนินที่สูงขึ้นมีส่วนทำให้เกิดโรคอ้วน ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นปัจจัยเสี่ยงต่อการเกิดโรคเบาหวาน

องค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์ถูกปรับเปลี่ยนโดยกรดน้ำดีในอาหาร^{[ 148 ] [ 149 ]} ดูเหมือนว่าจะมีความเชื่อมโยงทางเมตาบอลิซึมระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งและอาหารที่มีไขมันและเนื้อสัตว์สูง^{[ 150 ]} ในสัตว์ฟันแทะ ระดับกรดน้ำดี ที่สูงขึ้น ซึ่งผลิตโดยจุลินทรีย์ในลำไส้เพื่อตอบสนองต่ออาหารที่มีไขมันสูงนั้นสัมพันธ์กับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของมะเร็งลำไส้ใหญ่^{[ 149 ]} กรด น้ำดีรองดีออกซีโคลิกแอซิดซึ่งผลิตจากกรดน้ำดีหลักโคลิกแอซิดโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ มีระดับสูงขึ้นในลำไส้ใหญ่ของมนุษย์เพื่อตอบสนองต่ออาหารที่มีไขมันสูง^{[ 148 ] [ 149 ]} ในประชากรที่มีอุบัติการณ์ของมะเร็งลำไส้ใหญ่สูง ความเข้มข้นของกรดน้ำดีในอุจจาระ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดีออกซีโคลิกแอซิดที่ผลิตโดยการทำงานของจุลินทรีย์ในลำไส้ จะสูงกว่า^{[ 148 ] [ 149 ]}

การตั้งรกรากของจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์อาจเริ่มต้นตั้งแต่ก่อนเกิด^{[ 151 ]}มีปัจจัยหลายอย่างในสิ่งแวดล้อมที่ส่งผลต่อการพัฒนาของจุลินทรีย์ โดยรูปแบบการคลอดเป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีผลกระทบมากที่สุด^{[ 152 ]}

Another factor that has been observed to cause huge changes in the gut microbiota, particularly in children, is the use of antibiotics, associating with health issues such as higher BMI,^[153][154] and further an increased risk towards metabolic diseases such as obesity.^[155] In infants it was observed that amoxicillin and macrolides cause significant shifts in the gut microbiota characterized by a change in the bacterial classes Bifidobacteria, Enterobacteria and Clostridia.^[156] A single course of antibiotics in adults causes changes in both the bacterial and fungal microbiota, with even more persistent changes in the fungal communities.^[157] The bacteria and fungi live together in the gut and there is most likely a competition for nutrient sources present.^[158][159] Seelbinder et al. found that commensal bacteria in the gut regulate the growth and pathogenicity of Candida albicans by their metabolites, particularly by propionate, acetic acid and 5-dodecenoate.^[157]Candida has previously been associated with IBD^[160] and further it has been observed to be increased in non-responders to a biological drug, infliximab, given to IBD patients with severe IBD.^[161] Propionate and acetic acid are both short-chain fatty acids (SCFAs) that have been observed to be beneficial to gut microbiota health.^{[162][163][164]} When antibiotics affect the growth of bacteria in the gut, there might be an overgrowth of certain fungi, which might be pathogenic when not regulated.^[157]

จุลินทรีย์ในลำไส้ควบคุมการทำงานของอุปสรรคเลือด-สมอง (BBB) ​​ตลอดชีวิต อย่างน้อยก็ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากเมตาโบไลต์ของจุลินทรีย์^{[ 165 ]} BBB เป็นเยื่อที่ซึมผ่านได้แบบเลือกสรรซึ่งควบคุมการถ่ายโอนสารระหว่างระบบไหลเวียนโลหิตและเนื้อเยื่อสมองอย่างเข้มงวด^{[ 166 ]}ในระหว่างการพัฒนาหนูที่ปราศจากเชื้อโรคแสดงให้เห็นถึงการซึมผ่านของ BBB ที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่ระยะตัวอ่อนจนถึงวัยผู้ใหญ่โดยมีโปรตีนไทต์จังก์ชันลดลง ในขณะที่การตั้งรกรากของจุลินทรีย์ที่เจริญเต็มที่ช่วยฟื้นฟูการทำงานของอุปสรรคผ่าน SCFA เช่นบิวทิเรต [ ^{167 ] ผล}กระทบต่อการพัฒนานี้ยังคงอยู่ เนื่องจากหนูที่มีจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เกี่ยวข้องกับการคลอดก่อนกำหนดแสดงให้เห็นถึงการซึมผ่านของ BBB ที่มากเกินไปในช่วงต้นชีวิตและความบกพร่องทางสติปัญญา ในขณะที่หนูที่มีจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการคลอดครบกำหนดจะรักษา BBB ที่สมบูรณ์ไว้ได้^{[ 168 ]}ในระหว่างการสูงวัย องค์ประกอบของจุลินทรีย์ที่เปลี่ยนแปลงไปโดยมีอัตราส่วนFirmicutes / Bacteroidetes เพิ่มขึ้นมีความสัมพันธ์กับการทำงานของ BBB ที่บกพร่อง กิจกรรมของ P-glycoprotein ที่ลดลง และความบกพร่องทางสติปัญญา^{[ 169 ]}ผลกระทบเหล่านี้อาจเกิดจากสารเมตาบอไลต์ของจุลินทรีย์ รวมถึง SCFAs ที่ช่วยเสริมสร้างความสมบูรณ์ของเกราะป้องกัน และเมทิลอะมีนโดยที่ไตรเมทิลอะมีน N-ออกไซด์ช่วยปกป้องการทำงานของ BBB ในขณะที่ไตรเมทิลอะมีน ซึ่งเป็นสารตั้งต้น จะทำลายการทำงาน ดังกล่าว ^{[ 170 ] [ 171 ] [ 172 ] [ 173 ]}

The gut flora have been implicated in obesity and metabolic syndrome due to a key role in the digestive process; the Western pattern diet appears to drive and maintain changes in the gut flora that in turn change how much energy is derived from food and how that energy is used.^[136][174] One aspect of a healthy diet that is often lacking in the Western-pattern diet is fiber and other complex carbohydrates that a healthy gut flora require flourishing; changes to gut flora in response to a Western-pattern diet appear to increase the amount of energy generated by the gut flora which may contribute to obesity and metabolic syndrome.^[116] There is also evidence that microbiota influence eating behaviours based on the preferences of the microbiota, which can lead to the host consuming more food eventually resulting in obesity. It has generally been observed that with higher gut microbiome diversity, the microbiota will spend energy and resources on competing with other microbiota and less on manipulating the host. The opposite is seen with lower gut microbiome diversity, and these microbiotas may work together to create host food cravings.^[59]

Additionally, the liver plays a dominant role in blood glucose homeostasis by maintaining a balance between the uptake and storage of glucose through the metabolic pathways of glycogenesis and gluconeogenesis. Intestinal lipids regulate glucose homeostasis involving a gut–brain–liver axis. The direct administration of lipids into the upper intestine increases the long chain fatty acyl-coenzyme A (LCFA-CoA) levels in the upper intestines and suppresses glucose production even under subdiaphragmatic vagotomy or gut vagal deafferentation. This interrupts the neural connection between the brain and the gut and blocks the upper intestinal lipids' ability to inhibit glucose production. The gut–brain–liver axis and gut microbiota composition can regulate the glucose homeostasis in the liver and provide potential therapeutic methods to treat obesity and diabetes.^[175]

Just as gut flora can function in a feedback loop that can drive the development of obesity, there is evidence that restricting intake of calories (i.e., dieting) can drive changes to the composition of the gut flora.^[136]