เอนเทอโรไทป์คือการจำแนกประเภทของสิ่งมีชีวิตโดยอิงจากระบบ นิเวศแบคทีเรีย ในไมโครไบโอมในลำไส้ของมนุษย์ โดยไม่ขึ้นอยู่กับอายุ เพศ น้ำหนักตัว หรือการแบ่งกลุ่มประเทศ^{[ 28 ]}มีข้อบ่งชี้ว่าอาหารในระยะยาวมีอิทธิพลต่อเอนเทอโรไทป์^{[ 29 ]}มีการเสนอเอนเทอโรไทป์ของมนุษย์ 3 แบบ^{[ 28 ] [ 30 ]}แต่คุณค่าของพวกมันถูกตั้งคำถาม^{[ 31 ]}

เชื้อรายังเป็นส่วนหนึ่งของจุลินทรีย์ในลำไส้ด้วย แต่ข้อมูลเกี่ยวกับกิจกรรมของพวกมันยังน้อย^{[ 43 ]}

เนื่องจากเชื้อรามีอยู่แพร่หลายในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ การระบุว่าสกุลและชนิดใดเป็นสมาชิกถาวรของจุลินทรีย์ ในลำไส้ จึงเป็นเรื่องยาก^{[ 44 ] [ 45 ]}กำลังมีการวิจัยว่าPenicilliumเป็นสมาชิกถาวรหรือชั่วคราวของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่ได้รับจากแหล่งอาหาร เช่นชีสแม้ว่าหลายชนิดในสกุลนี้จะทราบกันว่าสามารถอยู่รอดได้ที่อุณหภูมิประมาณ 37  °C ซึ่งใกล้เคียงกับ อุณหภูมิ แกนกลางของร่างกาย^{[ 45 ]} Saccharomyces cerevisiaeหรือยีสต์ที่ใช้ทำเบียร์ เป็นที่ทราบกันว่าสามารถเข้าสู่ลำไส้ได้หลังจากรับประทานเข้าไป และอาจเป็นสาเหตุของอาการauto-brewery syndromeในกรณีที่มีปริมาณมากเกินไป^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}ในขณะที่Candida albicansน่าจะเป็นสมาชิกถาวร และเชื่อว่าได้รับมาตั้งแต่เกิดผ่านการถ่ายทอดจากแม่สู่ลูก^{[ 48 ]}

ไวรัสในร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยไวรัสทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับร่างกายมนุษย์ ตั้งแต่ไวรัสที่ติดเชื้อเซลล์ดั้งเดิมไปจนถึงแบคทีริโอเฟจที่ติดเชื้อแบคทีเรียในไมโครไบโอม ในบรรดาไวรัสเหล่านี้แบคทีริโอเฟจมีจำนวนมากที่สุด^{[ 49 ]}

มีรูปแบบทั่วไปของการวิวัฒนาการองค์ประกอบของไมโครไบโอมในช่วงชีวิต^{[ 50 ]}โดยทั่วไป ความหลากหลายขององค์ประกอบจุลินทรีย์ในตัวอย่างอุจจาระจะสูงกว่าในผู้ใหญ่มากกว่าในเด็ก แม้ว่าความแตกต่างระหว่างบุคคลจะสูงกว่าในเด็กมากกว่าในผู้ใหญ่ก็ตาม^{[ 51 ]}การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ไปสู่รูปแบบที่คล้ายกับผู้ใหญ่ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงสามปีแรกของชีวิต^{[ 51 ]}

เมื่อองค์ประกอบของไมโครไบโอมเปลี่ยนแปลง องค์ประกอบของโปรตีนแบคทีเรียที่ผลิตในลำไส้ก็จะเปลี่ยนแปลงไปด้วย ในไมโครไบโอมของผู้ใหญ่ พบว่ามีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการหมักการสร้างมีเทนและการเผาผลาญอาร์จินีนกลูตาเมตแอสปาร์เทตและไลซีน ในปริมาณมาก ในทางตรงกันข้าม ในไมโครไบโอมของทารก เอนไซม์ที่เด่นจะเกี่ยวข้องกับ การเผาผลาญ ซิสเทอีนและเส้นทางการหมัก^{[ 51 ]}

องค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดทางภูมิศาสตร์ของประชากร การเปลี่ยนแปลงในความสมดุลของPrevotellaการแสดงออกของ ยีน ยูรี เอส และการแสดงออกของยีนที่เข้ารหัสกลูตาเมตซินเทส/การย่อยสลาย หรือเอนไซม์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายกรดอะมิโนหรือการสังเคราะห์วิตามิน แสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างประชากรจากสหรัฐอเมริกามาลาวีหรือชนพื้นเมืองอเมริกัน^{[ 51 ]}

ประชากรในสหรัฐอเมริกามีเอนไซม์ที่เข้ารหัสการย่อยสลายกลูตามีนและเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์วิตามินและกรดไลโปอิกในปริมาณสูง ในขณะที่ประชากรในมาลาวีและชนพื้นเมืองอเมริกันมีเอนไซม์ที่เข้ารหัสกลูตาเมตซินเทสในปริมาณสูง และพวกเขายังมีα-อะไมเลส ในปริมาณมากเกินไป ในจุลินทรีย์ในลำไส้ เนื่องจากประชากรในสหรัฐอเมริกามีอาหารที่อุดมไปด้วยไขมันมากกว่าประชากรชนพื้นเมืองอเมริกันหรือมาลาวีซึ่งมีอาหารที่อุดมไปด้วยข้าวโพด ดังนั้นอาหารจึงน่าจะเป็นปัจจัยหลักในการกำหนดองค์ประกอบของแบคทีเรียในลำไส้^{[ 51 ]}

การศึกษาเพิ่มเติมชี้ให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมากในองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ระหว่างเด็กชาวยุโรปและเด็กในชนบทของแอฟริกา แบคทีเรียในอุจจาระของเด็กจากฟลอเรนซ์ถูกนำมาเปรียบเทียบกับแบคทีเรียในอุจจาระของเด็กจากหมู่บ้านเล็กๆ ในชนบทของบูลปอนในบูร์กินาฟาโซอาหารของเด็กทั่วไปที่อาศัยอยู่ในหมู่บ้านนี้ส่วนใหญ่ขาดไขมันและโปรตีนจากสัตว์ และอุดมไปด้วยโพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีนจากพืช แบคทีเรียในอุจจาระของเด็กชาวยุโรปส่วนใหญ่เป็นFirmicutesและแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายทางชีวภาพที่ลดลงอย่างเห็นได้ชัด ในขณะที่แบคทีเรียในอุจจาระของเด็กบูลปอนส่วนใหญ่เป็นBacteroidetesความหลากหลายทางชีวภาพที่เพิ่มขึ้นและองค์ประกอบที่แตกต่างกันของจุลินทรีย์ในลำไส้ในประชากรชาวแอฟริกาอาจช่วยในการย่อยโพลีแซ็กคาไรด์จากพืชที่ไม่สามารถย่อยได้ตามปกติ และอาจส่งผลให้ลดอุบัติการณ์ของโรคในลำไส้ใหญ่ที่ไม่ติดเชื้อได้^{[ 52 ]}การศึกษาเกี่ยวกับประชากรนักล่าและเก็บเกี่ยวได้แสดงให้เห็นเพิ่มเติมถึงผลกระทบของกลยุทธ์การดำรงชีพต่อองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ การวิจัยเกี่ยวกับชาวฮัดซา ซึ่งเป็นชุมชนนักล่าและเก็บเกี่ยวในแทนซาเนีย พบว่ามีความหลากหลายของจุลินทรีย์มากกว่ากลุ่มควบคุมชาวอิตาลีอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีการเพิ่มจำนวนของจุลินทรีย์ เช่นTreponema , PrevotellaและBacteroidetes ที่ยังไม่ได้รับการจำแนกประเภท ซึ่งเกี่ยวข้องกับการหมักอาหารจากพืชที่มีเส้นใย^{[ 53 ]}ในทำนองเดียวกัน การวิเคราะห์ไมโครไบโอมในลำไส้ของชาวอเมริกันพื้นเมืองยาโนมามิในเวเนซุเอลา ซึ่งเป็นชุมชนที่ไม่มีบันทึกการติดต่อกับประชากรตะวันตกมาก่อน พบว่ามีความหลากหลายของแบคทีเรียในระดับสูงสุดที่บันทึกไว้ในกลุ่มมนุษย์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการพัฒนาอุตสาหกรรมและอาหารตะวันตกมีความเกี่ยวข้องกับการสูญเสียความหลากหลายของจุลินทรีย์ดั้งเดิมอย่างต่อเนื่อง^{[ 54 ]}

ในระดับที่เล็กกว่านั้น พบว่าการได้รับประสบการณ์ด้านสิ่งแวดล้อมร่วมกันในครอบครัวเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดองค์ประกอบของไมโครไบโอมของแต่ละบุคคล ผลกระทบนี้ไม่มีอิทธิพลทางพันธุกรรม และพบเห็นได้อย่างสม่ำเสมอในประชากรที่มีวัฒนธรรมแตกต่างกัน^{[ 51 ]}

นักวิจัยจาก American Gut Project และ Human Microbiome Project พบว่าจุลินทรีย์ 12 ตระกูลมีความแตกต่างกันในปริมาณมากตามเชื้อชาติหรือชาติพันธุ์ของแต่ละบุคคล ความแข็งแกร่งของความสัมพันธ์เหล่านี้มีข้อจำกัดเนื่องจากขนาดตัวอย่างเล็ก: American Gut Project รวบรวมข้อมูลจากบุคคล 1,375 คน ซึ่ง 90% เป็นคนผิวขาว^{[ 59 ]}การศึกษา Healthy Life in an Urban Setting (HELIUS) ในอัมสเตอร์ดัมพบว่าผู้ที่มีเชื้อสายดัตช์มีระดับความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้สูงที่สุด ในขณะที่ผู้ที่มีเชื้อสายเอเชียใต้และซูรินามมีความหลากหลายต่ำที่สุด ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าบุคคลที่มีเชื้อชาติหรือชาติพันธุ์เดียวกันมีจุลินทรีย์ที่คล้ายคลึงกันมากกว่าบุคคลที่มีเชื้อชาติแตกต่างกัน^{[ 59 ]}

ณ ปี 2020 มีการศึกษาอย่างน้อยสองชิ้นที่แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างสถานะทางเศรษฐกิจและสังคม (SES) ของแต่ละบุคคลกับจุลินทรีย์ในลำไส้ การศึกษาในชิคาโกพบว่าบุคคลในย่านที่มี SES สูงกว่ามีความหลากหลายของจุลินทรีย์มากกว่า นอกจากนี้ ผู้คนจากย่านที่มี SES สูงกว่ายังมี แบคทีเรีย Bacteroides มากขึ้น ในทำนองเดียวกัน การศึกษาแฝดในสหราชอาณาจักรพบว่า SES ที่สูงขึ้นยังเชื่อมโยงกับความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่มากขึ้นด้วย^{[ 59 ]}

จากการศึกษาในปี 2023 พบว่ายาปฏิชีวนะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งยาที่ใช้ในการรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียในวงกว้าง มีผลเสียต่อจุลินทรีย์ในลำไส้^{[ 60 ]}การศึกษายังระบุอีกว่าผู้เชี่ยวชาญด้านสุขภาพลำไส้หลายคนกังวลว่าการใช้ยาปฏิชีวนะทำให้ความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ลดลง สายพันธุ์จำนวนมากสูญหายไป และหากมีการกลับมาของแบคทีเรียอีกครั้ง ก็จะเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไปและใช้เวลานาน^{[ 60 ]}

ชุมชนจุลินทรีย์ในลำไส้มีบทบาทโดยตรงในการป้องกันเชื้อโรคโดยการเข้าไปตั้งรกรากในพื้นที่อย่างเต็มที่ ใช้สารอาหารที่มีอยู่ทั้งหมด และหลั่งสารประกอบที่เรียกว่าไซโตไคน์ซึ่งจะฆ่าหรือยับยั้งจุลินทรีย์ที่ไม่พึงประสงค์ที่อาจแย่งชิงสารอาหารกับจุลินทรีย์เหล่านั้น^{[ 64 ]}แบคทีเรียในลำไส้สายพันธุ์ต่างๆ ทำให้เกิดการผลิตไซโตไคน์ที่แตกต่างกัน ไซโตไคน์เป็นสารประกอบทางเคมีที่ระบบภูมิคุ้มกันของเราสร้างขึ้นเพื่อเริ่มต้นการตอบสนองการอักเสบต่อการติดเชื้อ การรบกวนจุลินทรีย์ในลำไส้ทำให้จุลินทรีย์ที่แข่งขันกัน เช่นClostridioides difficileสามารถเข้ามาตั้งรกรากได้ ซึ่งปกติแล้วจะถูกยับยั้งไว้^{[ 64 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกจะคล้ายกับของผู้ใหญ่ภายใน 1-2 ปีหลังคลอด^{[ 13 ]}เมื่อจุลินทรีย์ในลำไส้ก่อตัวขึ้น เยื่อบุของลำไส้ – เยื่อบุผิวลำไส้และเยื่อเมือกที่หลั่งออกมา – จะพัฒนาความสัมพันธ์แบบ พึ่งพาอาศัย กันกับจุลินทรีย์^{[ 13 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์โกเบล็ตที่สร้างเยื่อเมือกจะเพิ่มจำนวนขึ้น และชั้นเยื่อเมือกจะหนาขึ้น ทำให้มีชั้นเยื่อเมือกด้านนอกที่จุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์สามารถยึดเกาะและหาอาหารได้ และชั้นด้านในที่จุลินทรีย์เหล่านี้ไม่สามารถแทรกซึมเข้าไปได้^{[ 13 ] [ 14 ]}นอกจากนี้ การพัฒนาของเนื้อเยื่อน้ำเหลืองที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ (GALT) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อบุผิวลำไส้และตรวจจับและตอบสนองต่อเชื้อโรค จะพัฒนาขึ้นในช่วงเวลาที่จุลินทรีย์ในลำไส้ก่อตัวขึ้น^{[ 13 ]} GALT ที่พัฒนาขึ้นนั้นทนต่อสายพันธุ์จุลินทรีย์ในลำไส้ แต่ไม่ทนต่อจุลินทรีย์อื่นๆ^{[ 13 ]} GALT มักจะทนต่ออาหารที่ทารกบริโภค และเมตาโบไลต์ ของจุลินทรีย์ในลำไส้ (โมเลกุลที่เกิดจากการเผาผลาญ) ที่ผลิตจากอาหาร^{[ 13 ]}

ระบบภูมิคุ้มกันของมนุษย์สร้างไซโตไคน์ที่สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้สร้างการอักเสบเพื่อปกป้องตัวเอง และสามารถลดการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันเพื่อรักษาสภาวะสมดุลและช่วยให้เกิดการรักษาหลังจากการบาดเจ็บหรือความเสียหาย^{[ 13 ]}พบว่าแบคทีเรียหลายชนิดที่พบในจุลินทรีย์ในลำไส้สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้สร้างไซโตไคน์ได้อย่างเลือกสรร ตัวอย่างเช่นBacteroides fragilisและClostridia บาง ชนิดดูเหมือนจะกระตุ้นการตอบสนองต่อต้านการอักเสบ ในขณะที่แบคทีเรียเส้นใยแบบแบ่งส่วน บางชนิด กระตุ้นการผลิตไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ^{[ 13 ] [ 65 ]}จุลินทรีย์ในลำไส้ยังสามารถควบคุมการผลิตแอนติบอดีโดยระบบภูมิคุ้มกัน ได้อีกด้วย ^{[ 13 ] [ 66 ]}หน้าที่หนึ่งของการควบคุมนี้คือการทำให้เซลล์ Bเปลี่ยนคลาสเป็นIgAในกรณีส่วนใหญ่ เซลล์ B ต้องการการกระตุ้นจากเซลล์ T helperเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนคลาสอย่างไรก็ตาม ในอีกเส้นทางหนึ่ง จุลินทรีย์ในลำไส้ทำให้เกิด การส่งสัญญาณ NF-kBโดยเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้ ซึ่งส่งผลให้มีการหลั่งโมเลกุลส่งสัญญาณเพิ่มเติม^{[ 67 ]}โมเลกุลส่งสัญญาณเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ B เพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนคลาสเป็น IgA ^{[ 67 ]} IgA เป็นแอนติบอดีชนิดสำคัญที่ใช้ในสภาพแวดล้อมของเยื่อเมือก เช่น ลำไส้ มีการแสดงให้เห็นว่า IgA สามารถช่วยเพิ่มความหลากหลายของชุมชนในลำไส้และช่วยกำจัดแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดการอักเสบ^{[ 68 ]}ในที่สุด IgA ก็ช่วยรักษาสภาพแวดล้อมที่ดีระหว่างโฮสต์และแบคทีเรียในลำไส้^{[ 68 ]}ไซโตไคน์และแอนติบอดีเหล่านี้สามารถมีผลกระทบภายนอกลำไส้ ในปอดและเนื้อเยื่ออื่นๆ^{[ 13 ]}

การทบทวนในปี 2022 ระบุว่ากลไกต่างๆ อยู่ระหว่างการวิจัยเบื้องต้นเพื่อประเมินว่าจุลินทรีย์ในลำไส้อาจปรับเปลี่ยนภูมิคุ้มกันของวัคซีน ได้อย่างไร รวมถึงผลกระทบต่อการนำเสนอแอนติเจนและโปรไฟล์ไซโตไคน์^{[ 69 ]}

การเผาผลาญทริปโตเฟนโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์( วี ที อี ) ทริปโตแฟน คลอสทริเดียมสปอโรจีนส์ แลคโต- บาซิลลี แบคทีเรียที่สร้างเอนไซม์ทริปโตฟาเนส ไอพีเอ ไอ3เอ อินโดล ตับ สมอง ไอพีเอ ไอ3เอ อินโดล อินดอกซิลซัลเฟต เอเอสที-120 อาห์อาร์ เซลล์ภูมิคุ้มกันในลำไส้ เยื่อบุลำไส้ พีเอ็กซ์อาร์ Mucosal homeostasis:↓TNF-α↑Junction protein-coding mRNAs L cell GLP-1 T J Neuroprotectant:↓Activation of glial cells and astrocytes↓4-Hydroxy-2-nonenal levels↓DNA damage–Antioxidant–Inhibits β-amyloid fibril formation Maintains mucosal reactivity:↑IL-22 production Associated with vascular disease:↑Oxidative stress↑Smooth muscle cellproliferation↑Aortic wall thickness and calcification Associated with chronic kidney disease:↑Renal dysfunction–Uremic toxin Kidneys แผนภาพนี้แสดงการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ( อินโดลและอนุพันธ์อื่นๆ บางชนิด) จากทริปโตเฟนโดยแบคทีเรียในลำไส้[ 70 ]อินโดลถูกผลิตขึ้นจากทริปโตเฟนโดยแบคทีเรียที่แสดงออกถึงทริปโตเฟเนส [ 70 ] Clostridium sporogenesเผาผลาญทริปโตเฟนเป็นอินโดลและต่อมาเป็นกรด3-อินโดลโพรพิโอนิก (IPA) [ 71 ] ซึ่งเป็น สารต้านอนุมูลอิสระ ที่มีฤทธิ์ปกป้องระบบประสาทสูงและ กำจัดอนุมูล ไฮดรอกซิล[ 70 ] [ 72 ] [ 73 ] IPA จับกับตัวรับเพรกเนน X (PXR) ในเซลล์ลำไส้ จึงช่วยอำนวยความ สะดวกในการรักษาสมดุลของเยื่อบุและหน้าที่ของเยื่อกั้น[ 70 ]หลังจากดูดซึมจากลำไส้และกระจายไปยังสมอง IPA จะให้ผลในการปกป้องระบบประสาทจากภาวะสมองขาดเลือดและโรคอัลไซเมอร์[ 70 ] แบคทีเรียสกุล Lactobacillaceae ( Lactobacillus s.l. ) จะเผาผลาญทริปโตเฟนเป็นอินโดล-3-อัลดีไฮด์ (I3A) ซึ่งออกฤทธิ์ต่อตัวรับอะริลไฮโดรคาร์บอน (AhR) ในเซลล์ภูมิคุ้มกันในลำไส้ ส่งผลให้มี การผลิต อินเตอร์ลิวคิน 22 (IL-22) เพิ่มขึ้น [ 70 ]อินโดลเองกระตุ้นการหลั่งของกลูคากอนไลค์เปปไทด์-1 (GLP-1) ในเซลล์ L ของลำไส้และทำหน้าที่เป็นลิแกนด์สำหรับ AhR [ 70 ]อินโดลยังสามารถถูกเผาผลาญโดยตับเป็นอินดอกซิลซัลเฟตซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นพิษในความเข้มข้นสูงและเกี่ยวข้องกับโรคหลอดเลือดและภาวะไตทำงานผิดปกติ[ 70 ] AST-120 ( ถ่านกัมมันต์ ) ซึ่งเป็นสารดูดซับ ในลำไส้ ที่รับประทานทางปาก จะ ดูดซับอินโดล ส่งผลให้ความเข้มข้นของอินดอกซิลซัลเฟตในพลาสมาในเลือดลดลง[ 70 ]

หากปราศจากจุลินทรีย์ในลำไส้ ร่างกายมนุษย์จะไม่สามารถใช้ประโยชน์จากคาร์โบไฮเดรต ที่ไม่ถูกย่อยบางส่วนที่ บริโภคเข้าไปได้ เนื่องจากจุลินทรีย์ในลำไส้บางชนิดมีเอนไซม์ที่เซลล์มนุษย์ขาดในการย่อยสลายโพลีแซ็กคาไรด์บาง ชนิด ^{[ 15 ]}หนูที่เลี้ยงใน สภาพแวดล้อม ที่ปลอดเชื้อและขาดจุลินทรีย์ในลำไส้จำเป็นต้องกินแคลอรี่ เพิ่มขึ้น 30% เพื่อรักษาน้ำหนักให้เท่ากับหนูปกติ^{[ 15 ]}คาร์โบไฮเดรตที่มนุษย์ไม่สามารถย่อยได้หากปราศจากความช่วยเหลือจากแบคทีเรีย ได้แก่แป้ง บางชนิด ไฟเบอร์โอลิโกแซ็กคาไรด์และน้ำตาลที่ร่างกายไม่สามารถย่อยและดูดซึมได้ เช่นแลคโตสในกรณีของภาวะไม่ทนต่อแลคโตสและแอลกอฮอล์น้ำตาลเมือกที่ผลิตโดยลำไส้ และโปรตีน^{[ 10 ] [ 15 ]}

แบคทีเรียเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตที่พวกมันหมักให้เป็นกรดไขมันสายสั้นโดยกระบวนการหมักชนิดหนึ่งที่เรียกว่าการหมักแซคคาโรไลติก^{[ 40 ]}ผลิตภัณฑ์ได้แก่กรดอะซิติกกรดโพรพิโอนิกและกรดบิวทิริก [ ^{8 ] [ 40 ] สาร}เหล่านี้สามารถนำไปใช้โดยเซลล์เจ้าบ้าน ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานและสารอาหารที่สำคัญ^{[ 40 ]}ก๊าซ (ซึ่งเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณ^{[ 74 ]}และอาจทำให้เกิดอาการท้องอืด ) และกรดอินทรีย์เช่นกรดแลคติกก็ถูกผลิตขึ้นจากการหมักเช่นกัน^{[ 8 ]}กรดอะซิติกถูกนำไปใช้โดยกล้ามเนื้อกรดโพรพิโอนิกช่วยให้ตับผลิตATPและกรดบิวทิริกให้พลังงานแก่เซลล์ในลำไส้^{[ 40 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ยังสังเคราะห์วิตามิน เช่นไบโอตินและโฟเลตและช่วยในการดูดซึมแร่ธาตุจากอาหารรวมถึงแมกนีเซียม แคลเซียม และเหล็ก^{[ 7 ] [ 23 ]} Methanobrevibacter smithiiมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เนื่องจากไม่ใช่แบคทีเรียชนิดหนึ่ง แต่เป็นสมาชิกของโดเมนArchaeaและเป็น อาร์เคียชนิดที่ผลิต มีเทน ได้มากที่สุด ในจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์^{[ 75 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งของวิตามิน K และ B12 ร่างกายไม่สามารถผลิตได้เองหรือผลิตได้ในปริมาณน้อย^{[ 76 ] [ 77 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้มีส่วนช่วยในการย่อยอาหารและการปรับภูมิคุ้มกัน เนื่องจากมีบทบาทในแกนลำไส้-สมอง ซึ่งเมตาโบไลต์ของจุลินทรีย์ เช่น กรดไขมันสายสั้นและสารสื่อประสาท มีอิทธิพลต่อการทำงานของสมองและพฤติกรรม แกนลำไส้-สมองคือการส่งสัญญาณทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างทางเดินอาหารและระบบประสาทส่วนกลาง [ ^{62 ] คำ}นี้ได้รับการขยายให้รวมถึงบทบาทของจุลินทรีย์ในลำไส้ในการทำงานร่วมกัน บางครั้งมีการใช้คำว่า "แกนไมโครไบโอม-สมอง" เพื่ออธิบายแบบแผนที่รวมถึงจุลินทรีย์ในลำไส้อย่างชัดเจน^{[ 62 ] [ 108 ] [ 109 ]}โดยทั่วไปแล้ว แกนลำไส้-สมอง ประกอบด้วยระบบประสาทส่วนกลาง ระบบประสาทต่อมไร้ท่อและระบบ ประสาท ภูมิคุ้มกัน รวมถึงแกน ไฮโปทาลามัส-ต่อมใต้สมอง-ต่อมหมวกไต (แกน HPA) แขนซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติกของระบบประสาทอัตโนมัติรวมถึงระบบประสาทเอนเทอริกเส้นประสาทเวกัสและจุลินทรีย์ใน ลำไส้ ^{[ 62 ] [ 109 ]}

การทบทวนอย่างเป็นระบบในปี 2016 ของการศึกษาทางคลินิกก่อนการทดลองและการทดลองในมนุษย์ขนาดเล็กที่ดำเนินการกับแบคทีเรียโปรไบโอติกบางสายพันธุ์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ พบว่าสกุลBifidobacteriumและLactobacillus ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarumและL. casei ) มีความน่าสนใจสำหรับ ความผิด ปกติของระบบประสาทส่วนกลาง บางประการ ^{[ 17 ]}

การเปลี่ยนแปลงจำนวนแบคทีเรียในลำไส้ เช่น โดยการรับประทานยาปฏิชีวนะชนิดออกฤทธิ์กว้างอาจส่งผลต่อสุขภาพและความสามารถในการย่อยอาหารของโฮสต์^{[ 110 ]}ยาปฏิชีวนะสามารถทำให้เกิดอาการท้องเสียที่เกิดจากยาปฏิชีวนะได้โดยการระคายเคืองลำไส้โดยตรง เปลี่ยนแปลงระดับของจุลินทรีย์ หรือทำให้ แบคทีเรีย ก่อโรคเจริญเติบโต^{[ 8 ]}ผลเสียอีกประการหนึ่งของยาปฏิชีวนะคือ การเพิ่มขึ้นของจำนวนแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะที่พบหลังจากการใช้ยา ซึ่งเมื่อแบคทีเรียเหล่านี้บุกรุกเข้าสู่ร่างกายโฮสต์ จะทำให้เกิดโรคที่รักษาได้ยากด้วยยาปฏิชีวนะ^{[ 110 ]}

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

การลดลงของระดับแบคทีเรียพื้นเมืองยังขัดขวางความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่เป็นอันตราย เช่นC. difficileและSalmonella Kedougou และแบคทีเรียเหล่านี้อาจเพิ่มจำนวนมากเกินไป แม้ว่าการเพิ่มจำนวนมากเกินไปอาจเป็นเพียงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญและไม่ใช่สาเหตุที่แท้จริงของอาการท้องเสีย^{[ 7 ] [ 8 ] [ 110 ]}โปรโตคอลการรักษาที่กำลังพัฒนาสำหรับการติดเชื้อ C. difficile เกี่ยวข้องกับการปลูกถ่ายจุลินทรีย์ในอุจจาระจากอุจจาระของผู้บริจาค (ดูการปลูกถ่ายอุจจาระ ) ^{[ 111 ]}รายงานเบื้องต้นเกี่ยวกับการรักษาระบุอัตราความสำเร็จที่ 90% โดยมีผลข้างเคียงน้อย ประสิทธิภาพคาดว่าจะเกิดจากการฟื้นฟูสมดุลของแบคทีเรียในกลุ่ม bacteroides และ firmicutes ^{[ 112 ]}

องค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ยังเปลี่ยนแปลงไปในภาวะเจ็บป่วยรุนแรง ไม่เพียงแต่เนื่องจากการใช้ยาปฏิชีวนะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยอื่นๆ เช่นภาวะขาดเลือดของลำไส้ การอดอาหาร และภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่อง ผลกระทบเชิงลบเหล่านี้ทำให้เกิดความสนใจในการกำจัดจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารแบบเลือกสรรซึ่งเป็นการรักษาเพื่อฆ่าเฉพาะแบคทีเรียที่ก่อโรคและช่วยให้แบคทีเรียที่แข็งแรงกลับคืนสู่สภาพเดิมได้^{[ 113 ]}

ยาปฏิชีวนะเปลี่ยนแปลงประชากรของจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารและอาจเปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ทางเมตาบอลิซึมภายในชุมชน ปรับเปลี่ยนการบริโภคแคลอรี่โดยใช้คาร์โบไฮเดรต และส่งผลกระทบต่อสมดุลทางเมตาบอลิซึม ฮอร์โมน และภูมิคุ้มกันของโฮสต์โดยรวม^{[ 114 ]}

มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าการรับประทานโปรไบโอติกที่มี สายพันธุ์ Lactobacillusอาจช่วยป้องกันอาการท้องเสียที่เกิดจากยาปฏิชีวนะ และการรับประทานโปรไบโอติกที่มีSaccharomyces (เช่นSaccharomyces boulardii ) อาจช่วยป้องกัน การติดเชื้อ Clostridioides difficileหลังจากการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะแบบทั่วร่างกาย^{[ 115 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ของสตรีจะเปลี่ยนแปลงไปตาม ความคืบหน้าของ การตั้งครรภ์โดยการเปลี่ยนแปลงจะคล้ายคลึงกับที่พบในกลุ่มอาการเมตาบอลิกเช่น โรคเบาหวาน การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในลำไส้ไม่ก่อให้เกิดผลเสียใดๆ จุลินทรีย์ในลำไส้ของทารกแรกเกิดจะคล้ายกับตัวอย่างในไตรมาสแรกของมารดา ความหลากหลายของไมโครไบโอมจะลดลงจากไตรมาสแรกถึงไตรมาสที่สาม ในขณะที่จำนวนของบางสายพันธุ์จะเพิ่มขึ้น^{[ 116 ] [ 117 ]}

โปรไบโอติกส์ประกอบด้วยจุลินทรีย์ ที่มีชีวิต เมื่อบริโภคเข้าไปแล้ว เชื่อกันว่าจะให้ประโยชน์ต่อสุขภาพโดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของไมโครไบโอม^{[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]}งานวิจัยในปัจจุบันสำรวจการใช้โปรไบโอติกส์เป็นวิธีในการฟื้นฟูสมดุลของจุลินทรีย์ในลำไส้โดยการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันและยับยั้งไซโตไคน์ที่ ก่อให้เกิดการอักเสบ ^{[ 118 ]}

ในส่วนของจุลินทรีย์ในลำไส้พรีไบโอติกส์ โดยทั่วไปเป็นสารประกอบ เส้นใยที่ไม่สามารถย่อยได้ซึ่งจะผ่านส่วนบนของระบบทางเดินอาหาร โดยไม่ถูกย่อย และกระตุ้นการเจริญเติบโตหรือกิจกรรมของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เป็นประโยชน์โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับจุลินทรีย์เหล่านั้น^{[ 40 ] [ 121 ]}

ซินไบโอติกส์หมายถึงส่วนผสมอาหารหรือผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่รวมโปรไบโอติกส์และพรีไบโอติกส์เข้าด้วยกันในรูปแบบของการทำงานร่วมกัน^{[ 122 ]}

คำว่า "ฟาร์มาไบโอติกส์" ถูกใช้ในความหมายต่างๆ กัน ได้แก่: สูตรยา (การผลิตแบบมาตรฐานที่สามารถขออนุมัติตามกฎระเบียบให้เป็นยาได้) ของโปรไบโอติกส์พรีไบโอติกส์^{หรือซินไบโอติกส์ [} 123 ]โปร^ไบโอติกส์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมหรือปรับให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุด (อายุการเก็บรักษา การอยู่รอดในระบบทางเดินอาหาร ฯลฯ) ^{[ 124 ]}และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติของการเผาผลาญจุลินทรีย์ในลำไส้ (วิตามิน ฯลฯ) ^{[ 125 ]}

มีหลักฐานบางอย่างที่แสดงว่าการรักษาด้วยแบคทีเรียโปรไบโอติกบางสายพันธุ์อาจมีประสิทธิภาพในการรักษาอาการลำไส้แปรปรวนโรคลำไส้อักเสบและอาการท้องอืด^{[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]}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^{[ 130 ]}

การติดเชื้อ Helicobacter pyloriสามารถกระตุ้นให้เกิดแผลในกระเพาะอาหารได้เมื่อแบคทีเรียแทรกซึมเข้าไปในเยื่อบุผิวของกระเพาะอาหาร ทำให้เกิดการตอบสนองแบบฟาโกไซโตซิสที่ก่อให้เกิดการอักเสบ [ ^{131 ] การ}อักเสบจะทำลายเซลล์พาไรเอทัล ซึ่งจะปล่อยกรดไฮโดรคลอริก มากเกินไป ในกระเพาะอาหารและผลิตเมือกป้องกันน้อยลง ^{[ 132 ]}การบาดเจ็บต่อเยื่อบุของกระเพาะอาหารซึ่งนำไปสู่แผลเกิดขึ้นเมื่อกรดในกระเพาะอาหารมีปริมาณมากเกินกว่าคุณสมบัติการป้องกันของเซลล์และยับยั้ง การสังเคราะห์ โปรสตาแกลนดิน ภายใน ลดการหลั่งเมือกและไบคาร์บอเนต ลดการไหลเวียนของเลือดในเยื่อบุ และลดความต้านทานต่อการบาดเจ็บ ^{[ 132 ]}คุณสมบัติการป้องกันที่ลดลงของเยื่อบุของกระเพาะอาหารจะเพิ่มความเปราะบางต่อการบาดเจ็บและการเกิดแผลเพิ่มเติมจากกรดในกระเพาะอาหารเปปซินและเกลือน้ำดี ^{[ 131 ] [ 132 ]}

โดยปกติแล้วแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายอาจเป็นอันตรายต่อโฮสต์ได้หากหลุดออกจากทางเดินอาหาร^{[ 13 ] [ 14 ]}การเคลื่อนย้ายซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแบคทีเรียออกจากลำไส้ผ่าน เยื่อ บุผิวสามารถเกิดขึ้นได้ในโรคต่างๆ หลายชนิด^{[ 14 ]}หากลำไส้ทะลุ แบคทีเรียจะบุกรุกเข้าไปในเนื้อเยื่อระหว่างเซลล์ทำให้ เกิด การติดเชื้อที่อาจถึงแก่ชีวิตได้^{[ 5 ] : 715}

โรคอักเสบในลำไส้สองประเภทหลักได้แก่โรคโครห์นและโรคแผลในลำไส้ใหญ่เป็น ความผิด ปกติของการอักเสบเรื้อรังของลำไส้ สาเหตุของโรคเหล่านี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด และปัญหาเกี่ยวกับจุลินทรีย์ในลำไส้และความสัมพันธ์กับโฮสต์ถูกระบุว่าเป็นสาเหตุของภาวะเหล่านี้^{[ 16 ] [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]}นอกจากนี้ ดูเหมือนว่าปฏิสัมพันธ์ของจุลินทรีย์ในลำไส้กับแกนลำไส้-สมองมีบทบาทใน IBD โดยความเครียดทางสรีรวิทยาที่ส่งผ่านทางแกนไฮโปทาลามัส-ต่อมใต้สมอง-ต่อมหมวกไตจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเยื่อบุลำไส้และจุลินทรีย์ในลำไส้ ซึ่งจะปล่อยปัจจัยและสารเมตาบอไลต์ที่กระตุ้นการส่งสัญญาณในระบบประสาทเอนเทอริกและเส้นประสาทเวกัส^{[ 4 ]}

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

มีหลักฐานที่น่าเชื่อถือว่าการแก้ไขความไม่สมดุลของจุลินทรีย์ในลำไส้โดยการรับประทานโปรไบโอติกที่มีแลคโตบาซิลลัสและบิฟิโดแบคทีเรียสามารถลดอาการปวดในช่องท้องและการอักเสบในลำไส้ในผู้ป่วย IBD ได้^{[ 115 ]}

กลุ่มอาการลำไส้แปรปรวนเป็นผลมาจากความเครียดและการกระตุ้นแกน HPA อย่างเรื้อรัง อาการต่างๆ ได้แก่ ปวดท้อง การเปลี่ยนแปลงในการขับถ่าย และการเพิ่มขึ้นของไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบ โดยรวมแล้ว การศึกษาพบว่าจุลินทรีย์ในลำไส้และเยื่อบุลำไส้มีการเปลี่ยนแปลงในผู้ป่วยกลุ่มอาการลำไส้แปรปรวน และการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับประเภทของการระคายเคือง เช่น ท้องเสียหรือท้องผูกนอกจากนี้ ยังพบว่าความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้ลดลง โดยมีระดับแลคโตบาซิลลัสและบิฟิโดแบคทีเรียในอุจจาระต่ำ ระดับแบคทีเรียแอนแอโรบิก แบบไม่บังคับ เช่นเอสเชอริเชีย โคไล สูง และอัตราส่วนของ Firmicutes ต่อ Bacteroidetes เพิ่มขึ้น^{[ 109 ]}

สำหรับโรคหอบหืด มีสมมติฐานสองข้อที่ถูกเสนอขึ้นเพื่ออธิบายการเพิ่มขึ้นของอัตราการเกิดโรคในประเทศพัฒนาแล้วสมมติฐานด้านสุขอนามัยระบุว่าเด็กในประเทศพัฒนาแล้วไม่ได้รับจุลินทรีย์มากพอ จึงอาจมีอัตราการเกิดของแบคทีเรียบางชนิดที่ทำหน้าที่ป้องกันต่ำกว่า^{[ 136 ]}สมมติฐานข้อที่สองมุ่งเน้นไปที่รูปแบบอาหารแบบตะวันตกซึ่งขาดธัญพืชและใยอาหาร และมี น้ำตาลเชิงเดี่ยวมากเกินไป^{[ 16 ]}ทั้งสองสมมติฐานต่างเห็นพ้องต้องกันในบทบาทของกรดไขมันสายสั้น (SCFAs) ในการปรับภูมิคุ้มกันเมตาโบไลต์จากการหมักของแบคทีเรียเหล่านี้มีส่วนเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณภูมิคุ้มกันที่ป้องกันการกระตุ้นของโรคหอบหืด และระดับ SCFA ที่ต่ำลงมีความสัมพันธ์กับโรคนี้^{[ 136 ] [ 137 ]}การขาดแบคทีเรียกลุ่มป้องกัน เช่นLachnospira , Veillonella , RothiaและFaecalibacteriumมีความเชื่อมโยงกับระดับ SCFA ที่ลดลง^{[ 136 ]}นอกจากนี้ SCFAs ยังเป็นผลผลิตจากการหมักใยอาหารโดยแบคทีเรีย ซึ่งมีปริมาณต่ำในอาหารตามแบบตะวันตก^{[ 16 ] [ 137 ]} SCFAs เป็นตัวเชื่อมโยงระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้กับความผิดปกติของระบบภูมิคุ้มกัน และในปี 2016 ถือเป็นหัวข้อวิจัยที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมาก^{[ 16 ]}สมมติฐานที่คล้ายกันนี้ยังถูกเสนอขึ้นเพื่ออธิบายการเพิ่มขึ้นของอาการแพ้อาหารและสารก่อภูมิแพ้อื่นๆ^{[ 138 ]}

ความเชื่อมโยงระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้กับโรคเบาหวานชนิดที่ 1ยังเชื่อมโยงกับกรดไขมันสายสั้น (SCFAs) เช่นบิวทิเรตและอะซิเตต อาหารที่ให้บิวทิเรตและอะซิเตตจากการหมักของแบคทีเรียแสดงให้เห็นการแสดงออกของ T ^{[ 139 ]} เซลล์T ลดการทำงานของเซลล์ T effectorซึ่งจะช่วยลดการตอบสนองการอักเสบในลำไส้^{[ 140 ]}บิวทิเรตเป็นแหล่งพลังงานสำหรับเซลล์ลำไส้ใหญ่ ดังนั้นอาหารที่มีบิวทิเรตจึงช่วยลดการซึมผ่านของลำไส้โดยการให้พลังงานเพียงพอสำหรับการสร้างtight junctions [ ^{141 ] นอกจาก}นี้ ยังพบว่าบิวทิเรตช่วยลดภาวะดื้อต่ออินซูลิน ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนจุลินทรีย์ในลำไส้ที่มีจุลินทรีย์ที่ผลิตบิวทิเรตต่ำอาจเพิ่มโอกาสในการเป็นโรคเบาหวานชนิดที่  2 [ ^{142 ] อาหาร}ที่มีบิวทิเรตอาจมีผลในการยับยั้งมะเร็งลำไส้ใหญ่และ ทวารหนักได้เช่นกัน ^{[ 141 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้มีความสำคัญต่อสุขภาพของโฮสต์เป็นอย่างมาก เนื่องจากมีบทบาทในการย่อยสลายโพลีแซ็กคาไรด์ที่ไม่สามารถย่อยได้ (การหมักแป้งที่ทนต่อการย่อย โอลิโกแซ็กคาไรด์ อินูลิน) เสริมสร้างความสมบูรณ์ของลำไส้หรือสร้างเยื่อบุผิวลำไส้ เก็บเกี่ยวพลังงาน ป้องกันเชื้อโรค และควบคุมภูมิคุ้มกันของโฮสต์^{[ 143 ] [ 144 ]}

การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบของแบคทีเรียในลำไส้ของผู้ป่วยเบาหวานมีการเปลี่ยนแปลง โดยมีระดับของLactobacillus gasseri , Streptococcus mutansและสมาชิก Clostridiales เพิ่มขึ้น ในขณะที่แบคทีเรียที่ผลิตบิวทิเรต เช่นRoseburia intestinalisและFaecalibacterium prausnitzii ลดลง ^{[ 145 ] [ 146 ]}การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากหลายปัจจัย เช่น การใช้ยาปฏิชีวนะในทางที่ผิด อาหาร และอายุ

การลดลงของการผลิตบิวทิเรตเกี่ยวข้องกับความบกพร่องในการซึมผ่านของลำไส้ ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะเอนโดท็อกซีเมีย ซึ่งเป็นระดับลิโปโพลีแซคคาไรด์ที่หมุนเวียนเพิ่มขึ้นจากผนังเซลล์แบคทีเรียแกรมลบ พบว่าภาวะเอนโดท็อกซีเมียมีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาภาวะดื้อต่ออินซูลิน^{[ 145 ]}

นอกจากนี้ การผลิตบิวทิเรตยังส่งผลต่อระดับเซโรโทนิน^{[ 145 ]}ระดับเซโรโทนินที่สูงขึ้นมีส่วนทำให้เกิดโรคอ้วน ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นปัจจัยเสี่ยงต่อการเกิดโรคเบาหวาน

องค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์ถูกปรับเปลี่ยนโดยกรดน้ำดีในอาหาร^{[ 147 ] [ 148 ]} ดูเหมือนว่าจะมีความเชื่อมโยงทางเมตาบอลิซึมระหว่างจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งและอาหารที่มีไขมันและเนื้อสัตว์สูง^{[ 149 ]} ในสัตว์ฟันแทะ ระดับกรดน้ำดี ที่สูงขึ้น ซึ่งผลิตโดยจุลินทรีย์ในลำไส้เพื่อตอบสนองต่ออาหารที่มีไขมันสูงนั้นสัมพันธ์กับความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของมะเร็งลำไส้ใหญ่^{[ 148 ]} กรด น้ำดีรองดีออกซีโคลิกแอซิดซึ่งผลิตจากกรดน้ำดีหลักโคลิกแอซิดโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ มีระดับสูงขึ้นในลำไส้ใหญ่ของมนุษย์เพื่อตอบสนองต่ออาหารที่มีไขมันสูง^{[ 147 ] [ 148 ]} ในประชากรที่มีอุบัติการณ์ของมะเร็งลำไส้ใหญ่สูง ความเข้มข้นของกรดน้ำดีในอุจจาระ โดยเฉพาะอย่างยิ่งดีออกซีโคลิกแอซิดที่ผลิตโดยการทำงานของจุลินทรีย์ในลำไส้ จะสูงกว่า^{[ 147 ] [ 148 ]}

การตั้งรกรากของจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์อาจเริ่มต้นตั้งแต่ก่อนเกิด^{[ 150 ]}มีปัจจัยหลายอย่างในสิ่งแวดล้อมที่ส่งผลต่อการพัฒนาของจุลินทรีย์ โดยรูปแบบการคลอดเป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีผลกระทบมากที่สุด^{[ 151 ]}

ปัจจัยอีกประการหนึ่งที่สังเกตพบว่าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในจุลินทรีย์ในลำไส้ โดยเฉพาะในเด็ก คือการใช้ยาปฏิชีวนะ ซึ่งเกี่ยวข้องกับปัญหาสุขภาพ เช่น ดัชนีมวลกายที่สูงขึ้น^{[ 152 ] [ 153 ]}และยังเพิ่มความเสี่ยงต่อโรคเมตาบอลิก เช่น โรคอ้วน^{[ 154 ]}ในทารก พบว่าอะม็อกซิซิลลินและมาโครไลด์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในจุลินทรีย์ในลำไส้ โดยมีลักษณะเป็นการเปลี่ยนแปลงในกลุ่มแบคทีเรีย Bifidobacteria, Enterobacteria และ Clostridia ^{[ 155 ]}การใช้ยาปฏิชีวนะเพียงครั้งเดียวในผู้ใหญ่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทั้งในจุลินทรีย์แบคทีเรียและเชื้อรา โดยมีการเปลี่ยนแปลงที่คงอยู่ยาวนานกว่าในชุมชนเชื้อรา^{[ 156 ]}แบคทีเรียและเชื้อราอาศัยอยู่ร่วมกันในลำไส้ และมีแนวโน้มที่จะมีการแข่งขันกันเพื่อแย่งชิงแหล่งสารอาหาร^{[ 157 ] [ 158 ]} Seelbinder et al . พบว่าแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์ในลำไส้ควบคุมการเจริญเติบโตและความสามารถในการก่อโรคของCandida albicansโดยสารเมตาบอไลต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโพรพิโอเนต กรดอะซิติก และ 5-โดเดเซโนเอต^{[ 156 ]} ก่อนหน้านี้ Candidaมีความเกี่ยวข้องกับ IBD ^{[ 159 ]}และยังพบว่ามีปริมาณเพิ่มขึ้นในผู้ที่ไม่ตอบสนองต่อยาชีวภาพ อินฟลิซิแมบ ซึ่งให้แก่ผู้ป่วย IBD ที่มีอาการรุนแรง^{[ 160 ]}โพรพิโอเนตและกรดอะซิติกเป็นกรดไขมันสายสั้น (SCFAs) ที่พบว่ามีประโยชน์ต่อสุขภาพของจุลินทรีย์ในลำไส้^{[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]}เมื่อยาปฏิชีวนะส่งผลต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียในลำไส้ อาจมีการเจริญเติบโตมากเกินไปของเชื้อราบางชนิด ซึ่งอาจก่อโรคได้หากไม่ได้รับการควบคุม^{[ 156 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้ควบคุมการทำงานของอุปสรรคเลือด-สมอง (BBB) ​​ตลอดชีวิต อย่างน้อยก็ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากเมตาโบไลต์ของจุลินทรีย์^{[ 164 ]} BBB เป็นเยื่อที่ซึมผ่านได้แบบเลือกสรรซึ่งควบคุมการถ่ายโอนสารระหว่างระบบไหลเวียนโลหิตและเนื้อเยื่อสมองอย่างเข้มงวด^{[ 165 ]}ในระหว่างการพัฒนาหนูที่ปราศจากเชื้อโรคแสดงให้เห็นถึงการซึมผ่านของ BBB ที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่ระยะตัวอ่อนจนถึงวัยผู้ใหญ่โดยมีโปรตีนไทต์จังก์ชันลดลง ในขณะที่การตั้งรกรากของจุลินทรีย์ที่เจริญเต็มที่ช่วยฟื้นฟูการทำงานของอุปสรรคผ่าน SCFA เช่นบิวทิเรต [ ^{166 ] ผล}กระทบต่อการพัฒนานี้ยังคงอยู่ เนื่องจากหนูที่มีจุลินทรีย์ในลำไส้ที่เกี่ยวข้องกับการคลอดก่อนกำหนดแสดงให้เห็นถึงการซึมผ่านของ BBB ที่มากเกินไปในช่วงต้นชีวิตและความบกพร่องทางสติปัญญา ในขณะที่หนูที่มีจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการคลอดครบกำหนดจะรักษา BBB ที่สมบูรณ์ไว้ได้^{[ 167 ]}ในระหว่างการสูงวัย องค์ประกอบของจุลินทรีย์ที่เปลี่ยนแปลงไปโดยมีอัตราส่วนFirmicutes / Bacteroidetes เพิ่มขึ้นมีความสัมพันธ์กับการทำงานของ BBB ที่บกพร่อง กิจกรรมของ P-glycoprotein ที่ลดลง และความบกพร่องทางสติปัญญา^{[ 168 ]}ผลกระทบเหล่านี้อาจเกิดจากสารเมตาบอไลต์ของจุลินทรีย์ รวมถึง SCFAs ที่ช่วยเสริมสร้างความสมบูรณ์ของเกราะป้องกัน และเมทิลอะมีนโดยที่ไตรเมทิลอะมีน N-ออกไซด์ช่วยปกป้องการทำงานของ BBB ในขณะที่ไตรเมทิลอะมีน ซึ่งเป็นสารตั้งต้น จะทำลายการทำงาน ดังกล่าว ^{[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ] [ 172 ]}

จุลินทรีย์ในลำไส้มีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคอ้วนและกลุ่มอาการเมตาบอลิกเนื่องจากมีบทบาทสำคัญในกระบวนการย่อยอาหาร รูปแบบการรับประทานอาหารแบบตะวันตกดูเหมือนจะกระตุ้นและรักษาการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในลำไส้ ซึ่งส่งผลต่อปริมาณพลังงานที่ได้รับจากอาหารและวิธีการใช้พลังงานนั้น^{[ 135 ] [ 173 ]}หนึ่งในแง่มุมของอาหารเพื่อสุขภาพที่มักขาดในอาหารแบบตะวันตกคือใยอาหารและคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนอื่นๆ ที่จุลินทรีย์ในลำไส้ที่แข็งแรงต้องการเพื่อการเจริญเติบโต การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในลำไส้ที่ตอบสนองต่ออาหารแบบตะวันตกดูเหมือนจะเพิ่มปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นโดยจุลินทรีย์ในลำไส้ ซึ่งอาจนำไปสู่โรคอ้วนและกลุ่มอาการเมตาบอลิก^{[ 115 ]}นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่าจุลินทรีย์มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมการกินโดยขึ้นอยู่กับความชอบของจุลินทรีย์ ซึ่งอาจนำไปสู่การที่โฮสต์บริโภคอาหารมากขึ้นในที่สุดส่งผลให้เกิดโรคอ้วน โดยทั่วไปแล้วพบว่าเมื่อความหลากหลายของไมโครไบโอมในลำไส้สูงขึ้น จุลินทรีย์จะใช้พลังงานและทรัพยากรในการแข่งขันกับจุลินทรีย์อื่นๆ และใช้น้อยลงในการควบคุมโฮสต์ ในทางตรงกันข้ามจะพบความหลากหลายของจุลินทรีย์ในลำไส้น้อยลง และจุลินทรีย์เหล่านี้อาจทำงานร่วมกันเพื่อสร้างความอยากอาหารของโฮสต์^{[ 58 ]}

นอกจากนี้ ตับยังมีบทบาทสำคัญในการรักษา สมดุล ของระดับน้ำตาลในเลือดโดยรักษาสมดุลระหว่างการดูดซึมและการเก็บรักษากลูโคสผ่านกระบวนการเผาผลาญไกลโคเจเนซิสและกลูโคเนโอเจเนซิส ไขมันในลำไส้ควบคุมสมดุลของกลูโคสโดยเกี่ยวข้องกับแกนลำไส้-สมอง-ตับ การให้ไขมันโดยตรงเข้าไปในลำไส้ส่วนบนจะเพิ่มระดับของกรดไขมันสายยาวอะซิล-โคเอนไซม์เอ (LCFA-CoA) ในลำไส้ส่วนบนและยับยั้งการผลิตกลูโคส แม้กระทั่งในกรณีที่มีการตัดเส้นประสาทเวกัส ใต้กระบังลม หรือการตัดเส้น ประสาทเวกัสในลำไส้ก็ตาม ซึ่งจะขัดขวางการเชื่อมต่อทางประสาทระหว่างสมองและลำไส้ และปิดกั้นความสามารถของไขมันในลำไส้ส่วนบนในการยับยั้งการผลิตกลูโคส แกนลำไส้-สมอง-ตับและองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้สามารถควบคุมสมดุลของกลูโคสในตับและเป็นวิธีการรักษาที่มีศักยภาพในการรักษาโรคอ้วนและเบาหวาน^{[ 174 ]}

เช่นเดียวกับที่จุลินทรีย์ในลำไส้สามารถทำงานในวงจรป้อนกลับที่สามารถขับเคลื่อนการพัฒนาของโรคอ้วนได้ มีหลักฐานว่าการจำกัดการบริโภคแคลอรี่ (เช่นการควบคุมอาหาร ) สามารถขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของจุลินทรีย์ในลำไส้ได้^{[ 135 ]}