ในร่างกายของมนุษย์และสัตว์มีชุมชนของจุลชีพหรือไมโครไบโอตา (microbiota) อาศัยอยู่ตามส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย เช่น ผิวหนัง ช่องปาก ระบบทางเดินอาหาร ระบบทางเดินหายใจ เป็นต้น โดยจุลชีพนี้ประกอบไปด้วยแบคทีเรีย อาร์เคีย (Archaea) ไวรัส เชื้อรา และโปรติสต์ (Protist) ซึ่งจากการศึกษาพบว่าในร่างกายของเรามีเซลล์ของจุลชีพมากถึง 100 ล้านล้าน (1013 -1014) เซลล์ คิดเป็นจำนวนมากกว่าเซลล์ของร่างกายถึง 10 เท่า โครงการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับชุมชนจุลชีพได้มีรายงานถึงจำนวนยีน (gene) ของจุลชีพถึง 3.3 ล้านยีน ในขณะที่ยีนของมนุษย์มีเพียงประมาณ 23,000 ยีน หมายถึงร่างกายของเรามีจำนวนยีนของจุลชีพมากกว่ายีนของเราเองถึงประมาณ 150 เท่า โดยยีนหรือจีโนม (genome) ของชุมชนจุลชีพนี้เองที่เรียกกันว่า “ไมโครไบโอม (microbiome)” การเรียก “ไมโครไบโอม” หรือ “ไมโครไบโอต้า” นั้นมีการใช้แทนกันได้ แต่อย่างไรก็ตามควรจะเลือกใช้ให้ถูกต้องเพื่อความชัดเจน
จากการศึกษาพบว่าไมโครไบโอมสามารถถ่ายทอดได้ผ่านพันธุกรรม (inherited) และการถ่ายทอดจากแม่สู่ลูก (vertical transmission) เป็นทางสำคัญในการสร้างไมโครไบโอมในระยะเริ่มต้น จากการศึกษาไมโครไบโอมในมนุษย์นั้นพบว่าไมโครไบโอมมีความสำคัญและมีส่วนช่วยการทำงานของร่างกาย เช่น กระตุ้นภูมิคุ้มกัน ช่วยต่อต้านเชื้อก่อโรค กระบวนการเมตาบอลิสม การพัฒนาของระบบประสาท ไปจนถึงส่งผลต่อพฤติกรรม และพบว่ามีการศึกษาไมโครไบโอมของทางเดินอาหารมากกว่าระบบอื่น ๆ เนื่องจากสามารถศึกษาได้โดยใช้วิธีการเก็บตัวอย่างที่อุจจาระซึ่งเป็นวิธีที่ไม่ได้รับบาดเจ็บ และเป็นระบบที่มีแบคทีเรียอาศัยอยู่จำนวนมาก โดยพบว่าไมโครไบโอมในทางเดินอาหารก่อให้ประโยชน์ต่อร่างกายหลายด้าน เช่น 1) ช่วยป้องกันเชื้อก่อโรค โดยการแย่งจับเซลล์ทางเดินอาหาร (attachment site) แย่งสารอาหาร และผลิตสารต้านแบคทีเรีย 2) ช่วยในด้านโครงสร้าง โดยเป็นการกีดขวางเชื้อก่อโรค (barrier fortification) กระตุ้นการทำงานของภูมิคุ้มกัน 3) ช่วยในด้านเมตาบอลิสม โดยการช่วยย่อยไฟเบอร์ที่ร่างกายย่อยไม่ได้ให้เกิดเป็นสารอาหารและพลังงาน สังเคราะห์วิตามิน กระตุ้นการทำงานของทางเดินอาหาร เนื่องจากไมโครไบโอมมีส่วนเกี่ยวข้องกับการทำงานของร่างกายนี้เองไมโครไบโอมจึงได้ถูกเรียกว่าเป็นอีกหนึ่งอวัยวะของร่างกาย
เมื่อองค์ประกอบของไมโครไบโอมมีความสมดุลก็ทำให้การทำงานของร่างกายเป็นปกติ แต่หากเกิดการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของไมโครไบโอมทำให้เกิดการเสียสมดุล (dysbiosis) จะสามารถก่อให้เกิดโรคหรือความผิดปกติได้ โดยองค์ประกอบหรือโครงสร้างของไมโครไบโอมนั้นขึ้นกับ 2 ปัจจัยหลัก คือ ปัจจัยภายใน (intrinsic factor) ของตัวโฮสต์เอง เช่น พันธุกรรม อายุ ระบบภูมิคุ้มกัน ความเครียด และโรคที่เป็น และปัจจัยภายนอก (extrinsic factor) เช่น อาหาร สิ่งแวดล้อม การใช้ยาและสารเคมี
ทั้งนี้ การศึกษาไมโครไบโอมส่วนมากเป็นการศึกษาในมนุษย์และส่วนมากเป็นการศึกษาชุมชนแบคทีเรีย แม้ในช่วงระยะหลัง ๆ มีการศึกษาในสัตว์จำนวนมากขึ้น แต่ก็ยังมีจำนวนไม่มากนักโดยเฉพาะการศึกษาในสัตว์ป่า การศึกษาไมโครไบโอมในสัตว์ป่าส่วนมากเป็นการศึกษาผลของการเปลี่ยนแปลงจากภายนอก เช่น ที่อยู่อาศัย อาหาร และพฤติกรรมต่อองค์ประกอบและโครงสร้างของไมโครไบโอม หรือเป็นการศึกษาเปรียบเทียบไมโครไบโอมของสัตว์ป่าที่นำมาเลี้ยงในกรงเลี้ยงกับสัตว์ป่าในธรรมชาติ เช่น การศึกษาถึงผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของถิ่นที่อยู่อาศัย เช่น การถูกรุกรานจากมนุษย์ ความเสื่อมสภาพของถิ่นที่อยู่ และการแตกกระจายของถิ่นที่อยู่ (habitat fragmentation) ทำให้ความสมบูรณ์ของถิ่นอาศัยลดลง ก่อให้เกิดการเปลี่ยนของชนิดอาหารที่พบ เกิดความเครียด และมีโอกาสใกล้ชิดกับมนุษย์และสัตว์เลี้ยงรวมถึงสิ่งแวดล้อมที่ไม่ธรรมชาติมากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อไมโครไบโอม
การศึกษาในลิง red colobus (Procolobus gordonorum) พบว่าลิงที่อาศัยในถิ่นอาศัยที่ถูกทำลายมีความหลายหลายของไมโครไบโอมในทางเดินอาหาร และมีแบคทีเรียที่ช่วยย่อยพืชน้อยกว่าลิงที่อาศัยอยู่ในถิ่นอาศัยที่สมบูรณ์ โดยคาดว่าเนื่องมาจากในถิ่นอาศัยที่ถูกทำลายมีชนิดของพืชอาหารที่น้อยกว่า ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการอนุรักษ์ได้ เช่น ส่งผลต่ออัตราการรอดชีวิตหากมีการเคลื่อนย้ายไปถิ่นที่อยู่ใหม่ (translocation)
นอกจากไมโครไบโอมของทางเดินอาหารแล้วยังมีการศึกษาไมโครไบโอมของผิวหนังในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำโดยพบว่าไมโครไบโอมของผิวหนังขึ้นกับสภาพแวดล้อมและส่งผลต่อความไวต่อการติดเชื้อ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของถิ่นที่อยู่หรือการเปลี่ยนของสภาพอากาศ (climate change) อาจก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของไมโครไบโอมซึ่งส่งผลต่อสุขภาพและระบบภูมิคุ้มกัน และอาจทำให้เชื้อก่อโรคเพิ่มจำนวนได้
ลิง red colobus (Procolobus gordonorum)
(CC BY-SA 3.0)
การนำสัตว์ป่ามาเลี้ยงในกรงเลี้ยง เช่น สวนสัตว์ เป็นส่วนสำคัญส่วนหนึ่งในมาตรการอนุรักษ์สัตว์ป่าซึ่งมีข้อดีหลายด้าน เช่น สามารถให้ความปลอดภัย สามารถจัดการการผสมพันธุ์เพื่อเพิ่มจำนวนได้ รวมถึงเป็นแหล่งให้ความรู้ แสดงให้เห็นถึงความพยายามในการอนุรักษ์ แต่อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อจำกัดในด้านพื้นที่หรืออาหารที่ไม่อาจทำได้เหมือนในธรรมชาติแบบสมบูรณ์ จึงทำให้มีการศึกษาเปรียบเทียบไมโครไบโอมของทางเดินอาหารและผิวหนังระหว่างสัตว์ป่าในกรงเลี้ยงและสัตว์ป่าในธรรมชาติในสัตว์ป่าหลายชนิด โดยผลการศึกษาพบว่าความหลากหลายของชนิด (alpha diversity) และความหลากหลายขององค์ประกอบระหว่างกลุ่ม (beta diversity) มีความแตกต่างกัน โดยพบทั้งความหลากหลายที่เพิ่มขึ้น และลดลงในสัตว์ป่าในกรงเลี้ยง
นอกจากนี้บางการศึกษายังไม่พบความแตกต่างของความหลากหลายของไมโครไบโอม ทั้งนี้ผลการศึกษาอาจขึ้นกับรายละเอียดของงานวิจัยด้วย เช่น ขนาดตัวอย่าง วิธีที่ใช้ในการศึกษาไมโครไบโอม เป็นต้น รวมถึงปัจจัยภายในของชนิดพันธุ์ที่ทำการศึกษา ความแตกต่างที่พบมักเกิดจากการจัดการอาหาร สิ่งแวดล้อม และการใช้ยา เช่น ยาปฏิชีวนะ ดังนั้นผลของการศึกษาเปรียบเทียบนี้จึงมีส่วนสำคัญในการพัฒนาการจัดการสัตว์ป่าในกรงเลี้ยงและส่งผลให้การนำสัตว์ป่าคืนสู่ธรรมชาติ (reintroduction) มีความสำเร็จมากขึ้น
จากที่ได้กล่าวไปข้างต้นว่าการเปลี่ยนแปลงสมดุลไมโครไบโอมนั้นสามารถก่อให้เกิดโรคหรือความผิดปกติได้ เช่น ไอบีเอสหรือโรคลำไส้แปรปรวน (IBS; irritable bowel syndrome) เบาหวาน หรือโรคอ้วนในมนุษย์ แต่การศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงสมดุลของไมโครไบโอมกับการเกิดโรคในสัตว์หรือสัตว์ป่ายังมีข้อมูลไม่มากนัก เช่น มีการศึกษาพบว่าการเปลี่ยนแปลงสมดุลของไมโครไบโอมของผิวหนังของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำมีส่วนเกี่ยวข้องกับการติดเชื้อรา (chytridiomycosis) ที่ทำให้สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำหลายชนิดลดจำนวนและสูญพันธุ์
การศึกษาไมโครไบโอมในสัตว์ในปัจจุบันมักเป็นการรายงานชุมชนของแบคทีเรียที่เจอโดยที่ยังไม่ทราบว่าการเปลี่ยนแปลงสมดุลมีความเกี่ยวข้องกับการเกิดหรือไม่ หากมีการศึกษาเพิ่มในสัตว์ป่าชนิดอื่น ๆ อาจจะทำให้สามารถนำข้อมูลไมโครไบโอมมาใช้เป็นดัชนีชี้วัดด้านสุขภาพได้ นอกจากการศึกษาชนิดของชุมชนไมโครไบโอตาแล้วนั้น การศึกษาเพิ่มเติมถึงหน้าที่และความสัมพันธ์ของจุลชีพ รวมถึงการใช้เทคโนโลยีโอมิกส์ต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นโปรตีโอมิกส์ (proteomics) เมตาโบโลมิกส์ (metabolomics) เพื่อศึกษาสารที่เกี่ยวข้องกับไมโครไบโอตา จะช่วยเพิ่มองค์ความรู้รวมถึงทำให้ทราบสาเหตุของการเกิดโรค ความผิดปกติ ช่วยในการวินิจฉัยและพัฒนาแนวทางการรักษาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
นอกจากนี้การศึกษาข้อมูลพื้นฐานของไมโครไบโอมจะสามารถนำไปใช้เป็นแนวทางการพัฒนาการใช้ผลิตภัณฑ์กลุ่มพรีไบโอติก (prebiotic) และ โพรไบโอติก (probiotic) เพื่อป้องกันและรักษาโรคในสัตว์ป่า เพื่อเพิ่มโอกาสในอยู่รอดซึ่งมีความสำคัญมากโดยเฉพาะในสัตว์ชนิดที่มีความเสี่ยงต่อการสูญพันธุ์ จะเห็นว่าความรู้ด้านไมโครไบโอมนั้นจะมีส่วนสำคัญที่จะช่วยให้งานด้านอนุรักษ์ประสบความสำเร็จมากขึ้น
เอกสารอ้างอิง
Amato K, Metcalf J, Song S, Hale V, Clayton J, Ackermann G et al. Using the gut microbiota as a novel tool for examining colobine primate GI health. Glob Ecol Biogeogr. 2016;7:225-237.
Bahrndorff S, Alemu T, Alemneh T, Lund Nielsen J. The Microbiome of Animals: Implications for Conservation Biology. Int J Genomics. 2016;2016:1-7.
Barko P, McMichael M, Swanson K, Williams D. The Gastrointestinal Microbiome: A Review. J. Vet. Intern. Med. 2017;32(1):9-25.
Zhang X, Li L, Butcher J, Stintzi A, Figeys D. Advancing functional and translational microbiome research using meta-omics approaches. Microbiome. 2019;7(1).
Ho HE, Bunyavanich S. Role of the microbiome in food allergy. CCurr. Allergy Asthma Rep. 2018;18(4):27.
Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf K, Manichanh C et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464(7285):59-65.
Rebollar E, Martínez-Ugalde E, Orta A. The Amphibian Skin Microbiome and Its Protective Role Against Chytridiomycosis. Herpetologica. 2020;76(2):167.
Turnbaugh P, Ley R, Hamady M, Fraser-Liggett C, Knight R, Gordon J. The Human Microbiome Project. Nature. 2007;449(7164):804-810.
Vredenburg VT, Briggs CJ, Harris RN. Host-pathogen dynamics of amphibian chytridiomycosis: the role of the skin microbiome in health and disease. Fungal Diseases: An Emerging Threat to Human, Animal, and Plant Health. 2011;Washington DC: National Academy Press: 342-355.
West A, Waite D, Deines P, Bourne D, Digby A, McKenzie V et al. The microbiome in threatened species conservation. Biol Conserv. 2019;229:85-98.
Williams C, Caraballo-Rodríguez A, Allaband C, Zarrinpar A, Knight R, Gauglitz J. Wildlife-microbiome interactions and disease: exploring opportunities for disease mitigation across ecological scales. Drug Discov Today Dis Models. 2018;28:105-115.
ภาพประกอบบทความ
ภาพประกอบโดย Stevage – Own work จาก Wikimedia (CC BY-SA 3.0)
ภาพประกอบโดย Kumar Harsh จาก Unsplash
อ.ดร.สพ.ญ.รศชงค์ บุณยฤทธิชัยกิจ
ภาควิชาเวชศาสตร์คลินิกและการสาธารณสุข
คณะสัตวแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล