Tarmflora

**Tarmflora** er mikroorganismer, bakterier, arkebakterier, sopp, protoktister og virus som finnes naturlig i tarmen hos mennesker og hos dyr, fugler, fisk og insekter, der de lever i mutualisme med sin vert. 

Tarmfloraen er viktig for fordøyelse og næringsopptak, den hjelper til med å bryte ned mat og frigjøre næringsstoffer som kroppen ellers ikke ville kunne fordøye. Den er en del av immunforsvaret og fungerer som en barriere mot skadelige mikroorganismer og hjelper til med å regulere immunsystemet. Den produserer også viktige stoffer, noen bakterier produserer vitaminer, som vitamin K og visse B-vitaminer, samt kortkjedede fettsyrer som er viktige for tarmhelsen. En balansert tarmflora bidrar til å forebygge sykdommer som irritabel tarmsyndrom, inflammatoriske tarmsykdommer og til og med påvirke mental helse. Nyere forskning viser at tarmfloraen kan påvirke hjernens funksjon og psykisk helse gjennom det såkalte tarm-hjerne-aksen. Tarmfloraen påvirkes av kosthold, livsstil, antibiotikabruk og miljøfaktorer. 

I tarmene til mennesker over hele verden har man funnet over 5000 forskjellige bakteriearter. Normalt har man rundt 160 forskjellige bakteriearter i tarmen, 52 av bakteriene finnes hos de aller fleste, det vil si hos over 70 prosent av alle som er testet over hele verden. Normalfloraen i tarmen hos mennesket bidrar til immunitet, dannelse av vitaminer som folsyre, vitamin K og biotin, konvertering av melkeproteiner til melkesyre, og til å gjære komplekse ufordøybare karbohydrater. Tilstedeværelsen av denne normalfloraen forhindrer også vekst av potensielle patogene bakterier (hovedsakelig gjennom «å ta opp plass» i vevet). Den har bred innvirkning, inkludert effekter på kolonisering, resistens mot patogener, opprettholdelse av tarmepitelet, metabolisering av kostholds- og farmasøytiske forbindelser, kontroll av immunfunksjon og til og med atferd gjennom tarm-hjerne-aksen. Tarmfloraen er kjempeviktig for helsa vår, det er ikke en bakterie av gangen som er viktig men samspillet.

Den mikrobielle sammensetningen av tarmmikrobiotaen varierer på tvers av regioner i fordøyelseskanalen. Tykktarmen inneholder den høyeste mikrobielle tettheten. Over 99 % av bakteriene i tarmen er anaerobe, det vil si at de lever uten oksygen, men i blindtarmen finner man høye tetthet av aerobe bakterier, bakterier som trenger oksygen. Det er anslått at den menneskelige tarmfloraen har like mange gener som det er i menneskegenomet.

Det har vist seg at menneskets tarmflora kan deles inn i tre typer, navngitt etter den dominerende bakterien i hver gruppe, bacteroides, prevotella og ruminococcus.

Nyere forskning har vist at mennesker med kroniske sykdommer ofte har en annen sammensetning av tarmbakterier enn friske. Man mener at bakterier og andre mikroorganismer i tarmen spiller en viktig rolle for helsa vår. Forskning på sammensetningen og samspillet mellom tarmbakterier og resten av kroppen regnes nå som et viktig vitenskapsområde. Probiotika er et produkt som inneholder levende bakterier av forskjellige typer, som kan brukes til å endre bakteriesammensetningen i pasientens tarm hvis den er i ubalanse. Man forsker også på hvordan man lager bedre modeller av hvordan en gitt bakteriepopulasjon vil reagere på ulike påvirkninger. Vet man hvordan bakteriene samhandler, kan man sannsynligvis bruke den kunnskapen til å gjøre mer presise forutsigelser av deres aktiviteter i kroppen på et generelt nivå.

## Oversikt

### Tarmfloraen i menneskekroppen
Hos mennesker etableres tarmfloraen ved fødselen og går gradvis over til en tilstand som ligner på voksne innen toårsalderen, samtidig med utviklingen og modningen av tarmepitel, som er det enlagede cellelaget som dekker innsiden av tarmen, og tarmslimhinnebarrieren, som er en kompleks struktur som inkluderer epitelceller, slimlag, immunforsvar og mikrobiota. Denne barrieren er viktig for å støtte et symbiotisk forhold til tarmfloraen samtidig som den gir beskyttelse mot patogene organismer, som er mikroorganismer som kan forårsake sykdom. Kroppen vår inneholder faktisk flere bakterieceller enn egne celler.

Sammensetningen av menneskelig tarmflora endres over tid, når kostholdet endres og når den generelle helsen endres.

Den mikrobielle sammensetningen av tarmfloraen varierer i fordøyelseskanalen. I magesekken og tynntarmen er det vanligvis relativt få bakteriearter tilstede. Sopp, protoktister, arkebakterier og virus er også tilstede i tarmfloraen, men man vet ikke så mye om aktivitetene deres.

Industrialisering av maten er forbundet med endringer i mikrobiotaen, og reduksjon av mangfold kan drive visse arter til utryddelse. Mikrobiota er en samlingen av mikroorganismer som lever i og på flercellede organismer. I 2018 foreslo forskere et biobanklager av menneskelig mikrobiota.

## Sammensetning
:Se også:  Normalflora

### Bakterier

#### Mage
På grunn av den høye surhetsgraden i magen, kan de fleste mikroorganismer ikke overleve der. 

#### Tarm
Gram-positiv bakterier og stavformede bakterier er de dominerende mikroorganismene som finnes i tynntarmen. Bakteriefloraen i tynntarmen bidrar til en rekke tarmfunksjoner. Bakteriefloraen gir regulatoriske signaler som muliggjør utvikling og nytte av tarmen. Overvekst av bakterier i tynntarmen kan føre til tarmsvikt. I tillegg inneholder tykktarmen det største bakterieøkosystemet i menneskekroppen. Faktorer som forstyrrer mikroorganismepopulasjonen i tykktarmen inkluderer antibiotika, stress og parasitter.

Forskning tyder på at forholdet mellom tarmfloraen og resten av mennesket ikke bare er en ikke-skadelig sameksistens, men snarere et symbiotisk forhold. Selv om mennesker kan overleve uten tarmflora, utfører mikroorganismene en rekke nyttige funksjoner, som å fermentere ubrukte energisubstrater, trene immunforsvaret via sluttprodukter av metabolisme som propansyre og acetat, forhindre vekst av skadelige arter, regulere tarmens utvikling, produsere vitaminer for verten (som biotin og vitamin K), og produsere hormoner for å styre lagring av fett. Omfattende modifikasjon og ubalanser i tarmfloraen og dens mikroorganismer eller gen-samling er assosiert med fedme. Imidlertid antas noen arter under visse forhold å være i stand til å forårsake sykdom ved å forårsake infeksjon eller øke kreftrisikoen.

E.coli-bakterier er en del av tarmfloraen som bidrar til dannelsen av vitamin K.

### Sopp
Sopp utgjør også en del av tarmfloraen, men mindre er kjent om aktivitetene deres.

Forskning pågår om penicillium er en permanent eller forbigående del av tarmfloraen, hentet fra kostholdskilder som ost. Saccharomyces cerevisiae, ølgjær, er kjent for å nå tarmene etter inntak og kan være ansvarlig for tilstanden autobryggerisyndrom i tilfeller der den er overflod, mens Candida albicans sannsynligvis er et permanent medlem, og antas å være ervervet ved fødselen gjennom vertikal overføring, som vil si overføring fra mor til barn under graviditet.

### Virus
Det menneskelige viromet omfatter alle virus assosiert med menneskekroppen, alt fra virus som infiserer naturlige celler til bakteriofager som infiserer bakterier i mikrobiomet. Blant disse er bakteriofager de klart mest tallrike, men mindre er kjent om aktivitetene til virusene.

## Variasjon

#### Alder
Det finnes vanlige mønstre for utvikling av mikrobiomat sammensetningen i løpet av livet. Generelt er mangfoldet av sammensetningen i avføringsprøver betydelig høyere hos voksne enn hos barn, selv om mellommenneskelige forskjeller er høyere hos barn enn hos voksne. Mye av modningen av mikrobiota til en voksenlignende konfigurasjon skjer i løpet av de tre første leveårene. Etter hvert som mikrobiomat sammensetningen endres, endres også sammensetningen av bakterieproteiner produsert i tarmen. I voksne mikrobiomer er det funnet en høy forekomst av enzymer involvert i fermentering, metanogenese og metabolismen av arginin, glutamat, aspartat og lysin. I spedbarnsmikrobiomer er derimot de dominerende enzymene involvert i cysteinmetabolisme og fermenteringsveier.

### Rase og etnisitet
Forskere ved American Gut Project og Human Microbiome Project fant at tolv mikrobefamilier varierte i mengde basert på individets rase eller etnisitet. 

### Sosioøkonomisk status
Fra 2020 har minst to studier vist en sammenheng mellom et individs sosioøkonomiske status og tarmmikrobiotaen deres. En studie i Chicago fant at individer i nabolag med høyere sosioøkonomiske status hadde større mangfold i mikrobiotaen. Folk fra nabolag med høyere sosioøkonomiske status hadde også mer rikelig med bacteroides-bakterier. Tilsvarende fant en studie av tvillinger i Storbritannia, at høyere sosioøkonomiske status også var knyttet til et større mangfold i tarmen. 

### Antibiotikabruk
Fra 2023 antyder en studie at antibiotika, spesielt de som brukes i behandling av bredspektrede bakterieinfeksjoner, har negative effekter på tarm-mikrobiotaen. Studien viser også at det er mange eksperter på tarmhelse som er bekymret for at antistoffbruk har redusert mangfoldet i tarmmikrobiotaen, at mange av stammene går tapt, og at hvis det skjer en gjenoppblomstring av bakteriene er det gradvis og på lang sikt.

### Geografi
Sammensetningen av tarmmikrobiomet avhenger av befolkningens geografiske opprinnelse. Det er signifikante forskjeller mellom befolkning fra USA, Malawi og amerikanske urfolk. 

Den amerikanske befolkningen har en høy representasjon av enzymer som koder for nedbrytningen av glutamin og enzymer involvert i vitamin- og liponsyrebiosyntese, mens malawiske og urbefolkningen populasjoner har en høy representasjon av enzymer som koder for glutamatsyntase, og de har også en overrepresentasjon av α-amylase i sine mikrobiomer. Ettersom den amerikanske befolkningen har et kosthold rikere på fett enn amerikanske urfolk eller malawiske populasjoner som har et maisrikt kosthold, er kostholdet sannsynligvis den viktigste faktoren for tarmbakteriesammensetningen. 

Ytterligere studier har indikert en stor forskjell i sammensetningen av mikrobiota mellom europeiske og afrikanske barn. Avføringsbakteriene til barn fra Firenze ble sammenlignet med barnas fra den lille landsbyen Boulpon i Burkina Faso. Kostholdet til et typisk barn som bor i denne landsbyen mangler i stor grad fett og animalske proteiner, og er rikt på polysakkarider og planteproteiner. De fekale bakteriene hos europeiske barn ble dominert av firmicutes og viste en markant reduksjon i biologisk mangfold, mens de fekale bakteriene hos Boulpon-barna ble dominert av bacteroidetes. Det økte biologiske mangfoldet og den forskjellige sammensetningen av tarmmikrobiomet i afrikanske populasjoner kan hjelpe til med fordøyelsen av normalt ufordøyelige plantepolysakkarider og kan også føre til redusert forekomst av ikke-smittsomme tykktarmssykdommer.

I mindre skala har det blitt vist at det å dele en rekke vanlige miljøeksponeringer i en familie er en sterk faktor for den individuelle mikrobiomsammensetningen. Denne effekten har ingen genetisk innflytelse, og den observeres konsekvent i kulturelt forskjellige populasjoner.

Underernærte barn har mindre moden og mindre mangfoldig tarmmikrobiota enn friske barn, og endringer i mikrobiomet forbundet med næringsmangel kan igjen være en patofysiologisk årsak til underernæring. Underernærte barn har også vanligvis mer potensielt patogen tarmflora, og mer gjær i munn og hals. Endring av kosthold kan føre til endringer i tarmmikrobiotas sammensetning og mangfold.

## Forskning
Forskning på tarmfloraen skjøt for alvor fart på 2010-tallet da forskning viste at tarmbakterier kan ha stor innvirkning på biologien i kroppen og ulike helseproblemer. En studie ved Washington University School of Medicine viste at tarmflora kunne påvirke fedme, noe som fikk enorm oppmerksomhet. Siden den gang har tusenvis av studier koblet tarmfloraen til sykdommer som alzheimers, angst, hjertesykdom, multippel sklerose, leddgikt, cøliaki, diabetes type 1 og 2, og i senere tid også kreft.

Det er blitt stadig tydeligere at tarmfloraen ikke bare har til oppgave å fordøye mat slik at kroppen kan absorbere næringsstoffene. Man har funnet ut at den kommuniserer med hele kroppen. Når tarmbakterier bryter ned maten, produseres metthetshormoner og andre stoffer som sender signaler til andre deler av kroppen via nervesystemet eller blodbanen. Bakterier kan også kommunisere direkte med for eksempel hvite blodlegemer i blodet eller lymfesystemet. Man mener nå at rundt åtti prosent av immunforsvaret finnes i og rundt tarmen. I undersøkelser har forskerne gjort mus syke ved å gi dem tarmflora fra syke mennesker. Ennå forstår man lite av hvordan dette virker.

Det er også mye forsking på hvordan antibiotika og ikke-antibiotiske legemidler påvirker tarmfloraen og hvilke bivirkninger dette kan føre til som man tidligere ikke har vært klar over. I tillegg til tarmfloraens påvirkning antibiotikaene virkeevner. Antibiotika er laget for å bekjempe bakterielle infeksjoner, mens ikke-antibiotiske legemidler brukes til å behandle andre tilstander. Tester for om ikke-antibiotiske legemidler kan påvirke menneskelige tarmbakterier ble utført ved in vitro analyse på mer enn 1000 markedsførte legemidler mot 40 tarmbakteriestammer, noe som viste at 24 % av legemidlene hemmet veksten av minst en av bakteriestammene. Man forsker også på antibiotikaresistens i tarmfloraen som kan forekomme hvis den utsettes for hyppig bruk av antibiotika. Bakterier i tarmen kan utvikle resistens ved å tilpasse seg og overleve antibiotikabehandling, noe som kan føre til at resistente bakterier sprer seg og påvirker helsen negativt.

Man ser til stadighet i tidsskrift overskrifter som *Forskere mener tarmbakteriene påvirker evnen vår til å lære, ME-pasienter med spesiell tarmflora, Tarmbakterie ga autisme-adferd hos mus,* *Tarmbakterier kobles til hjertesvikt, Uheldig tarmflora trigget autoimmunitet, Kan tarmbakterier gi åreforkalkning? Oppstår anoreksi i tarmen?* og *Kan angst behandles gjennom tarmen?*

## Funksjoner
Da studiet av tarmflora startet i 1995, trodde man at den hadde tre nøkkelroller: direkte forsvar mot patogener, styrking av vertsforsvaret ved sin rolle i å utvikle og vedlikeholde tarmepitelet og ved å stimulere immunsystemet til å produsere antistoffer, og metabolisering av ellers ufordøyelige forbindelser i mat. Senere arbeid oppdaget floræns rolle i å trene det utviklende immunforsvaret, og ytterligere arbeid fokuserte på dens rolle i tarm-hjerne-aksen, og er knyttet til tilstander som depresjon, angst og nevrologiske sykdommer.

Tarmmikrobiotaen påvirker ikke bare tarmhelsen, men spiller også en rolle i systemisk immunregulering, inkludert interaksjoner med det pulmonale immunmiljøet gjennom det som er kjent som «tarm-lunge-aksen». Studier har vist at sammensetningen av tarmbakterier kan påvirke kroppens evne til å lagre fett og regulere appetitt. Endringer i tarmfloraen er koblet nå til sykdommer som leddgikt, multippel sklerose og inflammatoriske tarmsykdommer. Noen forskere undersøker hvordan tarmfloraen kan påvirke effekten av immunterapi og kreftmedisiner.

### Direkte hemming av patogener
Tarmflorasamfunnet spiller en direkte rolle i å forsvare seg mot patogener ved å kolonisere området fullstendig, benytte seg av alle tilgjengelige næringsstoffer og ved å skille ut forbindelser kjent som cytokiner som dreper eller hemmer uvelkomne organismer som ville konkurrere om næringsstoffer med det. Ulike stammer av tarmbakterier forårsaker produksjon av forskjellige cytokiner. Cytokiner er kjemiske forbindelser produsert av immunforsvaret vårt for å starte den inflammatoriske responsen mot infeksjoner. Forstyrrelse av tarmfloraen gjør at konkurrerende organismer som clostridioides difficile kan etablere seg, som ellers ville blitt holdt i sjakk.

### Utvikling av tarmbeskyttelse og immunsystem
Tarmfloraen hos spedbarn blir lik en voksens innen ett til to år etter fødselen. Etter hvert som tarmfloraen etablerer seg, utvikler slimhinnen i tarmen, tarmepitelet og tarmslimhinnebarrieren som den utskiller, en symbiose med mikroorganismer. Mer spesifikt formerer slimhinnecellene som produserer slimhinnen seg, og slimhinnelaget tykner, noe som gir et ytre slimhinnelag der gunstige mikroorganismer kan forankre og ernære seg, og et indre lag som disse organismene ikke kan trenge inn i. I tillegg utvikles utviklingen av tarmassosiert lymfoidvev (GALT), som danner en del av tarmepitelet og som oppdager og reagerer på patogener, i løpet av den tiden tarmfloraen etablerer seg. GALT-en som utvikles er tolerant mot tarmfloraarter, men ikke mot andre mikroorganismer. GALT blir normalt også tolerant mot mat spedbarnet konsumerer, og tarmflorametabolittene (molekyler dannet fra metabolisme) produsert fra mat.

Det menneskelige immunforsvaret lager cytokiner som kan drive immunforsvaret til å produsere betennelse for å beskytte seg selv, og som kan dempe immunresponsen for å opprettholde homeostase og tillate helbredelse etter skade eller belastning. Ulike bakteriearter som forekommer i tarmfloraen har vist seg å være i stand til å styre immunforsvaret til å lage cytokiner selektivt, for eksempel ser bacteroides fragilis og noen clostridia-arter ut til å styre en antiinflammatorisk respons, mens noen segmenterte filamentøse bakterier styrer produksjonen av inflammatoriske cytokiner. Tarmfloraen kan også regulere produksjonen av antistoffer fra immunsystemet. En funksjon av denne reguleringen er å få B-celler til å endrer typen antistoff de produserer, kjent som klassebytte, til immunoglobulin A som er viktig for slimhinneforsvaret i kroppen. I de fleste tilfeller trenger B-celler aktivering fra T-hjelperceller for å indusere klassebytte, i en annen signalvei forårsaker imidlertid tarmfloraen NF-kB-signalering fra tarmepitelceller, noe som resulterer i at ytterligere signalmolekyler skilles ut. Til syvende og sist opprettholder IgA et sunt miljø mellom verten og tarmbakteriene. Disse cytokinene og antistoffene kan ha effekter utenfor tarmen, i lungene og andre vev.

Forskning tyder på at tarmfloraen kan påvirke immunresponsen på vaksiner. En studie publisert i tidsskriftet *Cell* viste at antibiotikabruk, som svekker tarmfloraen, kan redusere immunresponsen på influensavaksiner. Forskerne fant at personer med svekket tarmflora hadde lavere nivåer av spesifikke antistoffer etter vaksinering, noe som tyder på at en intakt tarmflora spiller en rolle i immunisering. Andre studier har også vist at sammensetningen av tarmbakterier kan påvirke hvordan immunsystemet reagerer på vaksiner og sykdommer.

### Metabolisme
Uten tarmflora ville menneskekroppen ikke være i stand til å utnytte noen av de ufordøyde karbohydratene den konsumerer, fordi noen typer tarmflora har enzymer som menneskeceller mangler for å bryte ned visse polysakkarider.

Bakterier omdanner karbohydrater de fermenterer til kortkjedede fettsyrer ved en form for fermentering som kalles sakkarolytisk fermentering. Produktene inkluderer eddiksyre, propionsyre og smørsyre. Disse materialene kan brukes av vertsceller, og gir en viktig kilde til energi og næringsstoffer. Gasser (noen av disse gassene er involvert i signalering mellom celler og kan også føre til flatulens, luft i magen) og organiske syrer, som melkesyre, produseres også ved fermentering. Eddiksyre brukes av muskler, propionsyre letter leverens produksjon av adenosintrifosfat, og smørsyre gir energi til tarmcellene.

Tarmfloraen syntetiserer også vitaminer som biotin og folat, og letter prosessen der ett stoff tar opp eller blir tatt opp av et annet, som av mineraler, inkludert magnesium, kalsium og jern.

Tarm-mikrobiota fungerer også som en kilde til vitamin K og B12, som ikke produseres av kroppen eller produseres i liten mengde.

### Nedbrytning av cellulose
Bakterier som bryter ned cellulose (som ruminococcus) er utbredt blant hominidae, gamle menneskelige samfunn, jeger og samlersamfunn og til og med mennesker som bor i landlige områder, selv i dagens moderne tid. Imidlertid er de sjeldne i industrialiserte samfunn. Mikroorganismer, som bakterier eller virus, som er knyttet til mennesker har tilegnet seg gener som kan bryte ned spesifikke plantefibre som mais, ris og hvete.

Bakteriestammer som finnes hos primater kan også bryte ned kitin, en polymer som det er rikelig med i insekter, som er en del av kostholdet til mange ikke-menneskelige primater. Nedgangen i disse bakteriene i menneskets tarm ble sannsynligvis påvirket av skiftet mot vestlige livsstiler.

### Farmakomikrobiomikk
Det menneskelige metagenomet varierer betydelig mellom individer. Metagenomikk vil si den genetiske sammensetningen til et individ og alle mikroorganismer som befinner seg på eller i individets kropp. Kroppen vår består av omtrent like mange mikroorganismer som menneskelige celler, selv om mikroorganismene er mye mindre i størrelse.

Bortsett fra karbohydrater, kan tarmmikrobiota også metabolisere andre xenobiotika som legemidler, fytokjemikalier og giftstoffer i mat. Mer enn 30 legemidler har vist seg å bli metabolisert av tarmmikrobiota. Den mikrobielle metabolismen av legemidler kan noen ganger inaktivere legemidlet.

Tarmfloraen er et komplekst og rikt samfunn av mikroorganismer som inneholder ulike gener med enorme biokjemiske evner til å modifisere legemidler, spesielt de som tas gjennom munnen. Tarmfloraen kan påvirke legemiddel-metabolismen via direkte og indirekte mekanismer. Den direkte mekanismen vil si at mikrobielle enzymer kan direkte påvirke legemidler ved å endre deres kjemiske struktur. Dette skjer når mikroorganismer produserer enzymer som kan bryte ned legemidler, noe som kan redusere effekten. Eller modifisere legemidler slik at de blir mer aktive eller får nye egenskaper, eller endre stabiliteten til legemidler, noe som kan påvirke hvor lenge de virker i kroppen. Den indirekte veien vil si at mikrobielle metabolitter indirekte kan påvirke kroppens evne til å metabolisere legemidler ved å regulere uttrykket av vertens egne enzymer, som cytokrom P450. Dette skjer når mikroorganismer i tarmen produserer metabolitter som kan aktivere eller hemme enzymene som bryter ned legemidler. Endre hastigheten på hvordan kroppen behandler medisiner eller påvirke biotilgjengelighet, altså hvor mye av et legemiddel som faktisk tas opp i kroppen.

Den menneskelige tarmfloraen spiller en avgjørende rolle i å modulere effekten av de administrerte legemidlene på mennesket. Direkte kan tarmfloraen syntetisere og frigjøre en rekke enzymer med evnen til å metabolisere legemidler, slik som mikrobiell biotransformasjon av L-dopa ved hjelp av dekarboksylase- og dehydroksylase-enzymer. Motsatt kan tarmfloraen også endre metabolismen av legemidlene ved å modulere vertens legemiddel-metabolisme. Denne mekanismen kan medieres av mikrobielle metabolitter eller ved å modifisere vertens metabolitter som igjen endrer uttrykket av vertens metaboliserende enzymer.

Et stort antall studier har vist metabolisme av over 50 legemidler i tarmfloraen. For eksempel aktiveres lovastatin, som er et kolesterolsenkende middel, delvis av den menneskelige tarmfloraen og danner aktive syrehydroksylerte metabolitter. Omvendt inaktiveres digoksin, som er et legemiddel som brukes til å behandle hjertesvikt, av et medlem av tarmmikrobiotaen. Tarmmikrobiotaen kan også modulere effekten og toksisiteten til kjemoterapeutiske midler som irinotekan.

### Sekundære metabolitter
Dette mikrobielle samfunnet i tarmen har en enorm biokjemisk evne til å produsere distinkte sekundære metabolitter som noen ganger produseres fra metabolsk omdannelse av kosthold som fibre, endogene biologiske forbindelser som indol eller gallesyrer. Mikrobielle metabolitter, spesielt kortkjedede fettsyrer og sekundære gallesyrer, spiller viktige roller for mennesker i helse- og sykdomstilstander.

En av de viktigste bakterielle metabolittene som produseres av tarmfloraen er sekundære gallesyrer (BA). Disse metabolittene produseres ved bakteriell biotransformasjon av primære gallesyrer som cholsyre (CA) og chenodeoksykolsyre (CDCA) til henholdsvis BA, litokolsyre (LCA) og deoksykolsyre (DCA). Primære gallesyrer som syntetiseres av hepatocytter, som er er de viktigste cellene i leveren, og lagres i galleblæren, har hydrofobe egenskaper. Tarmmikrobiotaen omdanner visse metabolitter til sekundære metabolitter som har økt hydrofobisitet, det vil si en egenskap som gjør at det frastøter vann i stedet for å blande seg med det. Dette innebærer at de blir mer fettløselige og mindre vannløselige, noe som kan påvirke hvordan de interagerer med kroppen. Gallesalthydrolaser (BSH) som er konservert på tvers av tarmmikrobiota-fyler som bacteroides, firmicutes og actinobacteria, er ansvarlige for det første trinnet i metabolismen av sekundære gallesyrer. BA som DCA og LCA har vist seg å hemme både spiring og utvekst av Clostridioides difficile, som er en bakterie som kan forårsake infeksjoner i tykktarmen, den kan føre til alvorlig diare og betennelse i tarmen spesielt hos personer som nylig har brukt antibiotika.

### Dysbiose
Tarmmikrobiotaen er viktig for å opprettholde homeostase i tarmen. Utvikling av tarmkreft er assosiert med en ubalanse i den naturlige mikrofloraen (dysbiose). Den sekundære gallesyren deoksykolsyre er assosiert med endringer i det mikrobielle samfunnet som fører til økt tarmkarsinogenese. Økt eksponering av tykktarmen for sekundære gallesyrer som følge av dysbiose kan forårsake DNA-skade, og slik skade kan produsere kreftfremkallende mutasjoner i celler i tykktarmen. Den høye tettheten av bakterier i tykktarmen (omtrent 1012 per ml) som er utsatt for dysbiose sammenlignet med den relativt lave tettheten i tynntarmen (omtrent 102 per ml) kan forklare den mer enn 10 ganger høyere forekomsten av kreft i tykktarmen sammenlignet med tynntarmen.

### Tarm-hjerne-aksen
Tarmmikrobiotaen bidrar til fordøyelse og immunmodulering, ettersom den spiller en rolle i tarm-hjerne-aksen, hvor mikrobielle metabolitter som kortkjedede fettsyrer og nevrotransmittere påvirker hjernens funksjon og atferd. Tarm-hjerne-aksen er den biologiske kemisk signalering som finner sted mellom tarmkanalen og sentralnervesystemet. Dette begrepet har blitt utvidet til å omfatte tarmfloraens rolle i samspillet, begrepet «mikrobiom–hjerneaksen» brukes noen ganger for å beskrive paradigmer som eksplisitt inkluderer tarmfloraen. Bredt definert inkluderer tarm-hjerne-aksen sentralnervesystemet, nevroendokrine og nevroimmune systemer, inkludert hypothalamus-hypofyse-binyreaksen (HPA-aksen), sympatiske og parasympatiske grener i det autonome nervesystemet, inkludert det enteriske nervesystemet, vagusnerven og tarmmikrobiotaen.

En systematisk gjennomgang fra 2016 av prekliniske studier og små kliniske studier på mennesker utført med visse kommersielt tilgjengelige stammer av probiotiske bakterier fant at bifidobacterium- og lactobacillus-slektene var av interesse for visse lidelser i sentralnervesystemet.

## Endringer i mikrobiotabalansen

### Effekter av antibiotikabruk
Endring av antallet tarmbakterier, for eksempel ved å ta bredspektrede antibiotika, det er antibiotika som er effektive mot mange ulike bakterietyper, kan påvirke vertens helse og evne til å fordøye mat. Antibiotika kan forårsake antibiotikarelatert diare ved å irritere tarmen direkte, endre nivåene av mikrobiota eller la patogene bakterier vokse. En annen skadelig effekt av antibiotika er økningen i antall antibiotikaresistente bakterier som finnes etter bruk, som når de invaderer verten forårsaker sykdommer som er vanskelige å behandle med antibiotika.

Endring av antallet og artene av tarmmikrobiota kan redusere kroppens evne til å fermentere karbohydrater og metabolisere gallesyrer, og kan forårsake diare. Karbohydrater som ikke brytes ned, kan absorbere for mye vann og forårsake rennende avføring, eller mangel på kortspektrede fettsyrer produsert av tarmmikrobiota kan forårsake diare. 

En reduksjon i nivåene av naturlige bakteriearter forstyrrer også deres evne til å hemme veksten av skadelige arter som clostridioides difficile (C. difficile), en bakterie som kan forårsake infeksjoner i tykktarmen, og salmonella kedougou, en sjelden serotype bakterie som kan forårsake matbårne infeksjoner hos mennesker og dyr, denne varianten har vært involvert i utbrudd av salmonellose og har blitt påvist i matvarer som fjærfe og sopp. C. difficile og salmonella kedougou artene kan komme ut av kontroll, selv om overveksten deres kan være tilfeldig og ikke være den virkelige årsaken til diare. Nye behandlingsmetoder for C. difficile-infeksjoner involverer fekal transplantasjon, som er en medisinsk behandling der tarmbakterier fra en frisk donor overføres til en pasient med ubalanse i tarmfloraen. Målet er å gjenopprette en sunn mikrobiota og behandle sykdommer som skyldes forstyrrelser i tarmbakteriene.

Sammensetningen av tarmmikrobiomet endres også ved alvorlige sykdommer, ikke bare på grunn av antibiotikabruk, men også på grunn av faktorer som iskemi, manglende evne til å spise og svekket immunforsvar. Negative effekter av dette har ført til interesse for selektiv dekontaminering av fordøyelseskanalen, en behandling for å drepe bare patogene bakterier og tillate reetablering av friske.

Antibiotika endrer populasjonen av mikrobiota i mage-tarmkanalen, og dette kan påvirke sammensetningen av mikrobiotaen i tarmen, noe som kan ha vidtrekkende konsekvenser for kroppens metabolisme, hormoner og immunforsvar.

Det finnes rimelige bevis for at inntak av probiotika som inneholder lactobacillus-arter kan bidra til å forhindre antibiotika-assosiert diare, og at inntak av probiotika sammen med saccharomyces kan bidra til å forhindre clostridioides difficile-infeksjon etter bruk av antibiotika som påvirker hele kroppen.

### Graviditet
En kvinnes tarmflora endrer seg etter hvert som svangerskapet skrider frem, med endringer som ligner på de man ser ved metabolske syndromer som diabetes. Endringen i tarmfloraen forårsaker ingen negative effekter. Den nyfødtes tarmflora ligner morens prøver fra første trimester, uke 1–12. Mangfoldet i mikrobiomet avtar fra første til tredje trimester, uke 27–40, ettersom antallet av visse arter øker.

### Probiotikum, prebiotika, synbiotika og farmabiotika
Probiotikum inneholder levende mikroorganismer. Når de konsumeres, antas de å gi helsefordeler ved å endre mikrobiomets sammensetning. Nåværende forskning utforsker bruk av probiotika som en måte å gjenopprette den mikrobielle balansen i tarmen ved å stimulere immunforsvaret og hemme proinflammatoriske cytokiner. Men det har aldri vært vist at tilførte probiotiske bakterier har klart å etablere seg i tarmens mikrobiota.

Når det gjelder tarmfloraen, er prebiotika vanligvis ikke-fordøyelige fiberforbindelser som passerer ufordøyd gjennom den øvre delen av mage-tarmkanalen og stimulerer veksten eller aktiviteten til gunstig tarmflora ved å fungere som substrat for dem.

Synbiotika refererer til matingredienser eller kosttilskudd som kombinerer probiotikum og prebiotika i en form for synergisme.

Begrepet «farmabiotika» er en ny klasse av biologiske legemidler basert på tarmbakterier. Det brukes på forskjellige måter, farmasøytiske formuleringer er standardisert produksjon som kan få legemiddelmyndighetenes vurdering og godkjenning av probiotika, prebiotika eller synbiotika. Probiotika som er genetisk modifisert eller på annen måte optimalisert for best mulig ytelse, det kan være holdbarhet, overlevelse i fordøyelseskanalen osv. og de naturlige produktene fra tarmfloraens metabolisme, det kan være vitaminer osv.

## Referanser