Majú črevné baktérie niečo spoločné s autizmom Zdravotníctvo BW
Hlavná navigácia
Autisti majú v črevách odlišné mikroorganizmy ako neautisti. Vedci majú podozrenie, že narušená črevná flóra sa podieľa na poruchách vývoja mozgu, ako je autizmus. Vznikajúce nové pole metaproteomiky by mohlo vniesť trochu svetla do tmy. Tím pod vedením prof. Dr. Boris Macek z Tübingenu skúmal skupinu bakteriálnych proteínov v stolici myší s autistickým správaním.
Nedávno vedci preukázali, že u aseptických myší sa pri transplantácii stolice autistami vyskytujú príznaky podobné autizmu 1. Naopak, v prvej malej štúdii sa zdá, že črevná flóra stolice zdravých ľudí zmierňuje poruchy správania a bežné gastrointestinálne ťažkosti autistických detí 2. Aj keď sú tieto výsledky, ktoré sa ešte musia potvrdiť, sľubné: „Stále presne nevieme, aký vplyv môže mať črevná flóra na príznaky na molekulárnej úrovni,“ hovorí Boris Macek, vedúci Proteom Centra Tübingen (PCT).
Už dlho je známe, že črevný mikrobióm so všetkými baktériami a inými mikroorganizmami, ktoré kolonizujú črevo, rozkladá nestráviteľné jedlo, posilňuje imunitný systém a chráni pred patogénmi. To, že črevní obyvatelia komunikujú aj s mozgom, je relatívne nový poznatok. Črevné baktérie uvoľňujú metabolické produkty, aktivujú alebo inhibujú zápalové procesy a dokonca produkujú neurotransmitery. Drôt do mozgu potom pravdepodobne prechádza krvným obehom, imunitným systémom a nervovým plexom, ktorý obklopuje črevo 3 .
Črevo priepustnejšie pre bakteriálne látky
Zmenená črevná flóra u ľudí so sklonom k poruchám autistického spektra môže spôsobiť, že ich črevá budú priepustnejšie pre bakteriálne látky 4. Podľa jednej hypotézy by to mohlo viesť k podprahovému chronickému zápalu v čreve, ale aj v mozgu. To by zasa mohlo ovplyvniť vývoj a závažnosť príznakov autizmu v ranom detstve, ako je napríklad neschopnosť vytvárať sociálne väzby alebo stereotypné správanie. Takýto zápal sa už preukázal pri vývojových poruchách, ako je autizmus.
Macek a vedci z Anglicka, Francúzska a Španielska sa dostali na dno tejto hypotézy v rámci projektu EÚ mNeuroINF na myších modeloch. Macekov tím analyzoval metaproteóm zo stolice myší, teda celý obsah všetkých mikrobiálnych proteínov v stolici. Myši sú zvieratá s Downovým syndrómom a syndrómom Fragile X, u ktorých je tiež narušený vývoj mozgu v dôsledku určitých genetických chýb a ktoré majú paralely s autizmom.
Myši, ale aj ľudia s týmito chybami, vykazujú okrem príznakov špecifických pre dané ochorenie aj autistické správanie, zmenenú črevnú flóru a zápal mozgu. "Pre autizmus nie je veľa modelov myší," vysvetľuje voľbu Macek. Nie každý autizmus je rovnaký, ale skôr spektrum porúch s rôzne výraznými príznakmi. Niečo také je ťažké znovu vytvoriť, ak ešte nepoznáte príčiny.
Glutamát môže interferovať s vývojom mozgu
Vedci z Tübingenu napriek tomu dosiahli zaujímavý objav, ktorý sa dal aplikovať aj na autizmus: „V prípade myší s Downovým syndrómom sme v porovnaní s bežne vyvinutými myšami videli, že enzýmy produkujúce glutamát sú nadregulované a enzýmy štiepiace glutamát sú nadregulované sú, “hovorí Macek. To zapadá do predchádzajúcej štúdie, ktorá zistila, že deti s autizmom majú zvýšené hladiny glutamátu v krvi 5. Glutamát je dôležitý excitačný neurotransmiter v mozgu, ale vo veľkom množstve poškodzuje nervové bunky a hovorí sa o ňom ako o možnej príčine porúch vývoja neurónov.
Vedci proteómu nenašli žiadny priamy dôkaz o dysregulovaných proteínoch, ktoré hrajú úlohu v imunitnej reakcii v žiadnej zo vzoriek stolice z dvoch myšacích modelov. Pomocou bunkových kultúr však dokázali, že mikrobiálne metabolické produkty z čreva môžu určite ovplyvňovať zápal mozgu. Napríklad trimetylamín, ktorý sa často vyrába pri štiepení potravy črevnými mikróbmi, a bol zistený aj v mozgu, inhiboval zápal v určitých imunitných bunkách v mozgu. Jednotlivé časti skladačky ešte neposkytujú celkový obraz molekulárnych dráh, ktorými intestinálny mikrobióm ovplyvňuje poruchy vývoja mozgu. Ukazujú však, že vedci môžu byť na dobrej ceste. Partneri projektu sú v súčasnosti v procese zverejňovania svojich výsledkov.
Ďalej však musia vedci dokázať, že glutamát a trimetylamín skutočne pochádzajú z črevných baktérií. „Nie je to také ľahké, pretože metabolizmus človeka, alebo v prípade myši, produkuje aj glutamát,“ tvrdí Macek. To isté môže platiť pre trimetylamín. Ak je dôkaz v pokusoch na zvieratách úspešný, musia sa potvrdiť výsledky u ľudí.
Metaproteomika dopĺňa metagenomiku
Pokiaľ ide o odhalenie úlohy črevného mikrobiómu pri chorobách, vedci len začínajú, a to nielen pri poruchách autistického spektra. Vďaka veľkým projektom metagenómu, v ktorých vedci skúmajú kolektívny genetický materiál všetkých mikroorganizmov v komunite, poznajú najbežnejšie črevné baktérie a funkciu mnohých svojich génov. "Čo však nemôžeme analyzovať pomocou metagenomiky, je to, ktoré z mikrobiálnych génov sú skutočne aktívne," hovorí Macek. Najlepšie je preto pozrieť sa na génové produkty. Väčšina z nich sú bielkoviny.
"Zaviedli sme pracovný tok, prostredníctvom ktorého môžeme pomocou hmotnostnej spektrometrie identifikovať až 30 000 rôznych proteínov z stolice myší." To znamená, že môžeme konkurovať najlepším laboratóriám na svete, “hovorí hrdo Macek. Hlavnou výzvou pre metaproteomistov je väčšinou nízky podiel jednotlivých proteínových skupín vo vzorke. Koniec koncov, niekoľko stoviek rôznych druhov baktérií, každá s inou zásobou bielkovín, kolonizuje črevo. A na rozdiel od DNA sa proteíny nemôžu reprodukovať v laboratóriu, aby ich bolo možné lepšie detekovať. Macek preto varuje: „Musíme byť mimoriadne opatrní pri príprave vzoriek, pretože rôzne metódy môžu mať vplyv na zloženie detekovaného mikrobiómu“.
Na svete stále existuje len niekoľko výskumných skupín zaoberajúcich sa metaproteomikou. Bol to tiež prvý projekt metaproteómu pre experta na proteómy Maceka, ktorý sa predtým zaujímal hlavne o proteínové profily nádorov alebo určitých baktérií rezistentných na antibiotiká. „Proteomika vždy prichádza s oneskorením, pretože najskôr potrebujeme ako porovnanie genomické údaje,“ hovorí Macek.
Je pravda, že jednotlivé proteíny z mikrobiálneho proteínu sa dajú identifikovať, ale človek často nevie, z akého druhu pochádzajú. „Ak v metagenómových údajoch vidím, že napríklad baktéria Prevotella sa vo vzorke vyskytuje najčastejšie a podľa údajov metaproteómu je najbežnejším enzýmom vo vzorke aldoláza, potom tento enzým pravdepodobne, ale nie nevyhnutne, pochádza z tohto druhu.“, vysvetľuje Macek. Okrem toho je možné merať všetky mikrobiálne metabolické produkty vzorky, metabolom a analýzu toho, či existujúce enzýmy skutočne produkujú určité metabolické produkty. Kombináciou všetkých omických údajov bude možné v budúcnosti čoraz účinnejšie odfiltrovať bakteriálne metabolické cesty, ktoré môžu byť dôležité pre choroby a zdravie, z veľkej metabolickej siete obyvateľov čreva. Možno z toho možno jedného dňa odvodiť terapiu porúch autistického spektra.
1 Sharon G a kol. (2019). Ľudská črevná mikrobiota z poruchy autistického spektra podporuje príznaky správania u myší. Bunka 177 (6): 1600-1618
2 Kang DW a kol. (2019). Dlhodobý prínos terapie prenosom mikrobioty na príznaky autizmu a črevnú mikrobiotu. Sci Rep 9 (1): 5821
3 Cryan JF, Dinan TG (2012). Mikroorganizmy meniace myseľ: vplyv črevnej mikrobioty na mozog a správanie. Nat Rev Neurosci 13 (10): 701-712
4 Fattorusso A a kol. (2019). Poruchy autistického spektra a črevná mikrobiota. Živiny 11 (3): 521
5 Shimmura C a kol. (2011). Zmena plazmatických hladín glutamátu a glutamínu u detí s vysoko funkčným autizmom. PLoS One 6 (10): e25340