Mikrobiómová diagnostika medzi vedou a praxou; •
PD Dr. rer. nat. Andreas Schwiertz - Inštitút pre vedu o výžive, Univerzita v Giessene
Inštitút pre mikroekológiu, Herborn
Mikrobiómový výskum zaznamenal v posledných rokoch obrovský pokrok. Ako sa však dajú vedecké výsledky uplatniť v praxi? DR. Andreas Schwiertz na svojej prednáške na sympóziu pre mikroekológiu zhrnul základné zistenia posledných rokov a ukázal možnosti praktického uplatnenia pre lekárov.
Ústrednou otázkou vo výskume mikrobiómov je: Ako je definovaný normálny mikrobióm? Existujú aj etnické alebo regionálne rozdiely v zložení normálneho mikrobiómu?
Diverzita v črevách u rôznych etnických skupín
Vedci odpovedali na otázky, ktoré porovnávajú baktérie v župane farmárov v africkom Malawi s pôvodnými americkými indiánmi z Venezuely a mestskými Američanmi. Výsledok štúdie 1: „V prvých dvoch rokoch života je rozmanitosť baktérií približne rovnaká,“ informoval Schwiertz. Prvé rozdiely v rozmanitosti bakteriálneho zloženia sú viditeľné približne od dvoch rokov. S pribúdajúcim vekom bolo zrejmé, že medzi Indiánmi z oblasti Amazonky sa vysoký stupeň rozmanitosti udržal aj v starobe. Na druhom mieste boli ľudia z vidieckeho Malawi, zatiaľ čo Američania v tomto porovnaní vychovali zadnú časť.
Švajčiarsky nôž v črevách
"Rád porovnávam výsledok so švajčiarskym nožom," vysvetlil Schwiertz. „Zatiaľ čo amazonskí indiáni majú vo svojich útrobách k dispozícii veľa rôznych nožov a píl, repertoár nástrojov amerických Američanov je obmedzený na jeden alebo dva nože.“
Ale prečo je to tak? Prečo má jedna skupina obyvateľstva oveľa rozmanitejšiu črevnú flóru ako druhá? „Každý, kto konzumuje západné jedlo viac-menej, jesť každý deň to isté,“ odpovedal na jeho otázku Andreas Schwiertz. „Pre baktérie v čreve nie je rozdiel, či jeme ryžu, zemiaky alebo cestoviny.“ Západná strava zanedbáva vlákninu, ktorá je dôležitá pre bakteriálnu rozmanitosť: „Bakteriálna rozmanitosť klesá, pretože baktérie nekŕmime dostatkom rozmanitosti. . “
Amazonskí indiáni sa naopak spoliehajú na úspech v love alebo na nájdenie jedlých rastlín pre svoju stravu. „Bakteriálny„ švajčiarsky armádny nôž “, a teda aj bakteriálne metabolické schopnosti, musia byť pre týchto ľudí oveľa rozsiahlejšie ako pre Američanov,“ hovorí Schwiertz.
Mikrobióm u vegánov, vegetariánov a „všestranných“ ľudí
Ako však formuje strava západného civilizovaného človeka jeho črevný mikrobióm? Schwiertz a kolegovia z Inštitútu pre mikroekológiu v Herborne skúmali, či a ak áno, ako sa líši zloženie črevného mikrobiómu v závislosti od stravy. 2 Porovnali vzorky stolice od vegánov, vegetariánov a „všestranných ľudí“ - biológovia ich označujú ako všežravce.
Výsledok: „Ak sa pozriete na veľké skupiny baktérií, nevidíte žiadne výrazné rozdiely,“ uviedol Schwiertz a ďalej: „Ak sa však pozriete na výskyt rôznych baktérií v priebehu niekoľkých dní, vyzerá vzor oveľa pestrejšie u vegánov ako u všežravec. “To by bolo spôsobené pestrejšou stravou vegánov v porovnaní so všežravcom, vysvetlil Schwiertz. Veľké rozdiely v bakteriálnej kolonizácii čreva vyplynuli z rôznych potravinových vlákien.
Ďalším zaujímavým aspektom, ktorý štúdia odhalila: vegáni nemajú laktobacily v stolici. „Tento jav sa dá ľahko vysvetliť,“ hovorí Schwiertz, „keďže vegáni nekonzumujú mliečne výrobky, baktériám mliečneho kvasenia chýba základná výživová báza.“
Obezita spôsobená črevnými baktériami?
Schwiertz predložil údaje z Národného zdravotníckeho ústavu z USA od roku 1985 do roku 2006, ktoré ukazujú, že ľuďom v Severnej Amerike pribúda tuku. Pred desiatimi rokmi bol každý tretí až štvrtý človek v USA obézny, čo zodpovedá indexu telesnej hmotnosti (BMI) viac ako 30. Z globálneho hľadiska tento trend pokračuje.
Od roku 2010 obezita stúpa aj v Nemecku, Fínsku a Veľkej Británii. Krajinou s najsilnejším počtom obyvateľov je Mexiko. „Mexiko uznalo problém a bolo prvou krajinou na svete, ktorá zaviedla daň z cukru,“ uviedol Schwiertz. S pozitívnym zostatkom: „Priemerný BMI po zavedení dane klesol.“
Jedným z dôvodov zavedenia dane z cukru bolo: Veľmi nadváha obyvateľstva spôsobuje vysoké náklady na zdravotnú starostlivosť. Pretože obezita zvyčajne nie je bez následkov. Extrémna obezita často vedie k kardiovaskulárnym, pľúcnym, gastrointestinálnym a muskuloskeletálnym problémom. Pri obezite sú tiež bežné hormonálne problémy, zlyhanie obličiek a psychosociálne problémy.
Prečo ľudia tučnia?
Existuje veľa dôvodov na veľkú nadváhu. „Ak prijmete viac kalórií, ako dokážete využiť, priberiete,“ hovorí Schwiertz. Na jednoduchú energetickú bilanciu však majú vplyv ďalšie faktory, ako sú genetika, hormonálna nerovnováha, lieky, životné prostredie a podľa najnovších zistení aj mikrobiota postihnutého.
V štúdii 3 vedci podávali myšiam bez zárodkov a normálne kolonizovaným myšiam presne rovnaké jedlo po dobu ôsmich týždňov od narodenia. Už po jednom týždni mali mikrobiálne kolonizované zvieratá výrazne väčšiu váhu ako sterilné myši. „Logický záver bol: Baktérie sa musia podieľať na prírastku hmotnosti, pretože všetky ostatné parametre sa nezmenili,“ hovorí Schwiertz.
Pomer Firmicutes/Bacteroidetes
V ďalšom kroku 4 vedci skúmali bakteriálnu kolonizáciu obéznych myší a myší s normálnou hmotnosťou. Výsledok: Zistili koreláciu medzi BMI a pomerom Firmicutes/Bacteroidetes - pomerom, v ktorom sa tieto dva veľké bakteriálne kmene vyskytujú v čreve. „Objav sa potom často interpretoval tak, že masívna obezita nie je spôsobená nesprávnym správaním, ale nepriaznivou bakteriálnou kolonizáciou v čreve,“ hovorí Schwiertz.
Dezilúzia bola o to väčšia, že prvá metaštúdia preukázala, že neexistuje korelácia medzi pomerom Firmicutes/Bacteroidetes a obezitou na ľudskej úrovni. „Pri bližšom skúmaní pôvodných štúdií na myšiach sa tiež ukázalo, že korelácia sa týka iba jedného konkrétneho typu myši. Účinok nebol zistiteľný u iných myší, “uviedol Schwiertz.
Závisí to od metabolických produktov
Schwiertz a jeho kolegovia tiež uskutočnili štúdiu o súvislosti medzi bakteriálnou kolonizáciou a obezitou. „U 30 obéznych, 30 ľudí s nadváhou a 30 osôb s normálnou hmotnosťou sme dokázali, že existuje súvislosť medzi baktériami v čreve a obezitou. 5 Vzťah medzi baktériami na to však nemá žiadny vplyv. Oveľa viac záleží na tom, ktoré látky baktérie produkujú, “vysvetlil Schwiertz.
Ale ktoré signály a látky hrajú pri obezite úlohu? To, čo ľudia nemôžu metabolizovať pomocou vlastného enzymatického vybavenia, robia pre nich baktérie v čreve. Okrem iného sa tvoria mastné kyseliny. „Mastné kyseliny môžu ľuďom poskytnúť ďalších 300 kilokalórií - to je zhruba ekvivalent veľkej čokoládovej tyčinky denne,“ hovorí Schwiertz. „U našich testovaných osôb sme dokázali, že množstvo mastných kyselín s krátkym reťazcom významne vzrástlo od chudnutia po normálnu hmotnosť až po obezitu.“
Diéta ovplyvňuje metabolizmus črevných baktérií
Strava môže ovplyvniť, ktoré látky črevné baktérie produkujú. Baktérie už z vlákniny neprodukujú jednoduché mastné kyseliny s krátkym reťazcom, ako je kyselina octová, ale skôr tie komplikovanejšie. A majú priaznivý vplyv na telesnú hmotnosť, “vysvetlil Schwiertz. V tejto súvislosti nie je primárne dôležité, ktoré baktérie kolonizujú črevo, ale aké metabolické kapacity majú.
Kľúčové druhy podporujú ekosystém v čreve
Niektoré kľúčové bakteriálne druhy však majú osobitné postavenie. „Jeden typ kľúča určuje, či celý systém funguje alebo nie - podobne ako základný kameň v klenbe,“ hovorí Schwiertz.
Oblúkový oblúk bude držať, iba ak máte správny základný kameň. Existujú tiež určité kľúčové druhy pre ekosystémy, ktoré umožňujú koexistenciu ostatných druhov v systéme.
Baktérie citlivé na sliznicu sú jedným z kľúčových typov, pretože podporujú neustálu obnovu ochrannej vrstvy hlienu v čreve. Vrstva hlienu, ktorá je prakticky bez baktérií, leží priamo na epitelových bunkách čreva. Potom nasleduje vonkajší hlien, ktorý poskytuje dobrý základ pre život niektorých druhov baktérií. Baktérie vonkajšej vrstvy hlienu sú čiastočne zodpovedné za neporušenú vrstvu vnútorného hlienu. „Kľúčové organizmy v tomto systéme zabezpečujú na jednej strane to, že sa hlien neustále rozkladá a epiteliálne bunky sú stimulované k replikácii hlienu. Na druhej strane, baktérie dodávajú epitelovým bunkám energiu, takže sú dokonca schopné tvoriť hlien, “vysvetlil Schwiertz. Baktérie to dosiahnu prostredníctvom kyseliny maslovej, ktorú tvoria. Neporušená vrstva hlienu je dôležitá, aby patogény nemohli preniknúť do epiteliálnych buniek čreva a spustiť infekciu.
V čreve nič nefunguje bez kľúčových organizmov
Telo tiež potrebuje určité kľúčové organizmy na trávenie. „Keď niečo zjete, zďaleka to nemôžu využiť všetky vaše baktérie,“ hovorí Schwiertz. Vláknina je toho príkladom. Ako kľúčový organizmus tu pôsobí baktéria Bifidobacterium adolescentis. „Pretože odbúrava vlákninu prijatú pre iné mikroorganizmy, robí ju viac-menej zhryzom,“ vysvetlil Schwiertz.
Baktérie prenášajúce LPS podporujú „deravé črevo“
Ale späť k problému s obezitou: „Samozrejme, strava hrá dôležitú úlohu,“ hovorí Schwiertz. Strava s vysokým obsahom tukov a sacharidov podporuje obezitu a môže spôsobiť dysbiózu - nepriaznivú zmenu v bakteriálnej komunite. Potom prevládajú baktérie nesúce lipopolysacharid (LPS). Ak sa baktérie dostanú do krvi cez priepustnú črevnú stenu („deravé črevo“), telo reaguje na zápal. „Aj keď je zápal iba subklinický, má vplyv na metabolizmus,“ tvrdí Schwiertz.
KyberMetabolický test
Ústav pre mikroekológiu v Herborne teraz vyvinul diagnostickú metódu, pomocou ktorej je možné hodnotiť bakteriálny metabolizmus u pacientov s nadváhou alebo už obéznych pacientov. S novou diagnostikou KyberMetabolic získajú terapeuti prehľad základných parametrov spojených s mikrobiotou, ktoré môžu viesť k metabolickému syndrómu alebo k zhoršeniu metabolickej situácie u pacientov so zjavným metabolickým syndrómom.
„Zaznamenávame kľúčové organizmy,“ vysvetlil Schwiertz. Je tiež dôležité, ktoré mastné kyseliny s krátkym reťazcom baktérie produkujú. „Ak je napríklad zvýšená kyselina octová, zvyšuje sa tým chuť do jedla. Kyselina propiónová naopak robí pravý opak - vedie k nasýteniu. KyberMetabolickú diagnostiku sme vyvinuli z vedeckých poznatkov posledných rokov. “Diagnostika sa sústreďuje na parametre, ktoré pri obezite zohrávajú úlohu.
U pacientov s Parkinsonovou chorobou takmer žiadne mastné kyseliny s krátkym reťazcom
Kľúčové baktérie a bakteriálne signálne molekuly hrajú úlohu nielen pri obezite, ale aj pri Parkinsonovej chorobe. 6 V jednej štúdii Schwiertz a kolegovia porovnávali Parkinsonových pacientov s ich vlastným vekom a mladými, zdravými dobrovoľníkmi. Ukázalo sa, že pacienti s Parkinsonovou chorobou mali vo vzorkách stolice podstatne menej baktérií vo výkaloch ako zdraví ľudia.
„Oveľa zaujímavejšie ako zloženie mikrobiómu však boli metabolické metabolity pacientov s Parkinsonovou chorobou,“ uviedol Schwiertz a ďalej: „Všetky mastné kyseliny s krátkym reťazcom boli u pacientov významne znížené. Musíte vedieť, že všetci pacienti s Parkinsonovou chorobou trpia chronickou zápchou. ““
A presne tu sa kruh uzatvára, pretože mastné kyseliny s krátkym reťazcom sú spoločne zodpovedné za peristaltiku čriev. Merania fekálneho zápalového markera kalprotektínu ukázali: Parkinsonoví pacienti majú zapálené črevo. Marker „netesného čreva“ zonulín bol tiež významne zvýšený u pacientov - rovnako ako markery zápalu α-1-antitrypsín a laktoferín. Laktoferín umožňuje vyvodiť závery o bakteriálnej príčine zápalu. „Pacienti s Parkinsonovou chorobou majú teda narušenú črevnú bariéru, do ktorej je zapojená aj mikrobiota,“ uzavrel Schwiertz a pokračoval: „A z toho vyplýva aj terapeutický prístup. Ďalšie príznaky typické pre Parkinsonovu chorobu možno zmierniť liečením črevných zápalov a zápchy. ““
Spojenie medzi črevom a mozgom bolo spočiatku prekvapivé, ale bolo dobre preskúmané a uznané. Vedci hovoria o osi čreva a mozgu. „Ak máte problém v čreve, prejaví sa to v krátkom čase aj v mozgu - a naopak,“ hovorí Schwiertz. Odkaz je najznámejší napríklad v stavoch veľkej nervozity, ktoré často sprevádzajú časté návštevy toalety.
Smerujú sem kľúčové baktérie a produkty metabolizmu
Príklady ilustrujú: Analýzy mikrobioty umožňujú nový prístup k rôznym klinickým obrazom súvisiaci s príčinou.
Schwiertz: „Najdôležitejšie je: Ktoré kľúčové organizmy existujú a ktoré metabolické produkty baktérie produkujú? Pretože v tomto okamihu už dnes môžete terapeuticky zasahovať. ““
Funkciu črevných baktérií vysvetľuje Dr. Kerstin Rusch vo svojej správe z lekárskej praxe.