Sila baktérií NZZ

Nespočetné množstvo baktérií kolonizuje naše telo. Ich výskum prináša nové pohľady na zložité biologicko-lekárske vzťahy a ukazuje medicínu novými smermi.

Baktérie Enterococcus faecalis obývajú ľudské črevo, tu je umelecky znázornená kolónia. (Obrázok: Keystone/SPL/Pasieka)

Takzvaný črevný mikrobióm, súhrn všetkých mikroskopických obyvateľov, ktorí osídľujú náš tráviaci trakt od úst po konečník, je svet sám o sebe. Nespočetné množstvo baktérií z viac ako 1 000 druhov určuje, ako dobre jednotlivé lieky fungujú a aké závažné sú vedľajšie účinky. Pomôžete nám rozhodnúť sa, či máme nadváhu a potom vznikne cukrovka alebo poruchy metabolizmu lipidov. Ak nie je rovnováha v rovnováhe správne, existuje riziko zápalu čreva a prípadne aj rakoviny.

Nespočetné množstvo baktérií kolonizuje naše telo. Ich výskum prináša nové pohľady na zložité biologicko-lekárske vzťahy a ukazuje medicínu novými smermi.

Baktérie Enterococcus faecalis obývajú ľudské črevo, tu je umelecky znázornená kolónia. (Obrázok: Keystone/SPL/Pasieka)

Poznatky zo samop experimentu

Pre Zhao Liping z Centra pre systémovú biomedicínu na univerzite Jiao Tong v Šanghaji sa vstup do výskumu mikrobiómov začal postgraduálnym pobytom v USA. Keďže bol štíhlym mladým akademikom, o niekoľko rokov neskôr opustil Cornellovú univerzitu v New Yorku s nadváhou 30 kilogramov. Po návrate do vlasti si spomenul na tradičné recepty na obezitu a držal diétu s čínskym jamom a trpkým melónom. Do dvoch rokov schudol 20 kilogramov, hladina lipidov v krvi sa normalizovala a cítil sa byť fit, ako keď bol študentom.

Ako mikrobiológ a zvedavý vedec analyzoval Zhao zloženie svojho črevného mikrobiómu v pravidelných intervaloch počas diéty a bol ohromený zmenami: Súčasne s úbytkom nadbytočného tuku sa v črevnej flóre náhle objavila baktéria Faecalibacterium prausnitzii. Najskôr iba ako stopa charakteristických fragmentov DNA, potom v bakteriologicky detegovateľných množstvách. Na konci samo-experimentu predstavoval zárodok asi 15 percent z celkového počtu mikrobiálnych obyvateľov jeho čriev.

Mikrobiológovi bolo zrejmé, že to nepreukázalo príčinnú súvislosť medzi prítomnosťou Faecalibacterium prausnitzii, redukciou hmotnosti a normalizáciou lipidov v krvi. Je možné, že zárodok stolice bol iba bakteriálnym „free riderom“, ktorý pre neho našiel vhodnú ekologickú niku v črevnej flóre upravenej zmenou stravovacích návykov. Čínsky vedec sa rozhodol uskutočniť systematické štúdie, aby sa dostal na dno súvislostí. Najskôr s myšami, potom s bez choroboplodnými prasiatkami (ktorých črevá sú veľmi podobné ľuďom) a nakoniec s jeho krajanmi, ktorí kvôli zmenenému životnému štýlu čoraz viac trpia obezitou, cukrovkou a kardiovaskulárnymi chorobami. Všetky tieto experimenty naznačovali príčinnú súvislosť.

Napríklad nechal laboratórne myši jesť každé dva týždne normálne, nízkokalorické alebo veľmi tučné jedlo. Zároveň sa pomocou molekulárno-biologických metód analyzovalo zloženie črevnej flóry a stanovil sa podiel jednotlivých druhov v bakteriálnej populácii. Ak myši dostali pelety s vysokým obsahom tuku, objavilo sa v ich výkaloch 80 nových bakteriálnych druhov alebo sa silne množili. Ak sa zmenilo štandardné krmivo, zloženie mikrobiómu sa rýchlo vrátilo do pôvodného stavu.

V ďalšej sérii experimentov dostali hlodavce spolu s vysoko kalorickým jedlom extrakt z čínskej zlatej nite alebo barberry - dve liečivé rastliny, ktoré sa v tradičnej čínskej medicíne považujú za látky vhodné na trávenie a údajne aktivujú samoliečivé sily tela. Ak sa do jedla podávali výťažky z jedného z dvoch druhov rastlín, myši ani nepripravili tuk. Ak tieto komponenty chýbali, pretiahli svoje „brušká prosperity“ na unavené nohy cez podstielku. Aj v tomto experimente sa črevná flóra zmenila súčasne s prírastkom hmotnosti.

Kaskáda udalostí

Vedci z Katolíckej univerzity v Leuvene v Belgicku sa snažia zistiť, ako možno vysvetliť súvislosti medzi črevnými baktériami a lipidovým metabolizmom na molekulárnej úrovni. Na základe svojich štúdií Patrice Cani a jeho kolegovia predpokladajú sled molekulárnych udalostí: Ak sa zloženie črevnej flóry zmení v dôsledku nadmernej konzumácie tuku, stane sa črevná sliznica (molekulárna bariéra zložená z niekoľkých vrstiev rôznych buniek) priepustnejšia pre určité látky. Toxické molekuly, ktoré nemôžu bežne prechádzať cez bariéry, vstupujú do krvi a spôsobujú jemné zápalové reakcie vo vnútorných orgánoch. Tieto zase ovplyvňujú metabolizmus v mnohých bunkách tela. Vďaka tomu sa nadbytočné kalórie nespaľujú, ale ukladajú v tukových bunkách vo forme lipidov.

Príčina autoimunitných chorôb?

Vedci z oblasti mikrobiómu majú podozrenie, že autoimunitné choroby sa vyvíjajú na podobnom princípe. V dôsledku zmien imunitného systému spojených s črevnou sliznicou sa uvedie do pohybu kaskáda reakcií, ktoré nakoniec vedú k tomu, že imunitný systém človeka pri kontakte s látkami, ktoré majú alergénny potenciál, reaguje neprimerane. Podľa Felixa Goesera z univerzitnej kliniky v Bonne je ešte potrebné jednotlivé etapy kaskády overiť. Výskumník v oblasti mikrobiómu si je istý, že dysregulácie v imunitnom systéme spôsobené zmenami v mikrobióme môžu skôr alebo neskôr viesť k prvým príznakom a potom k autoimunitnému ochoreniu. Nie je jasné, za akých podmienok nastáva také vážne vykoľajenie črevného mikrobiómu s takým závažným výsledkom. Okrem genetickej predispozície určite hrajú úlohu aj faktory prostredia, ako je strava.

Baktérie a lieky

Mikrobióm ovplyvňuje aj úplne odlišné procesy v našom tele. Od tej doby, čo farmaceuti začali vyvíjať lieky na orálne použitie, si lámali hlavu nad tým, prečo sa účinnosť a vedľajšie účinky u jednotlivých pacientov často výrazne líšia. Klasickým príkladom je antikoagulant warfarín - jeden z najpredávanejších liekov na svete, ktorý bol do posledného detailu farmakologicky vyšetrený. Doteraz sa ani polovica variability účinnosti warfarínu nedá vysvetliť genetickými rozdielmi v enzýmoch, ktoré liečivo liečia.

Odkedy sa vedci v oblasti mikrobiómu zamerali na tento farmakologický problém, svetlo prišlo do tmy. Ich hypotéza je taká, že zloženie a funkcia črevného mikrobiómu určujú biologickú dostupnosť a vedľajšie účinky lieku. Toto je založené na pozorovaní, že nenápadný hostiteľ baktérií môže ovplyvňovať účinnosť lieku rôznymi mechanizmami, ako napríklad priamou biotransformáciou požitej látky. Môže drogu buď aktivovať, alebo naopak stratiť účinnosť. Ďalšia možnosť ovplyvnenia je nepriama a spočíva v modifikácii produkcie proteínov v bunkách črevnej steny. Ak sa napríklad vyrába viac nástrojov na rezanie molekúl, môžu modifikovať liečivo skôr, ako sa dostane do krvi.

Napríklad srdcová droga digoxín je inaktivovaná baktériami nazývanými Eggerthella lenta, ktoré žijú v čreve. Drobná chemická zmena robí srdce zbytočným. Výsledkom je, že liek zostáva do značnej miery neúčinný u pacientov, ktorí vo svojom mikrobióme obsahujú veľké množstvo týchto baktérií.

Situácia je komplikovanejšia pri rakovinovom lieku irinotekan. Vysoko účinná a mimoriadne toxická látka sa vytvára iba enzymatickou aktiváciou predliečivej látky v krvi pacienta. V pečeni sa cytotoxín premieňa na netoxickú molekulu, ktorá sa vylučuje žlčou do čreva. Enzýmy z niektorých bakteriálnych druhov prítomných v čreve však premieňajú netoxickú látku späť na toxickú látku, ktorá sa potom hromadí v čreve. Výsledkom sú dlhotrvajúce silné hnačky, ktoré nútia onkológa úplne prerušiť alebo ukončiť liečbu.

Elizabeth Costello zo Stanfordskej univerzity je presvedčená, že nastal čas, aby sa poznatky z mikrobiálneho výskumu využili na zmenu paradigiem v medicíne. Pre amerického vedca možno princípy vyvinuté ekológmi pre výskum makrokozmu zeme preniesť do mikrokozmu črevného mikrobiómu. Pre nich je ľudské telo riadené zložitým ekosystémom mikroorganizmov. Zdravie je produktom ekosystémových služieb poskytovaných biliónmi interagujúcich jednobunkových organizmov.

Koncepcia ekosystému

Táto perspektíva sa zásadne líši od perspektívy odvodenej od infekčnej medicíny, v ktorej sa črevo považuje za bojisko patogénov a útočníci, ktorí spôsobujú choroby, sa eliminujú farmaceutickými klubmi. Pri doteraz uplatňovanom postupe sa ekologickým vedľajším škodám nedá vyhnúť. Napríklad agresívna antibiotická liečba niekedy vedie k infekcii Clostridium difficile, vysoko patogénnemu patogénu, ktorý môže spôsobiť život ohrozujúcu hnačku.

Podľa koncepcie Costello by mal zmysel prístup, ktorý sa už dlho používa pri správe prírodných rezervácií, najmä prírodných rezervácií. Lekárske „riadenie parku“ by sa pokúsilo zvýšiť efektívnosť poskytovateľov služieb mikrobiálnych ekosystémov a zabrániť tak rozvoju chorôb. Mohlo by sa to dosiahnuť napríklad prostredníctvom stravy s takzvanými prebiotickými potravinami, ktorá ponúka obzvlášť užitočným aktérom mikrobiómu lepšie možnosti reprodukcie ako ich škodliví konkurenti.

Podmienkou systematického uplatňovania tohto typu ekologicko-lekárskej terapie je však to, aby sa mikrobióm človeka kvantitatívne a kvalitatívne zaznamenával a aby sa pravidelne kontrolovala jeho funkcia. Bez ohľadu na to, ako veľmi by táto fascinujúca vízia bola ukážkovým príkladom individualizovanej liečby porúch zdravia spojených s črevami, v dohľadnej budúcnosti ju nemožno uviesť do praxe: diagnostické postupy potrebné pre „správu parku“ ešte nie sú vyvinuté, ani sa nedá predvídať, ako je možné zaplatiť náklady spojené s komplexnými vyšetreniami.