Моќта на бактериите NZZ

Мирија на бактерии го колонизираат нашето тело. Нивното истражување носи нови согледувања во сложените биолошко-медицински односи и ја покажува медицината во нови насоки.

Бактериите Enterococcus faecalis го населуваат човечкото црево, тука е уметнички прикажана колонија. (Слика: Keystone/SPL/Pasieka)

Таканаречениот интестинален микробиом, збир на сите микроскопски жители кои го населуваат нашиот дигестивен тракт од уста до анус, е свој свет. Безброј бактерии од повеќе од 1000 видови одредуваат колку добро работат индивидуалните лекови и колку се сериозни несаканите ефекти. Вие помагате да одлучите дали стануваме со прекумерна тежина и потоа развиваме дијабетес или нарушувања на метаболизмот на липидите. Доколку фино избалансираната рамнотежа не е во рамнотежа, постои ризик од воспаление на цревата и евентуално карцином.

Бактериите Enterococcus faecalis го населуваат човечкото црево, тука е уметнички прикажана колонија. (Слика: Keystone/SPL/Pasieka)

Знаење од само-експеримент

За haао Липинг од Центарот за системи за биомедицина на универзитетот iaиао Тонг во Шангај, влегувањето во истражување за микробиоми започна со стипендија за постдипломски студии во САД. Пристигна како слаб млад академик, неколку години подоцна го напушти Универзитетот Корнел во Newујорк, 30 килограми прекумерна тежина. Назад во својата татковина, тој се сети на традиционалните рецепти за дебелина и отиде на диета со кинески јам и горчлива диња. За две години изгубил 20 килограми, нивото на липидите во крвта се нормализирало и се чувствувал добро како кога бил студент.

Како микробиолог и curубопитен научник, haао во редовни интервали за време на диетата го анализирал составот на неговиот цревен микробиом и бил воодушевен од промените: Во исто време со исчезнувањето на излишните маснотии, бактеријата Феекалибактериум праусници одеднаш се појави во цревната флора. Отпрвин само како трага на карактеристичните ДНК фрагменти, потоа во бактериолошки откриени количини. На крајот на само-експериментот, микробот претставуваше околу 15 проценти од вкупните микробиолошки жители на цревата.

На микробиологот му беше јасно дека тоа не докажува каузална поврзаност помеѓу присуството на Faecalibacterium prausnitzii, намалувањето на тежината и нормализацијата на липидите во крвта. Можно е фекалниот микроб да бил само бактериски „слободен јавач“ кој пронашол соодветна еколошка ниша за него во цревната флора, која била изменета со промена на навиките во исхраната. Со цел да се дојде до дното на врските, кинескиот научник одлучи да изврши систематски студии. Прво со глувци, потоа со прасиња без микроб (чии црева се многу слични на човечките) и на крај со неговите сонародници, кои се повеќе страдаат од дебелина, дијабетес и кардиоваскуларни болести поради променетиот начин на живот. Сите овие експерименти укажувале на каузална врска.

На пример, тој остави лабораториски глувци да јадат нормална, нискокалорична или многу масна храна на секои две недели. Во исто време, беше анализиран составот на цревната флора со употреба на молекуларни биолошки методи и беше утврден процентот на одделните видови во популацијата на бактериите. Ако глувците примале пелети со многу маснотии, 80 нови бактериски видови се појавиле во нивниот измет или силно се размножиле. Ако се смени стандардната храна, составот на микробиомот брзо се врати во првобитната состојба.

Во друга серија експерименти, на глодарите им се дал екстракт од кинески златен конец или берберис со висококалоричната храна - две лековити растенија за кои се смета дека се добри за варење во традиционалната кинеска медицина и за кои се вели дека ги активираат моќта на телото за само-лекување. Ако на храната и биле дадени екстракти од еден од двата растителни вида, глувците не се здебелиле. Доколку овие компоненти недостасуваат, тие ги влечеа своите „стомаци за просперитет“ на уморни нозе низ легло. И во овој експеримент, цревната флора се промени истовремено со зголемувањето на телесната тежина.

Каскада од настани

Истражувачите од Католичкиот универзитет во Лувен во Белгија се обидуваат да откријат како можат да се објаснат врските помеѓу цревните бактерии и метаболизмот на липидите на молекуларно ниво. Врз основа на нивните студии, Патрис Кани и неговите колеги претпоставуваат низа молекуларни настани: Ако се промени составот на цревната флора поради прекумерна потрошувачка на маснотии, интестиналната мукоза (молекуларна бариера составена од неколку слоеви на различни клетки) станува попропустлива за одредени супстанции. Токсични молекули кои не можат нормално да ги преминат бариерите влегуваат во крвотокот и предизвикуваат суптилни воспалителни реакции во внатрешните органи. За возврат, тие влијаат на метаболизмот во бројни телесни клетки. Како резултат, вишокот калории не се согорува, туку се таложи во масните клетки во форма на липиди.

Причина за автоимуни болести?

Истражувачите на микробиомот се сомневаат дека автоимуните болести се развиваат на сличен принцип. Промените во имунолошкиот систем поврзани со цревната лигавица ставаат во функција каскада на реакции што на крајот доведува до несоодветно реагирање на имунолошкиот систем на лицето кога ќе дојде во контакт со супстанции што имаат алергенски потенцијал. Според Феликс Госер од Универзитетската клиника во Бон, индивидуалните фази на каскадата сè уште треба да се проверат. Истражувачот на микробиомот е сигурен, сепак, дека нарушувањата во имунолошкиот систем предизвикани од промени во микробиомот порано или подоцна можат да доведат до првите симптоми, а потоа и до автоимуна болест. Не е јасно под кои услови се појавува толку силно излегување од шини на цревниот микробиом со ваков значаен исход. Покрај генетската предиспозиција, факторите на животната средина, како што е диетата, сигурно играат улога.

Бактерии и лекови

Микробиомот, исто така, влијае на сосема различни процеси во нашето тело. Уште од моментот кога фармацевтите започнале да развиваат орални лекови, тие се збуниле зошто ефикасноста и несаканите ефекти често се разликуваат значително од пациент до пациент. Класичен пример е антикоагулантниот варфарин - еден од најпродаваните лекови во светот, кој е фармаколошки прегледан до последниот детал. До денес, дури и половина од варијабилноста во ефикасноста на варфаринот не може да се објасни со генетски разлики во ензимите кои го обработуваат лекот.

Откако истражувачите на микробиомите се свртеа кон овој фармаколошки проблем, светлината дојде во темница. Нивната хипотеза е дека составот и функцијата на цревниот микробиом ја одредуваат биорасположивоста и несаканите ефекти на лекот. Ова се заснова на набудување дека незабележливиот домаќин на бактерии може да влијае на ефикасноста на лекот преку разни механизми, како што е директната биотрансформација на проголтаната супстанција. Може или да го активира лекот или, напротив, да направи лекот да ја изгуби својата ефикасност. Друга можност за влијание е индиректна и вклучува модификација на производството на протеини во клетките на цревниот wallид. Ако, на пример, се произведат повеќе алатки за молекуларно сечење, тие можат да го модифицираат лекот пред да влезе во крвотокот.

На пример, срцевиот лек дигоксин е деактивиран од бактериите наречени Eggerthella lenta кои живеат во цревата. Мала хемиска промена ја прави бескорисна за срцето. Како резултат на тоа, лекот останува во голема мера неефикасен кај пациенти кои имаат голем број на овие бактерии во нивниот микробиом.

Ситуацијата е посложена со лекот за рак „Иринотекан“. Високо ефективната и екстремно токсична супстанција се создава само преку ензимско активирање на пред-медицинска супстанца во крвта на пациентот. Во црниот дроб, цитотоксинот се претвора во нетоксична молекула која се излачува во цревата преку жолчката. Сепак, ензимите од некои бактериски видови присутни во цревата, нетоксичната супстанција ја претвораат во токсична супстанца, која потоа се акумулира во цревата. Резултатот е долготрајна, тешка дијареја, што го принудува онкологот да го прекине или целосно да го прекине третманот.

Елизабет Костело од Универзитетот Стенфорд верува дека е време да се искористат наодите од истражувањето за микробиомите за да се сменат парадигмите во медицината. За американскиот научник, принципите развиени од екологистите за истражување на макрокосмосот на земјата можат да се пренесат во микрокосмосот на цревниот микробиом. За нив, човечкото тело е контролирано од сложен екосистем на микроорганизми. Здравјето е производ на екосистемските услуги обезбедени од трилиони интеракции на едноклеточните организми.

Концептот на екосистемот

Оваа перспектива фундаментално се разликува од перспективата што произлегува од медицината за инфекции, во која цревата се смета за бојно поле за патогени и натрапници кои предизвикуваат болест се елиминираат со фармацевтски клубови. Со постапката практикувана до сега, еколошката колатерална штета не може да се избегне. На пример, агресивната антибиотска терапија понекогаш доведува до инфекција со Clostridium difficile, високо патоген патоген што може да предизвика дијареални болести опасни по живот.

Според концептот на Костело, пристапот што долго време се користи во управувањето со природните резервати, особено со резервите на диви животни, би имал смисла. Медицинското „управување со паркот“ ќе се обиде да ја зголеми ефикасноста на давателите на услуги на микробиолошкиот екосистем и на тој начин да спречи развој на болести. Ова може да се направи, на пример, преку диета со таканаречена пребиотичка храна, што им нуди на особено корисните актери во микробиомот подобри можности за размножување отколку нивните штетни конкуренти.

Сепак, предуслов за систематско примена на овој вид еколошко-медицинска терапија е микробиомот на една личност да се евидентира квантитативно и квалитативно и редовно да се проверува неговата функција. Без оглед колку оваа фасцинантна визија ќе биде одличен пример за индивидуализирана терапија за цревни асоцирани здравствени нарушувања, таа не може да се примени во пракса во догледна иднина: дијагностичките процедури неопходни за „управување со паркот“ сè уште не се развиени, ниту е предвидливо како може да се платат трошоците што произлегуваат од сложените прегледи.