Mikrobiom čovjeka
Nama ne upravljaju samo naši geni, nego i geni bakterija
Tamara Čačev / 8. prosinca 2017. / Članci / čita se 11 minuta
Tamara Čačev / 8. prosinca 2017. / Članci / čita se 11 minuta
Čovjeka se može promatrati kao superorganizam u kojem se stanice čovjeka nalaze u kontinuiranoj interakciji sa mikroorganizmima. Istraživanja sugeriraju da jedemo određenu vrstu hrane koju preferiraju bakterije u našim crijevima ili da čak utječu na naše raspoloženje. Prisutnost ili odsutnost nekih mikoroorganizama u zdravih osoba u odnosu na oboljele od primjerice šećerne bolesti, metaboličkog sindroma ili upalnih bolesti crijeva, neurodegenerativnih bolesti kao što su Parkinsonova ili Alzheimerova bolest, krije potencijalnu poveznicu između nastanka i napredovanja bolesti
Mikrobiom čovjeka je pojam koji se odnosi na skup svih genoma mikroorganizama koji žive unutar našeg organizma kao i na našoj koži, a većinom se radi o bakterijama i virusima. Sigurno ste u skorije vrijeme pročitali bar nešto o utjecaju mirobioma na zdravlje čovjeka što ne začuđuje budući da prema nekim procjenama u organizmu imamo više stanica mikroorganizama nego vlastitih stanica. Nekada se smatralo da ih je i do desetak puta više, no današnje procjene su ipak umjerenije i kreću se od 3:1 do 1:1. Kako bilo, sve se više čini kako smo mi u svojevrsnoj simbiozi s našim mikroorganizmima pa je zanimljivo i da se čovjeka može sagledavati kao superorganizam.
Mikrobiologija je stara stara grana biologije koja je vrlo duboko intergrirana u medicinu, veterinu, agronomiju, prehrambenu industriju i niz drugih područja, no u metodološkom smislu do razvoja modernih molekularno-bioloških metoda i tehnologija temeljila se većinom na osnovama koje su postavili još njezini začetnici u devetnaestom i u prvoj polovini dvadesetog stoljeća.
Zašto je tome bilo tako? Jedan od glavnih razloga bio je da se u mikrobiološkom laboratoriju, do pojave modernih metoda temeljenih na analizi nukleinskih kiselina, moglo analizirati samo ono što se uspjelo uzgojiti na hranjivim podlogama. Taj svijet “uzgojivih” mikroorganizama bio je tada naša realnost i jedino o čemu smo mogli imati neke spoznaje. No, većina mikroorganizama u našem probavnom sustavu su fakultativni anaerobi te ih je teško izolirati i održavati u in vitro uvjetima.
Razvojem tehnologije umažanja DNA uz pomoć enzima Taq-polimeraze, odnosno metode koju skraćeno nazivamo prema njenom engleskom nazivu PCR (od engl. Polymerase Chain Reaction), postalo je moguće detektirati mikroorganizme koji su u nekom uzorku prisutni u izrazito malim količinama. Ovaj način detekcije temeljio se na svojstvu koje je zajedničko genomu svih bakterija a to je da sve one posjeduju gen za tzv. 16S rRNA koja se onda u reakciji PCR može umnožiti. Na takav način zapravo umnažamo taj gen koji je dio bakterijske DNA svih bakterija u nekom uzorku. Kako se gen za 16S rRNA ipak neznatno razlikuje od jedne “vrste” bakterija do druge, sekvenciranjem tako umnoženog fragmenta bakterijske DNA možemo detaljnije identificirati o kojim se bakterijama radi, odnosno koje od njih su prisutne u nekom uzorku metodom sekvenciranja po Sangeru ili u novije vrijeme pomoću sekvenciranja nove generacije.1
Danas se procjenjuje da je svega 10% svih bakterija probavnog sustava moguće uzgojiti na rutinskim uzgojnim medijima, a još manji broj ih je moguće ispravno klasificirati. Sve što smo o njima znali do pojave ovih novih metoda bio tek vrh sante leda koja nam se sada ukazala pred očima u svoj svojoj veličanstvenosti
Uistinu pravi procvat mikrobiologija je doživjela razvojem metoda visoke propusnosti (u koje se ubraja i sekvenciranje nove generacije) što je pojam koji također dolazi iz engleske terminologije a izveden je iz pojma “high throughput” metode kojim su pokrivene različite metode i tehnologije kojima se odjednom može analizirati veliki broj uzoraka ili veliki broj gena, proteina ili metabolita. Najpoznatija takva tehnologija jest upravo sekvenciranje nove generacije (eng. “next generation sequencing”). Koliko je revolucionarna ova tehnologija najbolje pokazuje činjenica da je klasično sekvenciranje po Sangeru korišteno u određivanju prvog genoma čovjeka koje je trajalo preko deset godina i koštalo par milijardi dolara, dok se danas to isto može ponoviti za svakoga od nas u roku od par dana i za par tisuća dolara (radi se o dobivanju sirovih podataka bez cijene njihove interpretacije).2
Jasno je da je ova tehnologija vrlo brzo našla primjenu u različitim granama istraživanja, pa tako i u mikrobiologiji gdje je napravljen ogroman iskorak jer je omogućeno da se većinom izbjegne korak umnažanja bakterija na selektivnoj podlozi. To je otvorilo čitav novi svijet mikroorganizama u našoj okolini i u nama samima, a koji su nam do jučer bili nepoznati. Zapravo se može reći kako je sve što smo o njima znali do pojave ovih novih metoda bio tek vrh sante leda koja nam se sada ukazala pred očima u svoj svojoj veličanstvenosti. Danas se procjenjuje da je svega 10% svih bakterija probavnog sustava moguće uzgojiti na rutinskim uzgojnim medijima, a još manji broj ih je moguće ispravno klasificirati koristeći samo klasične morfološke i biokemijske kriterije kakvi su se većinom koristili u “predmolekularnoj” mikrobiologiji.
Ubrzo je uslijedio i “The Human Microbiome Project”, projekt sa zadaćom da odredi genome svih mikroorganizama čovjeka s posebnim naglaskom na mikroorganizme kože, probavnog, dišnog i urogenitalnog sustava, niz drugih sličnih projekata kojima se istraživala povezanost mikrobioma sa različitim fiziološkim i patofiziološkim procesima u našem organizmu.
Nove spoznaje o mikrobiomu čovjeka i njegovoj važnosti za fiziološki normalno stanje organizma dovele su do toga da se čovjeka može promatrati kao superorganizam u kojem se stanice čovjeka nalaze u kontinuiranoj interakciji sa mikroorganizmima. Budući da je koncentracija mikroorganizama najveća unutar našeg probavnog sustava, njegov mikrobiom je danas možda ponajviše istražen.
Naš mikrobiom nije statičan, naprotiv, on se razvija od našeg rođenja te mu se sastav mijenja sa životnom dobi.3 U prvim fazama života interakcija mikroorganizama sa našim imunološkim sustavom je izrazito bitna za njegov pravilan razvoj i kasnije funkcioniranje. Mikrobiom također reagira na podražaje iz svoje okoline, od hrane koju jedemo do doba dana kada to činimo. Tako je nedavno otkriveno da je naš mikrobiom ovisan o cirkadijanim ritmovima čovjeka te nije svejedno u koje doba dana uzimamo neku hranu ili lijekove jer su i mikroorganizmi različito aktivni. Sastav mikroorganizama unutar probavnog sustava bitan je i za pravilno razlaganje hrane pri probavi te oslobađanja hranjivih tvari koje bi nam bez ovih procesa ostale nedostupne. Sisavci probavljaju složena vlakna kao što su škrob ili celuloza upravo zahvaljujući bakterijama u crijevu koje ih prerađuju do kratkolančanih masnih kiselina ( engl. short-chain fatty acids, SCFA). One se apsorbiraju u stanice probavnog sustava gdje služe kao izvor energije ali imaju i druge uloge kao što su regulacija pokretljivosti crijeva, ili djeluju kao čimbenici rasta epitelnih stanica probavnog sustava. Mikrobiom crijeva nas štiti od kolonizacije patogenima budući da kratkolančane masne kiseline imaju ulogu u održavanju crijevne barijere te tako priječe ulaz patogenim bakerijama i moduliraju imunološki odgovor.
Na koji način mikroorganizmi koji se ne smatraju patogenima utječu na funkcioniranje našeg organizma? S jedne strane smatra se da podražuju naš imunološki sustav, što samo po sebi nije problematično, no ukoliko takvi podražaji traju kroz duže vrijeme takvo produženo stanje upale može izazvati i neželjene posljedice na stanice našeg organizma i možda potaknuti njihovu malignu transformaciju. S druge strane mikroorganizmi imaju svoj genom i sintetiziraju različite spojeve od kojih neki mogu direktno utjecati na naše stanice. Tako je otkriveno da mikrobiom ima važnu ulogu u tzv. osovini mozak-probavni sustav i da nas primjerice potiče da jedemo određenu vrstu hrane koju preferiraju bakterije u našim crijevima ili da čak utječu na naše raspoloženje. Pokazano je da su neke bakterije probavnog sustava sposobne sintetizirati neurotransmitere GABA ili acetilkolin u uvjetima in vitro pa se pretpostavlja da je to možda slučaj i u samom probavnom sustavu.
Mikrobiom ima važnu ulogu u tzv. osovini mozak-probavni sustav i da nas primjerice potiče da jedemo određenu vrstu hrane koju preferiraju bakterije u našim crijevima ili da čak utječu na naše raspoloženje. Prisutnost ili odsutnost nekih mikoroorganizama u zdravih osoba u odnosu na oboljele od primjerice šećerne bolesti, metaboličkog sindroma ili upalnih bolesti crijeva, ali u novije vrijeme i neurodegenerativnih bolesti krije potencijalnu poveznicu između nastanka i napredovanja bolesti
Interesantan je primjer koji prikazuje složenu interakciju mikroorganizama sa domaćinom jest miševa koji su rođeni i držani u sterilnim uvjetima bez prisutnosti mikroorganizama. Naime pokazalo se da oni u značajnije manjoj mjeri proizvode neurendokrine supstance (npr. dopamin ili adrenalin) u odnosu na miševe koji su bili izloženi mikroorganizmima. Iz toga se može zaključiti da mikroorganizmi probavnog sustava utječu na produkciju ili pak sami proizvode ove čimbenike. S druge strane, pokazano je i da kada se organizam domaćina nalazi pod stresom, također može utjecati na mikroorganizme koji su u njemu nastanjeni.4
Mikrobiom se sve više povezuje i sa nizom bolesti čovjeka jer se pretpostavlja da upravo njegov različiti sastav odnosno prisutnost ili odsutnost nekih mikoroorganizama u zdravih osoba u odnosu na oboljele od primjerice šećerne bolesti, metaboličkog sindroma ili upalnih bolesti crijeva, ali u novije vrijeme i neurodegenerativnih bolesti kao što su Parkinsonova ili Alzheimerova bolest, krije potencijalnu poveznicu između nastanka i napredovanja bolesti.5,6,7
U jednom interesantnom istraživanju debljine i njenih okidača pokazalo se da miševi kojima je prenešen mikrobiom pretilih osoba i sami postaju pretili, a to je povezano i sa bakterijom Lactobacillus reuteri za koju se pokazalo da u našem organizmu povisuje razinu hormona leptina koji je odgovoran za osjećaj sitosti, te smanjuje razinu hormona gladi grelina. Pokazalo se također da bakterije mogu direktnim djelovanjem putem svojih produkata utjecati na lučenje dopamina i serotonina kao mehanizma kojim se generira osjećaj zadovoljstva nakon što pojedemo hranu koja se bakterijama “sviđa”.8,9 Ispada tako, kao i u mnogim drugim stvarima, da je naša slobodna volja i kontrola nad samima sobom možda samo naša iluzija, a nekima će zasigurno ovo dobro doći i kao izgovor.
Ono što također postaje jasno kako raste broj ovakvih istraživanja jest da možda i nije nužno da u svakom trenutku znamo broj, omjer ili distribuciju pojedinačnih mikroorganizama, ono što je bitnije jest što oni zapravo rade u kolektivitetu. Na primjer, jedna od funkcija koju bakterije odrađuju u našem probavnom sustavu jest sinteza nekih vitamina. Tu sposobnost ima više bakterija i u funkcionalnom smislu je nebitno koja će bakterija to točno biti nego je bitno da je ta funkcija mikrobioma prisutna. Temeljem ovakvog promišljanja razvilo se čitavo novo područje tzv. metagenomika koja se bavi biološkim funkcijama cijele zajednice bakterija i promatra njihove genome kao funkcionalnu cjelinu. Budući da takve bakterijske zajednice i njihova funkcionalnost nisu samo specifičnost ljudskog organizma već svakako i drugih živih bića, ali i uzoraka iz naše okoline kao što su voda, tlo itd, metagenomika je pojam koji pokriva izučavanje i tih uzoraka.
Svaka moda u istraživanju pomalo poprima elemente zaluđenosti te je dobro da postoje i kritički osvrti na područje od kojih je možda najpristupačniji onaj Dr. Hanagea s Harvard School of Public Health
Sada kada počinjemo shvaćati kakvu ulogu ima naš mikrobiom, postavlja se pitanje kako se to što znamo može iskoristiti za našu dobrobit? Budući da je jasno da mikrobiom nije statičan, već da se mijenja ovisno o vanjskim čimbenicima kao što je hrana, ili unutarnjim čimbenicima kao što je stres, možemo li mi izmjenom ovih čimbenika svjesno i ciljano utjecati na naš mikrobiom? Vrlo vjerojatno da, nekih pokušaja već ima, no danas još nismo na razini znanja s kojom bi sa sigurnošću mogli tvrditi koji je idealni sastav mikrobioma koji bi nam mogao omogućiti zdravlje a možda i dugovječnost. No svaka moda u istraživanju pomalo poprima elemente zaluđenosti te je dobro da postoje i kritički osvrti na područje od kojih je možda najpristupačniji onaj Dr. Hanagea s Harvard School of Public Health u časopisu Nature iz 2014. godine.10 Dr. Hanage je u tom osvrtu postavio nekoliko ključnih pitanja koja bi trebalo imati na umu prilikom evaluacije novih spoznaja iz ovog područja, ali zapravo se mogu primijeniti i na svako znanstveno istraživanje. Naime, on se zapitao jesu li razlike koje su dobivene u sastavu mikrobioma smislene odnosno čine li neku razliku u promišljanju patologija uz koje su asocirane, jesu li dobivene korelacije ujedno i kauzalne, koji je mehanizam koji stoji iza ovih razlika, jesu li rezultati dobiveni kroz pokuse i istraživanja koja dovoljno dobro prikazuju realnost ili modeli imaju bitnih odstupanja od realiteta i konačno, mogu li se dobiveni rezultati objasniti i na neki drugi način. U samom tekstu daje primjere na kojima temelji svoj oprez te konačno poziva na racionalni pristup u prezentaciji ovih istraživanja široj javnosti kao se ne bi stvorila neutemeljeno velika očekivanja ljudi koji se bore sa različitim bolestima.
I na kraju, potencijal ovih istraživanja je ogroman, oduševljenje novim još i veće, a kako to većinom biva nakon početnog zanosa slijedi racionalna faza u kojoj se analiziraju rezultati dobivenih studija i nešto od novostečenog znanja nadajmo se ulazi u primjenu.
5,00
(4)
Loading...
25. listopada 2024. / Aktualno
16. rujna 2024. / Aktualno
20. studenoga 2024. / Članci
13. studenoga 2024. / Članci
9. studenoga 2024. / Članci
8. studenoga 2024. / Članci
