Na co wpływa mikrobiom dorosłego człowieka?
A co by było gdybyś mógł wycisnąć więcej ze swoich treningów, przenosząc mikroby z jelit sportowca do swoich własnych? To pytanie, na które chcieli odpowiedzieć naukowcy z Uniwersytetu Harvarda. Przez dwa tygodnie pobierali codziennie próbki stolca od 15 uczestników Maratonu Bostońskiego 2015 – zaczynając na tydzień przed biegiem, a kończąc tydzień po nim – i porównywali je z codziennymi próbkami 10-osobowej grupy kontrolnej, która nie brała udziału w wyścigu. Stwierdzili, że kilka dni po maratonie biegacze mieli w stolcu wyraźnie więcej bakterii Veillonella atypica niż pozostali.
– To był dla nas rodzaj objawienia, z uwagi na unikalny metabolizm Veillonelli, której preferowanym źródłem energii są mleczany – mówi Aleksandar Kostic, z Joslin Diabetes Center i Szkoły Medycznej Harvarda. Mleczany powstają w mięśniach w trakcie intensywnego wysiłku – Zaczęliśmy się zastanawiać, czy Veillonella metabolizuje mleczany z mięśni sportowców. A jeżeli tak, to czy zastrzyki tych mikrobiomów mogłyby pomóc ludziom niebędącym sportowcami w osiąganiu lepszych wyników.
Potem badacze sięgnęli po laboratoryjne myszy. Wyodrębnili Veillonella ze stolca jednego biegacza. Wprowadzili ją do organizmów 16 myszy z normalnymi mikrobiomami, sprawdzonymi pod kątem patogenów. Następnie umieścili gryzonie w karuzelach, zmuszając je do biegu aż do wyczerpania. To samo zrobili z 16 myszami kontrolnymi, używając innych bakterii, niemetabolizujących mleczanów. Myszy z Veillonella były w stanie biec o 13 proc. dłużej niż kontrolne. Skłoniło to badaczy do wniosku, że mikrobiom może odgrywać kluczową rolę w wydajności fizycznej.
Kostic mówi, że ten eksperyment stanowi „naprawdę elegancki przykład tego, jak dochodzi do symbiozy” człowiek-mikrobiom. Veillonella korzysta, kiedy mięśnie gospodarza, dzięki wysiłkowi, generują mleczany, którymi się żywi. Z kolei gospodarz również korzysta, bo Veillonella przetwarza mleczan w propionian, który zwiększa wydolność. Podwyższa tętno i zwiększa metabolizm tlenowy, a być może także redukuje stan zapalny mięśni.
Mikrobiom może się też przyczyniać do mniej korzystnych zjawisk, m.in. stanów umysłu takich jak niepokój i depresja. W 2016 r. naukowcy z irlandzkiego University College Cork zademonstrowali związek mikrobiom-depresja, przeszczepiając szczurom stolec ludzi z depresją. Czy szczury również na to zachorują?
Badacze podzielili 28 laboratoryjnych gryzoni na dwie grupy. Szczury eksperymentalne otrzymały przeszczep z łączonego preparatu ze stolca trzech mężczyzn z ciężką depresją, szczury kontrolne zaś z łączonego stolca trzech zdrowych mężczyzn. Okazało się, że przeszczep kału mężczyzn z depresją doprowadził do depresji u szczurów. W porównaniu z grupą kontrolną wykazywały utratę zainteresowania przyjemnymi czynnościami (co u szczurów mierzy się częstotliwością picia słodzonej wody) i zwiększony niepokój (unikanie otwartych lub nieznanych sekcji laboratoryjnego labiryntu). Naukowcy przyznają, że mamy tu przeskok między szczurami i ludźmi. Twierdzą jednak, że ich praca stanowi dowód na to, iż mikrobiom jelitowy może odgrywać rolę w rozwoju depresji. Zajęcie się tymi mikroorganizmami może któregoś dnia pomóc w leczeniu depresji i innych zaburzeń nastroju.
Wyhodowane na spoconych stopach bakterie, przyczepione do włókna, rozwijają się w bezwonnym pocie. Ale kiedy zbiera się pot, tworzy pożywkę dla mikrobów zapachowych. Więcej gruczołów potowych znajduje się na dłoniach i podeszwach stóp niż gdziekolwiek indziej. / Photograph by Martin Oeggerli
Jak mikrobiom zmienia się z wiekiem?
Mikrobiom jest stały, a zarazem wciąż się zmienia. Twój wyjątkowy profil drobnoustrojowy ustala się zasadniczo około czwartego roku życia i tylko znaczące zmiany – przejście na inną dietę, rozpoczęcie nowego programu ćwiczeń, przeprowadzka, spędzanie pod gołym niebem dużo większej lub mniejszej ilości czasu, przyjmowanie antybiotyków – mogą na niego tak naprawdę wpłynąć. Ale w pewnym sensie mikrobiom zmienia się bezustannie – do maleńkich wahnięć dochodzi przy każdym posiłku. I przez całą dorosłość zmienia się w sposób przewidywalny – prawdę mówiąc, jest do tego stopnia przewidywalny, że można oszacować twój wiek, patrząc jedynie na drobnoustroje jelitowe.
Ta poręczna sztuczka, znana jako „mikrobiomowy zegar starzenia”, wymaga sztucznej inteligencji, czego dowiodła ostatnio firma Insilico Medicine, startup z Hongkongu. Naukowcy zebrali informacje na temat mikrobiomów 1165 osób z publicznie dostępnych baz danych. Mniej więcej jedna trzecia próbek pochodziła od ludzi między 20. i 40. rokiem życia, następna trzecia część od ludzi między czterdziestką i sześćdziesiątką, a reszta od osób mających więcej niż 60 lat. Dane 90 proc. badanych, oznaczone wiekiem, naukowcy poddali procesowi maszynowego uczenia. Po czym zastosowali wzorce wykryte przez SI do pozostałych 10 proc. mikrobiomów, żeby sprawdzić, czy uda się określić liczbę lat. Mikrobiomowy zegar starzenia zasugerował wiek z dokładnością do czterech lat.
Co nam to mówi o fizycznych zmianach zachodzących z wiekiem, zwłaszcza przy obniżonej odporności, ogólnoustrojowym stanie zapalnym i słabowitości? Badacze z Instytutu Babraham w Cambridge próbowali to ustalić, korzystając z transplantacji kału. Wiedzieli, że układ odpornościowy funkcjonuje z wiekiem słabiej, i zastanawiali się, czy przeszczepienie kału młodych myszy starym przyniesie wzmacniające skutki. Przed przeszczepami stare myszy wykazywały znaczący spadek reakcji odpornościowych zgrupowań komórek w jelicie cienkim, znanych jako kępki Peyera. Po transplantacji kału od młodych myszy reakcja odpornościowa ich kępek Peyera powróciła do wcześniejszego stanu. Naukowcy doszli do wniosku, że niemrawa reakcja odpornościowa starych myszy jest najwyraźniej odwracalna; że można ją „uratować” poprzez przeszczep mikrobów jelitowych młodych myszy.
Mikrobiom okaże się nowym sposobem na pokonanie chorób?
Transfer flory jelitowej jest sztandarowym działaniem w badaniu mikrobiomu na zwierzętach. I jedną z głównych interwencji klinicznych u ludzi, gdy chodzi o wprowadzenie drobnoustrojów mogących zwalczać szeroką gamę chorób. To nie są tylko spekulacje. Przez ostatnie mniej więcej 10 lat przeszczepy kału były stosowane do leczenia nawracających zakażeń lekooporną Clostridium difficile, poważnych, potencjalnie zabójczych infekcji jelitowych. Według Colleen Kelly z Uniwersytetu Browna, współprzewodniczącej Fecal Microbiota Transplantation National Registry, każdego roku w samych tylko USA dokonuje się od 12 tys. do 15 tys. nadzorowanych medycznie przeszczepów kału.
Poza przeszczepami kału naukowcy badają inne metody manipulowania naszym mikrobiomem, w tym prebiotyki, probiotyki oraz zmiany diety i ćwiczeń, mogące modyfikować mieszaninę drobnoustrojów w jelitach. Ale nawet najwięksi entuzjaści mikrobiomiki mówią, że na razie trudno jest wyciągać wnioski na temat związku mikrobiomu z ludzkim zdrowiem, i zalecają ostrożność we wprowadzaniu terapii.
– Transplantacje kału i opracowywanie leków opartych na mikrobiocie wywołują ogromną ekscytację – mówi Wilmes z Uniwersytetu Luksemburskiego. Firmy pracują nad nowymi probiotykami, które „mają przywrócić zaburzony mikrobiom do stanu równowagi” – Zanim będziemy w stanie robić to właściwie i racjonalnie, musimy zrozumieć, co tak naprawdę składa się na zdrowy mikrobiom i jakie funkcje spełnia on dla swego ludzkiego gospodarza. Nie wydaje mi się, żebyśmy już teraz to wiedzieli.
