Lidský mikrobiom

SOUHRN

Když byl dokončen Projekt mapování lidského genomu (Human Genome Project), do centra zájmu se dostalo vysoce výkonné sekvenování mikrobiomu a jeho bioinformatická analýza. Sotva existuje jiné přírodovědecké téma, o němž se v odborných i v laických médiích diskutuje tak podrobně a současně tak kontroverzně. Tento přehledový článek informuje o vzniku střevní mikroflóry a popisuje, jak její skladba ovlivňuje různá onemocnění.

RESÜMEE

Nach Abschluss des humanen Genomprojektes ist das Mikrobiom ins Zentrum von Hochleistungs‑Sequenzierung und Bioinformatik gerückt. Kaum ein wissenschaftliches Thema wird in Fach‑ und Laienmedien aktuell so ausführlich, aber auch kontrovers diskutiert wie die Mikrobiomforschung. Dieser Beitrag bietet einen Überblick über die Entstehung der Darmflora und beschreibt, wie ihre Zusammensetzung Einfluss auf verschiedene Erkrankungen nimmt.

Lidský mikrobiom

Prof. MUDr. Přemysl Frič, DrSc.

Především je třeba čtenáře upozornit, že autor používá pojem „mikrobiom“ nikoliv k popisu kolektivního genomu mikroorganismů, ale k popisu mikroorganismů samotných.

Publikace popisuje vývoj střevního mikrobiálního systému v prenatálním i postnatálním životě, jeho účast a změny v různých fyziologických a chorobných situacích. V rámci jednoho článku dovoluje rozsah tematiky uvést ji pouze formou zkratky a vyzdvihnout aspekty, které jsou autorovi blízké.

Informace o střevním mikrobiálním systému, jeho genetické výbavě a o změnách jednotlivých species jsou vesměs nedávného data. Za hlavní impuls změny dosavadního stavu je třeba považovat vstup gastrointestinální mikrobiologie do éry tzv. metagenomiky. Tento pojem použili jako první Handelsman a spol. v roce 1998 pro sekvenční genetickou analýzu prostřednictvím malých podjednotek ribosomálních RNA.¹ Principem je srovnávání sekvencí rRNA dobře charakterizovaných mikrobiálních izolátů se sekvencemi rRNA zkoumaného vzorku. Předpokládá se, že podobnost sekvencí je výrazem fylogenetické příbuznosti. Tato metoda byla původně použita k identifikaci a systémovému zařazení dosud neznámých půdních mikrobů a záhy se rozšířila i na mikroorganismy jiného původu.

Před zavedením této metody jsme předpokládali, že mikrobiální systém trávicí trubice obsahuje 400–500 mikrobiálních species a že pomocí tzv. speciálních kultivačních metod lze určit asi 40 % mikrobů. Podle molekulární genetické analýzy obsahuje mikrobiální systém trávicí trubice kolem 1 800 rodů (genera) a 15 000–30 000 druhů (species). Jejich počet kolísá podle požadovaného stupně genetické identity. Pokles mikrobů určitelných kultivačními metodami tak klesl na 1 %. Jednotlivé species se liší genetickým vybavením a následně svými vlastnostmi a funkcemi.

Celkový počet mikrobů trávicí trubice se odhaduje na 10¹⁴ a převyšuje o jeden řád počet eukaryotických buněk lidského organismu (10¹³). Mikrobiální metagenom je o dva řády větší než lidský eukaryotický metagenom (jaderný a mitochondriální). Dalším významným rozdílem je rychlá adaptibilita mikrobiálního genomu na změny podmínek prostředí (viz rychlý vznik rezistence mikrobů na antibiotika).

Publikace se zabývá změnami střevního mikrobiálního systému na úrovni mikrobiot u zánětlivých a nádorových chorob a změnami způsobenými složením potravy. V závěru je pojednáno poněkud nesystémově o terapii transplantací stolice.

Čtenáře je také třeba upozornit, že mikrobiota jsou pouze jednou součástí gastrointestinálního ekosystému. Tento je definován jako vysoce integrovaný komplex, který zahrnuje střevní mikrobiota, střevní slizniční bariéru a slizniční imunitní systém.² Jednotlivé složky se mohou vyvíjet samostatně jen zčásti. Jejich úplná morfologická a funkční vyzrálost předpokládá četné interakce, mezi nimiž je křehká rovnováha. Gastrointestinální ekosystém lze proto označit za systém dynamické rovnováhy, který zajišťuje hostiteli látkovou přeměnu, výživu a regulaci slizniční a systémové imunity. Jednotlivé účinky nelze proto považovat výhradně za důsledek změn střevních mikrobiot a/nebo jejich genetické výbavy.

LITERATURA

1. Handelsman J, Rondon MR, Brady SF, et al. Molecular biological access to the chemistry of unknown soil microbes: a new frontier for natural products. Chem Biol 1998;5:R245–R249.

2. Mc Cracken VJ, Lorenz RG. The gastrointestinal ecosystem: a precarious alliance among epithelium, immunity and microbiota. Cell Microbiol 2001;3:1–11.

Doc. MUDr. Bohumil Seifert, CSc.

Ústav všeobecného lékařství 1. LF UK v Praze

Téma zpracované profesorem Danielem Baumgartem, gastroenterologem z berlínské univerzitní nemocnice Charité, patří do jedné z nejzajímavějších a nejatraktivnějších oblastí současného medicínského výzkumu. Zkoumání mikrobiomu neboli genového souboru všech mikroorganismů v lidském těle přináší překvapivé objevy a nastoluje nové a nové otázky.

Článek uvádí výsledky bádání z posledních let; popisuje vliv mikrobiomu matky na utváření mikrobiomu plodu a novorozence, popisuje diverzitu mikrobiomu a jeho roli u některých zánětlivých, nádorových, metabolických a kardiovaskulárních onemocnění. V závěru autor uvádí i příklad přímého terapeutického využití fekálních mikroorganismů při léčbě klostridiových infekcí nebo nespecifických střevních zánětů.

Z pohledu praktického lékaře je důležité, zda má tuto oblast sledovat jen s akademickým zájmem, s cílem udržet si všeobecnou informovanost alespoň na úrovni informovanosti pacientů, nebo zda výstupy bádání již dnes ovlivňují praxi. To druhé nelze tvrdit a nic se nemění ani po přečtení komentovaného článku.

Nejvýznamnější součástí lidského mikrobiomu je střevní mikrobiom. V případě dobrého zdraví je střevní mikroflóra, o celkové hmotnosti necelé 2 kg, v klidu a plní svou funkci, aniž o ní člověk ví, stejně jako tomu je u jiných orgánů v lidském těle. Nicméně výzkum ukazuje, že střevní mikrobiom zasahuje do mnoha funkcí organismu a ovlivňuje rozvoj i eventuální úpravu patofyziologických dějů.

Za prokázaný se považuje vztah obezity k mikrobiomu. Jeden méně známý bakteriální kmen vykazuje signifikantně vyšší přítomnost u osob s nízkou tělesnou hmotností. Také víme, že skladba jídla ovlivňuje složení střevního mikrobiomu, jak zmiňuje v příkladu prof. Baumgart. Ale ani současná míra znalostí o vztahu mikrobiomu a obezity nevedla k objevu léku nebo k udělení rady v životosprávě nad rámec obvyklých doporučení.

Víme, že střevní mikrobiom je zranitelný. Známe důsledky dysmikrobie po užívání antibiotik. Nevhodná strava může zřejmě způsobit v gastrointestinálním traktu „hotový masakr“. Máme určité zkušenosti s podáváním probiotik v některých klinických situacích.¹ Ale ani v tomto případě nejsou znalosti převoditelné do jednoznačného doporučení pro praxi, ať už z hlediska prevence, nebo léčby.

Kyselé prostředí žaludku omezuje přítomnost mikrobů na některé kmeny streptokoků, stafylokoků, laktobacilů, peptostreptokoků a několika typů kvasinek. Nejznámějším obyvatelem žaludeční sliznice je bezesporu gramnegativní spirálovitá bakterie Helicobacter pylori. Znalosti o této bakterii dokumentují, jak složité je pochopení role mikrobiomu. Zlepšující se životní podmínky vedou ke snížení výskytu H. pylori na celém světě. Se snížením výskytu H. pylori zároveň významně klesá výskyt karcinomu žaludku, ovšem za cenu nárůstu výskytu karcinomu jícnu, alergií a celiakie. Přestože práce o H. pylori patřily v minulých dekádách k nejcitovanějším a jmenovanou bakterií se po Warrenovi a Marshallovi zabývali vědci na celém světě, tyto souvislosti a vztahy nejsou přesvědčivě objasněny a klinická doporučení k eradikaci H. pylori takto komplexně problém neřeší.

Helicobacter pylori je také typickým příkladem společenského mikroba, který je často sdílen v rodinách a v úzkých komunitách. Není vyloučeno, že v budoucnu se i k obezitě a k dalším onemocněním se vztahem k mikrobiomu budeme chovat jako k přenosným chorobám…

Výsledky analýzy britského výzkumu dvojčat prokázaly vztah genotypu a střevního mikrobiomu, tedy dědičnost mikrobiomu.² Výstupy Projektu lidského mikrobiomu (Human Microbiome Project – HMP), který zkoumal mikrobiom 300 zdravých jedinců na 15 místech těla u mužů a na 18 místech u žen, dokládají, že kromě genotypu také pohlaví, vzdělání a historie porodu a kojení ovlivňuje složení mikrobiomu u dospělého člověka.³ Na diverzitu mikroflóry mají následně vliv i další faktory, zejména výživa.

Praktickým příkladem využití mikrobiomu v léčbě je střevní transplantace, stará metoda, která se používá i na některých klinických pracovištích v České republice v léčbě nebezpečné klostridiové infekce. Stolice dárce rozpuštěná v solném roztoku, odfiltrovaná od pevných částí, se sondou zavede do tenkého střeva. Průkaz účinnosti této metody dokládá prof. Baumgart odkazem na práci, která byla publikována v roce 2013 v New England Journal of Medicine. Jiná práce z roku 2015 předkládá randomizovanou klinickou studii, která prokázala účinnost terapie rekurentní klostridiové infekce netoxickým kmenem téže bakterie.⁴ Tato metoda se může stát v budoucnu účinnou a přijatelnou i pro více indikací, jak naznačuje autor v případě léčby nespecifických střevních zánětů. Fekální transplantace ale nejspíš jen ukazuje cestu, na jejímž konci by mohla být identifikace a příprava účinného probiotika, které by tuto kontroverzní metodu nahradilo.

Zajímavý je z pohledu očekávání všeobecného praktického lékaře projekt, který probíhá současně ve Spojených státech amerických (American Gut Project) a ve Velké Británii (British Gut Project).⁵ Oslovené osoby mohou zaslat vzorky stolice a na oplátku získávají individuální profil svého mikrobiomu. Data sdílená od všech účastníků umožní studovat vztah mezi životosprávou, stravou a mikrobiomem a možný přínos z jeho ovlivnění.

Z článku profesora Baumgarta i z komentáře vyplývá, že lidský mikrobiom je tématem, které by měl praktický lékař sledovat, mimo jiné proto, aby udržel krok s pacienty, nicméně na praktické výstupy bádání je třeba si ještě počkat.

LITERATURA

1. Hungin AP, Mulligan C, Pot B, et al. Systematic review: probiotics in the management of lower gastrointestinal symptoms in clinical practice – an evidence based international guide. Aliment Pharmacol Ther 2013;38:864–886.

2. Goodrich JK, Waters JL, Poole AC, et al. Human genetics shape the gut microbiome. Cell 2014;159:789–799.

3. Human Microbiome Project C. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature 2012;486:207–214.

4. Gerding DN, Meyer T, Lee C, et al. Administration of spores of nontoxigenic Clostridium difficile strain M3 for prevention of recurrent C. difficile infection: a randomized clinical trial. JAMA 2015;313:1719–1727.

5. http://www.britishgut.org

Zdroj: