Diagnosticarea microbiomului între știință și practică; •
PD Dr. rer. nat. Andreas Schwiertz - Institutul de Științe Nutritive, Universitatea din Giessen
Institutul de Microecologie, Herborn
Cercetarea microbiomului a făcut progrese enorme în ultimii ani. Dar cum pot fi puse în practică rezultatele științifice? Dr. În prelegerea sa la simpozionul pentru microecologie, Andreas Schwiertz a rezumat constatările fundamentale din ultimii ani și a arătat posibilități de aplicare practică pentru medici.
O întrebare centrală în cercetarea microbiomului este: Cum este definit un microbiom normal? Și există diferențe etnice sau regionale în compoziția unui microbiom normal?
Diversitate în intestin în diferite grupuri etnice
Pentru a clarifica întrebările, oamenii de știință au comparat bacteriile din hainele scaunelor fermierilor din Malawi, Africa, cu cele ale indienilor americani nativi din Venezuela și americanilor urbani. Rezultatul studiului 1: „În primii doi ani de viață, diversitatea bacteriilor este aproximativ aceeași”, a raportat Schwiertz. Primele diferențe în diversitatea compoziției bacteriene pot fi văzute de la aproximativ vârsta de doi ani. Odată cu creșterea vârstei, a devenit clar că printre indienii din regiunea Amazonului, gradul ridicat de diversitate a fost păstrat până la bătrânețe. Pe locul doi s-au situat oamenii din Malawi din mediul rural, în timp ce americanii au crescut în spate în această comparație.
Cuțitul elvețian în intestin
„Îmi place să compar rezultatul cu un cuțit elvețian”, a explicat Schwiertz. "În timp ce indienii amazonii au la dispoziție multe cuțite și ferăstraie diferite în intestine, repertoriul de instrumente al americanilor urbani este limitat la unul sau două cuțite."
Dar de ce este așa? De ce un grup de populație are o floră intestinală semnificativ mai diversă decât cealaltă? „Oricine mănâncă mai mult sau mai puțin mâncare occidentală mănâncă același lucru în fiecare zi”, a răspuns Andreas Schwiertz la întrebarea sa. „Pentru bacteriile din intestin, nu are nicio diferență dacă mâncăm orez, cartofi sau paste.” Dieta occidentală neglijează fibra dietetică, care este importantă pentru diversitatea bacteriană: „Diversitatea bacteriană scade deoarece nu hrănim bacteriile cu suficientă varietate. . "
Indienii amazonii, pe de altă parte, se bazează pe succesul vânătorii sau pe găsirea de plante comestibile pentru dieta lor. „Cuțitul armat elvețian” și astfel abilitățile metabolice bacteriene trebuie să fie mult mai extinse pentru acești oameni decât pentru un american ”, spune Schwiertz.
Microbiom la vegani, vegetarieni și „generalizatori”
Dar cum își modelează dieta unei persoane civilizate occidentale microbiomul intestinal? Schwiertz și colegii de la Institutul de Microecologie din Herborn au investigat dacă și, dacă da, în ce mod diferă compoziția microbiomului intestinal în funcție de dietă. 2 Au comparat probe de scaun de la vegani, vegetarieni și „generalizatori” - biologii se referă la aceștia din urmă ca omnivori.
Rezultatul: „Dacă te uiți la grupurile mari de bacterii, nu vezi diferențe notabile”, a raportat Schwiertz și mai departe: „Dacă te uiți la apariția diferitelor bacterii în decursul mai multor zile, modelul arată mult mai colorat cu un vegan decât cu un omnivor. ”Acest lucru s-ar datora dietei mai variate a unui vegan în comparație cu un omnivor, a explicat Schwiertz. Diferențele mari în colonizarea bacteriană a intestinului au rezultat din diferitele fibre dietetice.
Un alt aspect interesant a dezvăluit studiul: veganii nu au lactobacili în scaun. "Fenomenul este ușor de explicat", spune Schwiertz, "deoarece veganii nu consumă produse lactate, bacteriile lactice nu au o bază nutrițională de bază".
Obezitate datorată bacteriilor intestinale?
Schwiertz a prezentat date de la Institutul Național de Sănătate din SUA din 1985 până în 2006, care arată: Oamenii din America de Nord se îngrașă. Acum zece ani, fiecare a treia până la a patra persoană din SUA era obeză, ceea ce corespunde unui indice de masă corporală (IMC) de peste 30. Dintr-o perspectivă globală, tendința continuă.
Din 2010 obezitatea a crescut și în Germania, Finlanda și Marea Britanie. Țara cu cea mai densă populație este Mexicul. "Mexicul a recunoscut problema și a fost prima țară din lume care a introdus o taxă pe zahăr", a spus Schwiertz. Cu un sold pozitiv: „IMC mediu a scăzut după introducerea impozitului”.
Un motiv pentru introducerea taxei pe zahăr a fost: O populație foarte supraponderală determină costuri mari pentru sănătate. Deoarece obezitatea nu este de obicei lipsită de consecințe. Obezitatea extremă duce adesea la probleme cardiovasculare, pulmonare, gastrointestinale și musculo-scheletice. Problemele hormonale, insuficiența renală și problemele psihosociale sunt, de asemenea, frecvente în obezitate.
De ce se îngrașă oamenii?
Motivele obezității masive sunt multe. „Dacă consumi mai multe calorii decât poți folosi, te îngrași”, spune Schwiertz. Cu toate acestea, alți factori precum genetica, dezechilibrele hormonale, medicația, mediul și, conform ultimelor descoperiri, și microbiota persoanei afectate influențează echilibrul energetic simplu.
Într-un studiu 3, oamenii de știință au oferit șoareci fără germeni și în mod normal colonizați exact aceeași hrană timp de opt săptămâni de la naștere. După doar o săptămână, animalele colonizate microbial au câștigat în mod semnificativ mai multă greutate decât șoarecii sterili. „Concluzia logică a fost: bacteriile trebuie să fie implicate în creșterea în greutate, deoarece toți ceilalți parametri nu au fost modificați”, spune Schwiertz.
Raportul Firmicutes/Bacteroidetes
În etapa următoare 4, oamenii de știință au examinat colonizarea bacteriană a șoarecilor obezi și cu greutate normală. Rezultatul: au găsit o corelație între IMC și raportul Firmicutes/Bacteroidetes - adică raportul în care cele două tulpini bacteriene mari apar în intestin. „Descoperirea a fost apoi deseori interpretată în așa fel încât obezitatea masivă nu se datora unui comportament incorect, ci unei colonizări bacteriene nefavorabile în intestin”, spune Schwiertz.
Deziluzia a fost cu atât mai mare cu cât primul meta-studiu a arătat că nu există nicio corelație între raportul Firmicutes/Bacteroidetes și obezitate la nivel uman. „La o inspecție mai atentă a studiilor inițiale pe șoareci, a devenit de asemenea evident că corelația se aplică doar unui anumit tip de șoarece. Efectul nu a fost detectabil la alți șoareci ”, a raportat Schwiertz.
Depinde de produsele metabolice
Schwiertz și colegii săi au efectuat, de asemenea, un studiu privind legătura dintre colonizarea bacteriană și obezitate. „Am putut arăta la 30 de persoane obeze, 30 supraponderale și 30 de persoane cu greutate normală că există o legătură între bacteriile din intestin și obezitate. 5 Cu toate acestea, relația dintre bacterii nu are nicio influență asupra acestui lucru. Depinde mult mai mult de ce substanțe produc bacteriile ”, a explicat Schwiertz.
Dar ce semnale și substanțe joacă un rol în obezitate? Ceea ce oamenii nu pot metaboliza cu propriul echipament enzimatic, bacteriile din intestin fac pentru ei. Printre altele, se formează acizi grași. „Acizii grași pot oferi oamenilor încă 300 de kilocalorii - aproximativ echivalentul unei bare mari de ciocolată pe zi”, spune Schwiertz. "Am putut arăta în subiecții noștri de testare că cantitatea de acizi grași cu lanț scurt a crescut semnificativ de la greutatea subțire la cea normală la obezi."
Dieta influențează metabolismul bacteriilor intestinale
Dieta poate influența ce substanțe produc bacteriile intestinale. Bacteriile nu mai produc acizi grași cu lanț scurt, cum ar fi acidul acetic, din fibre, ci mai degrabă cei mai complicați. Și au un efect benefic asupra greutății corporale ”, a explicat Schwiertz. În acest context, nu este important în primul rând ce bacterii colonizează intestinul, ci mai degrabă ce capacități metabolice au bacteriile.
Specii cheie susțin ecosistemul din intestin
Cu toate acestea, anumite specii cheie de bacterii au o poziție specială. „Un tip de cheie determină dacă întregul sistem funcționează sau nu - similar cu cheia de temelie dintr-o arcadă”, spune Schwiertz.
Arcada se va menține numai dacă aveți cheia de temelie potrivită. Există, de asemenea, anumite specii cheie pentru ecosisteme care permit celorlalte specii din sistem să coexiste.
Bacteriile sensibile la mucoasă sunt una dintre speciile cheie, deoarece susțin reînnoirea constantă a stratului protector de mucus din intestin. Un strat de mucus care este practic lipsit de bacterii se află direct pe celulele epiteliale ale intestinului. Acesta este urmat de mucusul exterior, care oferă o bază bună pentru viață pentru unele tipuri de bacterii. Bacteriile stratului de mucus exterior sunt parțial responsabile pentru un strat de mucus interior intact. „Organismele cheie din acest sistem asigură, pe de o parte, că mucusul este descompus continuu și celulele epiteliale sunt stimulate pentru a reproduce mucusul. Pe de altă parte, bacteriile furnizează energie celulelor epiteliale, astfel încât acestea să poată chiar forma mucus ”, a explicat Schwiertz. Bacteriile realizează acest lucru prin acidul butiric pe care îl formează. Un strat de mucus intact este important, astfel încât agenții patogeni să nu poată pătrunde în celulele epiteliale ale intestinului și să declanșeze o infecție.
Nimic nu funcționează în intestin fără organisme cheie
De asemenea, organismul are nevoie de anumite organisme cheie pentru digestie. „Când mănânci ceva, de departe nu toate bacteriile tale îl pot folosi”, spune Schwiertz. Fibra este un exemplu în acest sens. Bacteria Bifidobacterium adolescentis acționează ca un organism cheie aici. „Deoarece descompune fibrele dietetice pentru alte microorganisme, le face mai mult sau mai puțin mușcate”, a explicat Schwiertz.
Bacteriile purtătoare de LPS promovează un „intestin cu scurgeri”
Revenind însă la problema obezității: „Desigur, dieta joacă un rol important”, spune Schwiertz. O dietă bogată în grăsimi și carbohidrați favorizează obezitatea și poate provoca disbioză - o schimbare adversă în comunitatea bacteriană. Atunci predomină bacteriile purtătoare de lipopolizaharidă (LPS). Dacă bacteriile intră în fluxul sanguin printr-un perete intestinal permeabil („intestin cu scurgeri”), corpul reacționează cu inflamația. „Chiar dacă inflamația este doar subclinică, aceasta are un impact asupra metabolismului”, spune Schwiertz.
Testul KyberMetabolic
Institutul de Microecologie din Herborn a dezvoltat acum o metodă de diagnostic cu ajutorul căreia metabolismul bacterian poate fi evaluat la pacienții supraponderali sau deja obezi. Cu noul diagnostic KyberMetabolic, terapeuții obțin o imagine de ansamblu asupra parametrilor esențiali asociați microbiotei care pot duce la un sindrom metabolic sau pot agrava situația metabolică la pacienții cu sindrom metabolic manifest.
„Înregistrăm organismele cheie”, a explicat Schwiertz. De asemenea, este important ce acizi grași cu lanț scurt produc bacteriile. „Dacă acidul acetic este crescut, de exemplu, crește pofta de mâncare. Acidul propionic, pe de altă parte, face exact opusul - duce la saturație. Am dezvoltat diagnosticul KyberMetabolic din constatările științifice din ultimii ani. „Diagnosticul se concentrează pe parametrii care joacă un rol în obezitate.
Aproape orice acizi grași cu lanț scurt la pacienții cu Parkinson
Bacteriile cheie și moleculele de semnalizare bacteriană joacă un rol nu numai în obezitate, ci și în Parkinson. 6 Într-un studiu, Schwiertz și colegii săi au comparat pacienții Parkinson cu vârsta lor și voluntarii tineri și sănătoși. A arătat că pacienții cu Parkinson aveau în probele de scaun semnificativ mai puține bacterii fecale decât persoanele sănătoase.
„Ceea ce a fost mult mai interesant decât compoziția microbiomului, totuși, au fost metaboliții metabolici ai pacienților cu Parkinson”, a raportat Schwiertz și a continuat: „Toți acizii grași cu lanț scurt au fost reduși semnificativ la pacienți. Trebuie să știți că toți pacienții cu Parkinson suferă de constipație cronică ".
Și tocmai aici se închide cercul, deoarece acizii grași cu lanț scurt sunt parțial responsabili de peristaltismul intestinal. Măsurătorile markerului de inflamație fecală calprotectina au arătat: pacienții cu Parkinson au un intestin inflamat. Zonulinul markerului „intestinului cu scurgere” a fost, de asemenea, crescut semnificativ la pacienți - la fel ca și markerii de inflamație α-1-antitripsină și lactoferină. Lactoferina permite să se tragă concluzii despre o cauză bacteriană a inflamației. „Pacienții Parkinson au astfel o barieră intestinală perturbată, în care este implicată și microbiota”, a concluzionat Schwiertz și a continuat: „Și acest lucru are ca rezultat și o abordare terapeutică. Deoarece tratarea inflamației intestinului și a constipației poate ameliora și celelalte simptome tipice bolii Parkinson. "
Conexiunea dintre intestin și creier a fost inițial surprinzătoare, dar a fost bine studiată și recunoscută. Oamenii de știință vorbesc despre axa intestin-creier. „Dacă aveți o problemă la nivelul intestinului, aceasta va fi, de asemenea, vizibilă la nivelul creierului la scurt timp - și invers,” spune Schwiertz. Legătura este mai bine cunoscută, de exemplu, în stările de mare nervozitate, care sunt adesea însoțite de vizite frecvente la toaletă.
Bacteriile cheie și produsele metabolice indică calea
Exemplele ilustrează: Analizele microbiotei permit o nouă abordare legată de cauză a diferitelor imagini clinice.
Schwiertz: „Cel mai important lucru este: Ce organisme cheie există și ce produse metabolice produc bacteriile? Pentru că în acest moment puteți interveni deja terapeutic astăzi. "
Funcția bacteriilor intestinale explică Dr. Kerstin Rusch în raportul dvs. din cabinetul medical.