Puterea bacteriilor NZZ

Mii de bacterii ne colonizează corpul. Cercetarea lor aduce noi perspective asupra relațiilor biologico-medicale complexe și arată medicina în direcții noi.

Bacteriile Enterococcus faecalis locuiesc în intestinul uman, aici o colonie descrisă artistic. (Imagine: Keystone/SPL/Pasieka)

Așa-numitul microbiom intestinal, suma tuturor locuitorilor microscopici care populează tractul nostru digestiv de la gură la anus, este o lume proprie. Mii de bacterii din peste 1000 de specii determină cât de bine funcționează medicamentele individuale și cât de severe sunt efectele secundare. Vă ajutați să decideți dacă devenim supraponderali și apoi dezvoltăm tulburări ale diabetului sau ale metabolismului lipidelor. Dacă echilibrul fin echilibrat este dezechilibrat, există riscul de inflamație a intestinului și, eventual, de cancer.

Mii de bacterii ne colonizează corpul. Cercetarea lor aduce noi perspective asupra relațiilor biologico-medicale complexe și arată medicina în direcții noi.

Bacteriile Enterococcus faecalis locuiesc în intestinul uman, aici o colonie descrisă artistic. (Imagine: Keystone/SPL/Pasieka)

Cunoștințe din auto-experiment

Pentru Zhao Liping de la Centrul pentru Sisteme de Biomedicină de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai, intrarea în cercetarea microbiomului a început cu o bursă postuniversitară în SUA. Ajuns ca un tânăr academic subțire, a părăsit Universitatea Cornell din New York câțiva ani mai târziu, cu 30 de kilograme supraponderale. Întorcându-se în patria sa, și-a amintit rețetele tradiționale pentru obezitate și a luat o dietă cu ignam chinezesc și pepene amar. În decurs de doi ani, a slăbit 20 de kilograme, nivelul lipidelor din sânge s-a normalizat și s-a simțit la fel de apt ca atunci când era student.

În calitate de microbiolog și om de știință curios, Zhao a analizat compoziția microbiomului său intestinal la intervale regulate în timpul dietei și a fost uimit de schimbări: în același timp cu dispariția grăsimilor inutile, bacteria Faecalibacterium prausnitzii a apărut brusc în flora intestinală. La început numai ca o urmă de fragmente de ADN caracteristice, apoi în cantități detectabile bacteriologic. La sfârșitul auto-experimentului, germenul reprezenta aproximativ 15% din totalul locuitorilor microbieni ai intestinelor sale.

Pentru microbiolog era clar că acest lucru nu dovedea o legătură cauzală între prezența Faecalibacterium prausnitzii, reducerea greutății și normalizarea lipidelor din sânge. Este posibil ca germenul fecal să fie doar un „călăreț liber” bacterian care găsise o nișă ecologică adecvată pentru el într-o floră intestinală care a fost modificată prin schimbarea obiceiurilor alimentare. Pentru a ajunge la fundul legăturilor, omul de știință chinez a decis să efectueze studii sistematice. Mai întâi cu șoareci, apoi cu purcei fără germeni (ale căror intestine sunt foarte asemănătoare cu cele ale oamenilor) și în cele din urmă cu compatrioții săi, care suferă din ce în ce mai mult de obezitate, diabet și boli cardiovasculare din cauza stilului de viață schimbat. Toate aceste experimente au indicat o relație de cauzalitate.

De exemplu, el a lăsat șoarecii de laborator să mănânce alimente normale, cu conținut scăzut de calorii sau foarte bogate în grăsimi la fiecare două săptămâni. În același timp, compoziția florei intestinale a fost analizată folosind metode biologice moleculare și s-a determinat proporția speciilor individuale în populația bacteriană. Dacă șoarecii au primit pelete bogate în grăsimi, 80 de specii bacteriene noi au apărut în excrementele lor sau s-au înmulțit puternic. Dacă s-a schimbat alimentarea standard, compoziția microbiomului a revenit rapid la starea inițială.

Într-o altă serie de experimente, rozătoarelor li s-a dat un extract din fir de aur chinezesc sau afine cu alimente bogate în calorii - două plante medicinale care sunt considerate bune pentru digestie în medicina tradițională chineză și despre care se spune că activează puterile de auto-vindecare ale organismului. Dacă hranei i s-au dat extracte din una dintre cele două specii de plante, șoarecii nici măcar nu s-au îngrășat. Dacă aceste componente lipseau, își târâu „pântecele prosperității” pe picioarele obosite prin așternut. Și în acest experiment, flora intestinală s-a schimbat în același timp cu creșterea în greutate.

O cascadă de evenimente

Cercetătorii de la Universitatea Catolică din Leuven din Belgia încearcă să afle cum pot fi explicate la nivel molecular legăturile dintre bacteriile intestinale și metabolismul lipidelor. Pe baza studiilor lor, Patrice Cani și colegii săi postulează o succesiune de evenimente moleculare: Dacă compoziția florei intestinale se modifică din cauza consumului excesiv de grăsimi, mucoasa intestinală (o barieră moleculară formată din mai multe straturi de celule diferite) devine mai permeabilă pentru anumite substanțe. Moleculele toxice care în mod normal nu pot traversa barierele pătrund în fluxul sanguin și provoacă reacții inflamatorii subtile în organele interne. La rândul lor, acestea influențează metabolismul în numeroase celule ale corpului. Ca urmare, excesul de calorii nu este ars, ci depus în celulele adipoase sub formă de lipide.

Cauza bolilor autoimune?

Cercetătorii în microbiomi suspectează că bolile autoimune se dezvoltă pe un principiu similar. Ca urmare a modificărilor sistemului imunitar asociate mucoasei intestinale, o cascadă de reacții este pusă în mișcare, ceea ce duce în cele din urmă la reacția inadecvată a sistemului imunitar al unei persoane atunci când intră în contact cu substanțe cu potențial alergenic. Potrivit lui Felix Goeser de la Clinica Universitară din Bonn, etapele individuale ale cascadei trebuie încă verificate. Cu toate acestea, cercetătorul microbiomului este sigur că dereglările din sistemul imunitar cauzate de modificările microbiomului pot duce mai devreme sau mai târziu la primele simptome și apoi la o boală autoimună. Nu este clar în ce condiții apare o astfel de deraiere gravă a microbiomului intestinal cu un rezultat atât de important. În plus față de predispoziția genetică, factorii de mediu, cum ar fi dieta, joacă cu siguranță un rol.

Bacterii și medicamente

Microbiomul influențează, de asemenea, procese complet diferite în corpul nostru. De când farmaciștii au început să dezvolte medicamente administrate oral, aceștia au fost nedumeriți de ce eficacitatea și efectele secundare variază adesea semnificativ de la pacient la pacient. Un exemplu clasic este warfarina anticoagulantă - unul dintre cele mai bine vândute medicamente din lume, care a fost examinat farmacologic până la ultimul detaliu. Până în prezent, nici măcar jumătate din variabilitatea eficacității warfarinei nu poate fi explicată prin diferențe genetice ale enzimelor care procesează medicamentul.

De când cercetătorii microbiomului au apelat la această problemă farmacologică, lumina a intrat în întuneric. Ipoteza lor este că compoziția și funcția microbiomului intestinal determină biodisponibilitatea și efectele secundare ale medicamentului. Aceasta se bazează pe observația că gazda discretă a bacteriilor poate influența eficacitatea unui medicament prin diferite mecanisme, cum ar fi o biotransformare directă a substanței înghițite. Poate provoca o activare a medicamentului sau, dimpotrivă, poate face ca medicamentul să își piardă eficacitatea. O altă posibilitate de influențare este indirectă și implică o modificare a producției de proteine în celulele peretelui intestinal. Dacă, de exemplu, sunt produse mai multe instrumente de tăiere moleculară, acestea pot modifica un medicament înainte ca acesta să intre în sânge.

De exemplu, medicamentul pentru inimă digoxina este inactivat de bacteriile numite Eggerthella lenta care trăiesc în intestin. O mică modificare chimică o face inutilă pentru inimă. Ca urmare, medicamentul rămâne în mare măsură ineficient la pacienții care adăpostesc un număr mare de bacterii în microbiomul lor.

Situația este mai complicată cu medicamentul împotriva cancerului irinotecan. Substanța extrem de eficientă și extrem de toxică este creată numai prin activarea enzimatică a unei substanțe pre-medicinale în sângele pacientului. În ficat, citotoxina este transformată într-o moleculă netoxică care este excretată în intestin prin bilă. Cu toate acestea, enzimele unor specii bacteriene prezente în intestin convertesc substanța netoxică înapoi în substanță toxică, care apoi se acumulează în intestin. Rezultatul este o diaree severă de lungă durată, care îl obligă pe oncolog să întrerupă tratamentul sau să îl oprească în întregime.

Elizabeth Costello de la Universitatea Stanford crede că este timpul să folosim rezultatele cercetării microbiomilor pentru a schimba paradigmele în medicină. Pentru omul de știință american, principiile dezvoltate de ecologiști pentru cercetarea macrocosmosului pământului pot fi transferate în microcosmosul microbiomului intestinal. Pentru ei, corpul uman este controlat de un ecosistem complex de microorganisme. Sănătatea este un produs al serviciilor ecosistemice furnizate de trilioane de organisme unicelulare care interacționează.

Conceptul de ecosistem

Această perspectivă diferă în mod fundamental de perspectiva derivată din medicina infecției, în care intestinul este privit ca un câmp de luptă pentru agenții patogeni și invadatorii care cauzează boli sunt eliminați cu bastoane farmaceutice. Cu procedura practicată până acum, daunele colaterale ecologice nu pot fi evitate. De exemplu, terapia antibiotică agresivă duce uneori la o infecție cu Clostridium difficile, un agent patogen foarte patogen care poate provoca diaree care pune viața în pericol.

Conform conceptului Costello, o abordare care a fost folosită mult timp în gestionarea rezervațiilor naturale, în special a rezervațiilor sălbatice, ar avea sens. „Gestionarea parcurilor” medicale ar încerca să crească eficiența furnizorilor de servicii ale ecosistemului microbian și astfel să prevină dezvoltarea bolilor. Acest lucru ar putea fi realizat, de exemplu, printr-o dietă cu așa-numitele alimente prebiotice, care oferă actorilor deosebit de utili din microbiom oportunități mai bune de multiplicare decât concurenții lor nocivi.

Cu toate acestea, condiția prealabilă pentru aplicarea sistematică a acestui tip de terapie ecologică-medicală este ca microbiomul unei persoane să fie înregistrat cantitativ și calitativ și că funcția sa este verificată în mod regulat. Indiferent cât de mult această viziune fascinantă ar fi un prim exemplu de terapie individualizată pentru tulburările de sănătate asociate intestinului, ea nu poate fi pusă în practică în viitorul previzibil: procedurile de diagnostic necesare pentru „gestionarea parcului” nu au fost încă dezvoltate și nici nu este previzibil cum costurile care decurg din examinările complexe pot fi achitate.