Střevní mikrobiom v systémovém pojetí

Komplex mikroorganismů žijících v lidském střevu je impozantní svým počtem. Řádově desetkrát převyšuje počet buněk v lidském organismu.

Střevní mikrobiom čítá řádově tisícovku druhů a spektrum genů v jejich genomech 150krát převyšuje počet genů lidského genomu. Mikrobiom střeva sehrává klíčovou roli ve vývoji, výživě i imunitě člověka. Postihnout všechny aspekty působení mikrobiomu na lidský organismus je krajně obtížný úkol.

Tým vedený Elhananem Borensteinem z University of Washington publikoval v prestižním vědeckém časopise Proceedings of the National Academy of Sciences studii, v které přistoupil k lidskému střevnímu mikrobiomu zcela novátorsky jako k jednomu velkému koheznímu systému. Jako kdyby byl celý střevní mikrobiom jediný velký a nesmírně komplikovaný superorganismus, v němž geny jednotlivých mikroorganismů pracují ve vzájemné souhře v rámci jediného genomu.

Vědci využili k tomu účelu moderních metod systémové biologie a modelování in silico. Již dříve bylo známo, že se liší druhové složení mikrobiomu střeva obézních lidí, zdravých lidí a pacientů se zánětlivými onemocněními střeva. Jak se však rozdílné složení mikrobiomu a zároveň i odlišné spektrum genů těchto mikroorganismů odráží v metabolickém potenciálu člověka a ve funkčním stavu střeva, to zůstávalo záhadou.

Borenstein využil informací o druhovém složení mikrobiomu zdravých a obézních dobrovolníků a dobrovolníků trpících zánětlivým onemocněním střev a informací o genech těchto mikrobů.

Pomocí počítačových modelů vytvořili vědci systémy genů typických pro všechny mikrobiomy lidského střeva a také systémy enzymů, které jsou typické pro dobrovolníky z každé ze tří zkoumaných skupin. Vědci nesledovali lokalizaci enzymů, ale jejich funkční propojení a metabolickou návaznost. Pro metabolismus mikrobiální komunity lidského střeva se ukázaly jako ústřední určité interakce mezi geny.

Enzymy, jejichž zvýšenou přítomností se lišili obézní a zdraví dobrovolníci, však nebyly součástí těchto ústředních interakcí. Tyto enzymy byly z hlediska celého systému zapojeny do interakcí periferních. Tyto enzymy zjevně nezpracovávají substráty, jež jsou produktem metabolismu jiných mikrobů, popřípadě jsou produktem jednotlivých mikrobů, jež nejsou dále zpracovány enzymy ostatních mikrobů.

S vysokou pravděpodobností hrají významnou roli ve zpracování substrátů produkovaných samotným střevem. Změny ve spektru i množství těchto „periferních“ enzymů jsou důsledkem reakcí mezi hostitelským organismem člověka a mikrobiomem.

„Z našich výsledků vyplývá, že změny v koncentracích enzymů, jež jsou typické pro obezitu nebo pro zánět střeva, jsou důsledkem změn v interakcích mikrobiomu a prostředí lidského střeva a nikoli změn základních metabolických procesů mikrobiomu. Mikrobiom obézních lidí se vyznačuje schopností využívat různé zdroje energie, což může mít za následek zvýšenou schopnost získávat energii z potravy,“ přiblížil výsledky výzkumu Borenstein.

-------

autor: Prof. Ing Jaroslav Petr, DrSc.

Medical Tribune

Zdroj: Medical Tribune