Modifikace mikrobiomu otvírá netušené možnosti

"V minulém desetiletí vstoupila gastrointestinální mikrobiologie do nové éry, která se jmenuje metagenomika," oznámil prof. Frič účastníkům symposia s názvem Aktuální gastroenterologie XXVI. Uskutečnilo se 28. dubna v pražské Ústřední vojenské nemocnici (ÚVN) a podrobněji jsme o něm informovali v minulém čísle MT. Velmi zajímavému vystoupení prof. MUDr. Přemysla Friče, DrSc., z Interní kliniky 1. LF UK a ÚVN na téma metagenomiky a probiotik se nyní věnujeme samostatně.

Metagenomika, stručně řečeno, tak trochu připomíná špionáž. Již dnes pro gastroenterologii znamená významný posun vpřed. "Kultivací dobře známých mikrobů se získají krátké podjednotky jejich rRNA, a ty se použijí jako genetické sondy - porovnávají se s neznámou mikrobiální populací. Podobnost sekvencí rRNA znamená fylogenetickou příbuznost. Vše probíhá ve fyziologickém prostředí, k identifikaci tedy není třeba kultivace," vysvětlil prof. Frič.

Metagenomika razantně mění i dosavadní představy o rozsahu střevního mikrobiomu (SM). Počet mikrobiálních druhů (species), z nichž většina patří do dvou kmenů (phyla) - Firmicutes (65 %) a Bacteroidetes (23 %), se díky ní nově odhaduje na 15 000 až 36 000 (původní předpoklad činil 400 až 500 druhů), rodů (genera) pak asi 1 800. Do budoucna byl metagenomice vytčen nesnadný cíl - stanovit metagenom, tj. genom všech mikrobiálních druhů, a dokonale poznat mikrobiom, tj.souhrn všech mikrobů, jejich genetické výbavy i interakcí.

V navazující většinové části přednášky se pak prof. Frič věnoval jedinému tématu - gastrointestinálnímu ekosystému (GIE). Pod termínem, jejž poprvé použili McCracken a Lorenz v roce 2001, se podle slov prof. Friče ukrývá vysoce integrovaný komplex střevního mikrobiomu, slizniční bariéry (SB) a slizničního imunitního systému (SIS). Tyto nerozlučné součásti pojí těsná integrace s křehkou rovnováhou a provázejí četné interakce. Poněkud propojeny jsou již během vývoje, každá z nich se samostatně vyvíjí jen omezeně. Definice GIE zní tedy následovně: "Jde o morfologický a funkční systém dynamické rovnováhy, který zajišťuje látkovou přeměnu, výživu a regulaci slizniční a systémové imunity hostitele."

Okamžik porodu je zároveň prvopočátkem kolonizace dosud sterilního fetálního střeva mikroby. "Vývoj SM v prvním roce života má kritický význam pro vyzrávání SIS, včetně reakcí na antigeny, s nimiž se naše tělo setkává každý den, celý život," upozornil prof. Frič a nastínil mechanismy výše zmíněné interakce. "Ligandy mikrobů, jimiž jsou lipopolysacharid (LPS) či lipoteichoová kyselina, reagují s receptory epitelu střeva, T-lymfocytů, dendritických buněk. Jde o tzv. toll-like receptory a jejich koreceptory, např. CD14. Právě na těchto interakcích závisí vyzrávání SIS, tvorba přiměřené odpovědi na setkání s antigeny a vytvoření tzv. tolerogenního prostředí, dále udržovaného TGF-1beta a IL-10."

Tuto schopnost ovládá pouze malá skupina mikrobů, některé species však mají zcela mimořádný význam, neboť dokážou nevídané kousky - mimo jiné například upravit nerovnováhu mezi Th1- a Th2-lymfocyty. Metagenomika tím podle prof. Friče otevírá i jisté dilema: "Kdo tedy vlastně kontroluje vývoj SIS - je to epitel, anebo některé druhy mikrobů? Zdá se, že úlohu střevních mikrobů je nutné alespoň připustit." SM umí ovlivnit diferenciaci epitelu, mikrobiální ligandy zase účinnost SB, imunitní reakce a průběh střevního zánětu. A protože paracelulární transport umožňuje pasáž látek o vyšší molekulové hmotnosti, včetně antigenů, patřičně doceníme látku, jež dokáže měnit složení SB a tím i její propustnost.

"Stěžejní úlohu v tom má zonulin, který je součástí přirozené imunity. Vyšší koncentrace zonulinu znamená vyšší propustnost SB, tedy vyšší náchylnost k autoimunitním chorobám, jako jsou celiakie či diabetes 1. typu." SM je tedy připisována účast na vzniku masových civilizačních chorob, jejichž patogenetickými faktory dále bývají vysokotuková dieta, metabolická endotoxémie, zánětlivé prostředí a střevní hormony. Konkrétně to znamená podíl na obezitě a přidružených kardiovaskulárních chorob, inzulinové rezistenci, diabetu 2. typu nebo nealkoholické steatóze jater.

K účinné obraně dnešní gastroenterologie povolává probiotika, živé mikroorganismy převážně lidského původu, která v přiměřeném množství zlepšují odolnost a zdravotní stav hostitele. Tj.laktobacily, bifidobakterie, některé druhy E. coli či kvasinku Saccharomyces boulardii.

Změna mikrobiomu poslouží v prevenci i terapii

O spojitosti SM a obezity se dnes mluví velmi zřetelně. Profesor Frič přiblížil její konkrétní podobu: "U obézních osob je snížen celkový počet mikrobiálních species a změněn poměr obou hlavních kmenů - Firmicutes jsou zvýšeny, Bacteroidetes sníženy. Sníženy jsou i bifidobakterie. Naopak se objevují neobvyklé druhy, jako Halomonas nebo Sphingomonas. Podíl této bakteriální dysbiózy na obezitě je prostý: Firmicutes získávají energii štěpením prebiotik (jednoduché sacharidy, oligosacharidy, např. oligofruktóza, polysacharidy a různé druhy vlákniny), tj. látek neštěpitelných enzymy hostitele, a tím zvyšují metabolickou bilanci hostitele. Dojde-li k výrazné redukci glycidů či tuků, zastoupení mikrobů se upravuje.

"Metabolismus hostitele je tak směrován k produkci glukózy a krátkých mastných kyselin, které indukují syntézu triglyceridů v játrech, poruchu glukózové tolerance a další rozvoj obezity. Rovněž suprimují obezitní faktor indukovaný lačněním (fasting-induced adipose factor, FIAF), který je inhibitorem lipoproteinové lipázy. Ta zvýší aktivitu a vzroste vychytávání mastných kyselin a hromadění triglyceridů v adipocytech," upřesnil prof. Frič. A zdůraznil: "FIAF je tedy klíčovým působkem ovlivňujícím ukládání tuků vzniklých metabolickou aktivitou střevního biomu."

Střevní mikrobi však do metabolismu obézních jedinců zasahují i jinak. Například bezmikrobní myši v testech vykázaly významně nižší tělesnou hmotnost při výrazně vyšším příjmu potravy a rezistenci vůči vzniku obezity a glukózové tolerance. Co tedy před obezitou chrání? Kromě dostatečné aktivity FIAF je to AMP-aktivovaná proteinkináza stimulující oxidaci neesterifikovaných mastných kyselin. Její zvýšená koncentrace byla prokázána také u bezmikrobních myší.

Dieta s vysokým obsahem tuků mimo jiné vytváří přímo rajské podmínky mikrobům produkujícím LPS. Myším stačilo, aby si ji dopřávaly čtyři týdny, a koncentrace jejich plazmatického LPS se zvýšila dvoj- až trojnásobně, což bývá označováno jako metabolická endotoxémie. LPS v cílových orgánech využívá komplexu CD14/TLR a jeho prostřednictvím se váže na T-lymfocyty, které reagují sekrecí prozánětlivých cytokinů TNF a interferonu gama. Důsledky byly jednoznačné: zvýšení glykémie a inzulinémie, zvýšení tělesné hmotnosti, hmotnosti jater a tukové tkáně, zvýšení tkáňových adipocytů, zánětlivých markerů a jaterních triglyceridů. Změny nerozlučně provázel významný pokles druhů Bifidobacterium a Eubacterium rectale. Nutno dodat, že myši s mutací CD14 byly ke změnám vyvolaným LPS rezistentní. Jak uvedl prof. Frič, endotoxémie tedy pravděpodobně mění zánětlivé prostředí a funguje jako spouštěcí mechanismus obezity, inzulinové rezistence a diabetu.

Čím se dá endotoxémie snížit? Vzato výsledky testů na myších, osvědčují se:

* antibiotika (ampicilin a neomycin) - zlepšila i glukózovou toleranci, zánětlivé parametry a oxidační stres a snížila přírůstek tukové tkáně;

* bifidobakterie - při vysokotukové dietě snižují nejen endotoxémii, ale i zánětlivé projevy;

* prebiotika (oligofruktóza) - snižují koncentraci LPS, zánětlivých cytokinů a markerů oxidačního stresu, částečně upravují propustnost SB a zvyšují produkci "glucagon-like" peptidu 2 (GLP-2).

GLP-2 se při léčebném podání účinky podobá prebiotikům. Oligofruktóza tak jedince na vysokotukové dietě chrání před přírůstkem tělesné hmotnosti, tukové tkáně a zvýšením sérové koncentrace triglyceridů. Podobný účinek, tedy zlepšení glykoregulace, má podle slov prof. Friče také bariatrický žaludeční bypass. Již dva dny po operaci dokáže zvýšit koncentrace intestinálních hormonů (peptidu YY, GLP-1), což je způsobeno anatomickými změnami trávicí trubice (rychlejší vstup chymu do distální části tenkého střeva) a zřejmě i pooperační změnou střevního mikrobiomu.

Možnosti modifikace mikrobiomu a vliv snížení vysokého obsahu tuků v dietě na výskyt metabolických onemocnění podle prof. Friče vyžadují další studie. Jak ale sám potvrdil, již nyní je zřejmé, že nastoupená éra metagenomiky poskytne gastroenterologii neocenitelnou službu. Antibiotika potlačí nebo odstraní nežádoucí složky mikrobiomu, probiotika nahradí chybějící potřebné mikroby a prebiotika poskytnou podmínky pro jejich růst. Taková změna mikrobiomu pak bude nejen prevencí některých závažných onemocnění, ale otevře cestu i k jejich léčbě.

esr

Zdroj: Medical Tribune