Bakterie w człowieku (2/2)

Człowiek to ekosystem, o którego kondycji często decydują obecne w nim drobnoustroje. Czy medycyna będzie umiała to wykorzystać? Druga i ostatnia część eseju nt. mikrobiomu

Zdaniem dra Jeremy Nicholsona, oprócz choroby nadciśnieniowej i cukrzycy typu II, mikrobiom ma także udział w szeregu schorzeń autoimmunologicznych, w których system odpornościowy zwraca się przeciwko zdrowym komórkom własnego organizmu. Bardzo wiele komórek z tego skomplikowanego systemu jest rozmieszczonych na całej długości w ściankach jelit, gdzie mają one diablo trudne zadanie: muszą rozpoznawać i odróżniać swoje mikroby od obcych, przyjazne od wrogich. Działają jak ochroniarze rozstawieni na bramkach i w drzwiach ważnej imprezy i dokonują tego poprzez sprawdzanie przepustek z molekuł – zwykle białek albo węglowodanów – na powierzchni sprawdzanej bakterii. Każdemu zdarzają się pomyłki, więc od czasu do czasu jakieś podobieństwo pomiędzy wizytówką podejrzanej bakterii, a molekularną plakietką okazywaną przez normalną komórkę ciała wywołuje fałszywy alarm i atak immunologiczny, często całej tej „firmy ochroniarskiej” czasem nawet na wszystkie inne komórki tego typu. Podobnie jak to się dzieje w przypadku innych powiązań pomiędzy chorobami a mikrobiomem nie wiemy, czy taki atak to tylko zwykła pomyłka i pech, czy może jakiś rodzaj okoliczności, w których interesy pewnych bakterii w mikrobiomie odbiegają od interesów ekosystemu jako całości.    

Choroby autoimmunologiczne wiązane przez dra Nicholsona z mikrobiomem obejmują także astmę, egzemę, stwardnienie rozsiane i cukrzycę typu I. Ta ostatnia wynika nie z odporności na insulinę, tak jak typ II, tylko z autoimmunologicznego zniszczenia tzw. wysepek Langerhansa, czyli komórek wydzielających insulinę, rozsianych w miąższu trzustki niczym mikroskopijne rodzynki w cieście. Jest ich tam u zdrowego człowieka ok. 1-2 milionów, stanowią 1% wagi trzustki i dzielą się na co najmniej cztery typy, z których każdy reguluje swą wydzieliną nieco inny aspekt metabolizmu węglowodanów w organizmie. Od łacińskiej nazwy tych wysepek (insulae pancreaticae –wysepki trzustkowe) pochodzi nazwa najbardziej znanego i najważniejszego ich hormonu – insuliny. Tu znowu mamy do czynienia z sytuacją, której szczegóły pozostają niejasne, ale w każdym przypadku tych chorób jakiś element mikrobiomu wydaje się wprowadzać w błąd naturalny system odpornościowy ze szkodą dla określonych zdrowych komórek ciała, po czym następuje ich niszczenie lub uszkadzanie.

W przypadku stwardnienia rozsianego potwierdzają to wyniki badań opublikowane w ubiegłym roku przez Kerstin Berer i jej zespół z Instytutu Immunologii i Epigenetyki we Freiburgu w Niemczech (część słynnego Instytutu Maxa Plancka). Wykazali oni, znowu na biednych myszach, że bakterie jelitowe rzeczywiście biorą udział w wyzwalaniu reakcji, która sprawia, że system odpornościowy organizmu zwraca się przeciwko niektórym komórkom nerwowym, atakuje je i odziera je z osłonki dokładnie tak, jak dzieje się to w przypadku stwardnienia rozsianego. Takie przykłady mikrobiomu, który jakby się zbiesił, każą zadać ważne i intrygujące pytanie. Jeżeli bakterie jelitowe mogą spowodować chorobę, to czy można je zmienić tak, aby dodawały zdrowia? Tak właśnie twierdził Ilia Miecznikow, rosyjski noblista z medycyny już w 1908 roku, i tak reklamują się przecież od lat producenci jogurtów.

Testy kliniczne rzeczywiście dowiodły, że probiotyki, jak określa się mieszanki kultur żywych bakterii spożywanych np. w jogurtach, zmniejszają problemy gastryczne u osób, które cierpią na nadwrażliwość jelit i u których występuje nieco odmienny skład flory bakteryjnej. Jogurty działają wtedy jak tonik. Nie wiadomo jednak, czy mają one podobnie dobroczynne działanie u innych ludzi. W zeszłorocznej pracy dra Jeffreya Gordona stwierdzano, że u zdrowych bliźniąt identycznych jogurt nie ma wpływu na mikrobiom. Kiedy jedno z bliźniąt identycznych spożywało jogurt regularnie przez wiele miesięcy, a drugie nie – po okresie doświadczalnym nie dało się u nich zauważyć żadnych różnic we florze bakteryjnej w jelitach.

Jogurty mogą przenosić z zewnątrz tylko ograniczony zestaw bakterii. Stosuje się jednak i inny zabieg, który pozwala przenosić całe bakteryjne ekosystemy i to bezpośrednio z jednych jelit do drugich za pomocą wstrzykiwania lewatywą niewielkich próbek kału. Dr Mark Mellow z Baptist Medical Centre w Oklahoma City w USA używa takiej właśnie kontrowersyjnej metody w pionierskim leczeniu ostrych infekcji jelitowych wywoływanych przez bakterie Clostridium difficile, które są często poważnym problemem wśród pacjentów różnych oddziałów szpitalnych.

A chodzi tu o bakterie szczególnie groźne. Obok  C. difficile  do rodzaju Clostridium z klasy Clostridia,typu Firmicutes należą też m.in. laseczki jadu zgorzeli gazowej, jadu kiełbasianego lub tężca. Według amerykańskiego Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom tylko w USA bakterie C. difficile  są przyczyną przynajmniej 14.000 zgonów rocznie. Powód jest taki, że wiele z ich szczepów jest już odpornych na większość antybiotyków. Wytacza się więc przeciw nim najcięższą antybiotyczną artylerię, jak np. wankomycynę i metronidazol. Są to specyfiki, które potrafią wytłuc do spodu prawie wszystkie bakterie jelitowe i nie tylko. Bywa jednak, że twarda C. difficile  (nie darmo jej nazwa oznacza „trudna”, czytaj: trudna do wytępienia) mimo wszystko przemknie się gdzieś bokiem i wtedy, na oczyszczonym polu namnaża się błyskawicznie wywierając w końcu na pacjencie śmiertelną zemstę za wszystkie zabite kuzynki.   

Dr Mellow stwierdził, że zakażając jelito tak wyjałowionego pacjenta poprzez szybkie podanie mu obcego kału, a więc posiewu normalnego zestawu flory bakteryjnej od zdrowej osoby, powoduje równie szybkie ich namnażanie i zajęcie jelit przez typowy mikrobiom, co w efekcie wypiera Clostridium i zatrzymuje groźną biegunkę. W ubiegłym roku dr Mellow zastosował tę procedurę u 77 pacjentów w pięciu szpitalach i uzyskał sensacyjny sukces wyleczenia 91% z nich już po pierwszym podaniu. U siedmiu osób, gdzie pierwszy raz nie pomogło, zaczyn bakterii obcego kału podano ponownie i wtedy sześciu kolejnych wyzdrowiało. Procedura ta musi jeszcze przejść przez formalne próby kliniczne z odpowiednią grupą kontrolną, i musi zostać zatwierdzona do klinicznego stosowania przez odpowiednie władze, ale wydaje się ona obiecującym, a przy tym łatwym i tanim rozwiązaniem całkiem poważnego problemu medycznego, zwłaszcza w świetle coraz poważniejszego kryzysu skuteczności antybiotyków (pisałem o tym w artykule pt. „Zmierzch antybiotyków” na tym blogu 27.09.2011)  

Chyba najbardziej sensacyjnym podejrzeniem, które powoli przybiera już postać twierdzenia, jest związek pomiędzy mikrobiomem, a chorobami mózgu. Od dawna wiadomo na przykład, że ludzie cierpiący na autyzm mają najczęściej także problemy z jelitami, a tym ostatnim towarzyszy nienormalny skład flory bakteryjnej w ich jelitach. Mówiąc dokładniej, ich flora obfituje w bakterie właśnie z klasy Clostridia. Może to mieć zupełnie zasadnicze znaczenie dla ich stanu zdrowia i ich głównej choroby.   

Dobrze funkcjonujący mikrobiom nie jest bynajmniej wolny od wewnętrznych konfliktów między poszczególnymi rodzajami, rodzinami, rzędami, klasami a nawet typami bakterii (wymieniłem tu pięć kolejnych szczebli systematyki biologicznej). Nawet w stabilnych i wydajnych ekosystemach zawsze panuje przecież konkurencja, głównie o pokarm. Clostridia zabijają inne bakterie, z którymi konkurują o nisze w ciele gospodarza, wydzielając fenole (ich przykładem jest kwas karbolowy, pierwszy historyczny środek antyseptyczny). Fenole są jednak toksyczne także dla komórek gospodarza, więc bakterie sprytnie neutralizują je dodając do nich siarczany. Jeśli w organizmie funkcjonuje dużo Clostridii, które wytwarzają dużo fenoli, oznacza to, że szybko zdrenują one również dostępne rezerwy jonów siarki. A siarka jest przecież potrzebna do innych zadań, w tym do prawidłowego rozwoju tkanki mózgowej. Nietypowy mikrobiom w jelitach może zużyć tyle siarki, ze cenę za to zapłaci mózg nie mogąc się normalnie rozwijać.     

Czy taka jest rzeczywiście przyczyna autyzmu, trzeba dopiero dowieść. Wiadomo jednak, że wiele osób z autyzmem ma również genetyczny defekt, który zakłóca u nich  metabolizm siarki. Przynajmniej w takim przypadku może być tak, że dodanie się do tego mikrobiomu, który w jelitach zużywa nadmierne ilości siarki przeciąga i tak napiętą już strunę i powoduje bardzo specyficzny defekt w rozwoju tkanki mózgowej.   

Mikrobiom, który stał się dużo łatwiejszy do szybkiego badania dzięki nowej technologii sekwencjonowania DNA, która pozwala odróżniać bakterie bez potrzeby ich hodowania na płytce Petriego, jest dziś jedną z najmodniejszych dziedzin badań naukowych. Zjawisko to samo w sobie niesie jednak pewne ryzyko. Może być bowiem tak, że mikrobiologia po długim okresie lekceważenia i względnego zaniedbania staje się obecnie terenem zbyt wielu oczekiwań i nadmiernych spekulacji. Niektóre z omówionych wyżej sugestii też mogą okazać się ślepym tropem. Niemniej, nie ulega wątpliwości, że mikrobiom odgrywa duża rolę w odżywianiu, reguluje prawidłowe tykanie wielu mechanizmów metabolicznych i może czasami wyrządzać gospodarzowi poważną krzywdę przynajmniej na kilka, a prawdopodobnie na wiele sposobów. Może też mieć jeszcze jedną funkcję, dotąd  raczej nieoczekiwaną: może być ogniwem łączącym ze sobą pokolenia gospodarzy.   

Mikrobiomy są bowiem także w jakimś stopniu dziedziczne, choć oczywiście nie aż w takim stopniu, jak geny pochodzące od jajeczka i plemnika. Wydaje się, że podobne mikrobiomy występują i ciągną się w tych samych rodzinach. Sporo bakterii przejmujemy od matki już w momencie narodzin. Inne dochodzą wkrótce potem z najbliższego otoczenia, które też jest przecież zazwyczaj środowiskiem rodzinnym i ma specyficzny skład mikrobiologiczny.  Jest zatem możliwe, że niektóre choroby uważane za dziedziczne, których genu lub genów nie daje się jednak zidentyfikować u ludzi, są rzeczywiście dziedziczne, z tym że przenoszone w genach bakterii, a w dodatku rozproszone w wyszukanych kombinacjach mikrobiomu.

Dowiedziec się tego na pewno byłoby czymś więcej niż tylko zaspokojeniem czysto intelektualnej ciekawości. Znane choroby genetyczne są bowiem często trudne do leczenia i właściwie zawsze niewyleczalne. Chory jest zwykle skazany na leki do końca życia. Genom ludzki jest wciąż mało dostępny dla medycznych zabiegów i chyba tak pozostanie, przynajmniej jeszcze bardzo długo. Natomiast mikrobiom to zupełnie inna sprawa. Jest on medycznie już dostępny i może podlegać medycznym manipulacjom w o wiele większy i pełniejszy sposób. Można go przycinać np. antybiotykami i powiększać np. transplantacją próbek i posiewów. Można w nim zmieniać proporcje różnych bakterii. Można go przenosić i przeszczepiać między osobami łatwiej niż inne organy. Itp., itd. Jeżeli więc mikrobiom okaże się rzeczywiście aż tak ważny dla wielu chorób jak sugerują to najnowsze badania, to przed medycyną otwiera się nowe, ogromne pole dla klinicznej praktyki, a dla pacjentów pojawia się nowy wielki wachlarz nadziei.    

Bogusław Jeznach

Dodatek muzy:

Japończyk Kitaro (gra na indiańskim flecie cedrowym) z zespołem i utwór pt. Sacred Journey of Ko-Kai/Mercury. Nagranie w Chinach 2004