RAPORT

Tusk kontra Tusk

Mikrobiom z probówki

Probówki (fot. Shutterstock/Alex_Traksel)
Probówki (fot. Shutterstock/Alex_Traksel)

Małe jest nie tylko piękne, ale i bardzo potrzebne. Nie ma bowiem życia bez bakterii. Dzięki nim „oddychamy, poruszamy się i jesteśmy” – i to dosłownie. Jak bardzo są niezbędne, dowie się każdy, kto je stracił. Dysbioza – ich całkowity lub poważny brak – to stan ciężkiej choroby, wymagający leczenia. Ale by leczyć, trzeba mieć czym. Trzeba odbudować mikrobiom z elementów, a następnie przeszczepić go człowiekowi niczym serce czy nerkę.

Regeneracja mózgu

Mózg jest organem tajemniczym i jego poznawanie nigdy się nie skończy. Rozwój i regeneracja mózgu są u jądra tej tajemnicy. Aby zrozumieć...

zobacz więcej

Emilia Krakowska zapytana kiedyś o najtrudniejszą scenę w swojej roli Jagny Borynowej w ekranizacji „Chłopów” Reymonta powiedziała, że wszystko było do zrobienia oprócz wywiezienia na gnoju, na które się nie zgodziła. Nie ze względu na wóz, ale na gnój.


Specjaliści bodajże z SGGW na prośbę Jana Rybkowskiego, który film reżyserował, zrobili coś, co wyglądało jak gnój, a nawet śmierdziało jak gnój, lecz w swej istocie nie było gnojem, czyli nie przeszło przez przewód pokarmowy żadnego mieszkańca obory czy chlewu. Jak pamiętamy zatem, na końcu filmu, Jagnę na gnoju jednak wywożą.

 

Ta zabawna anegdota filmowa przypomniała mi się, gdy przeczytałam w niedawnym numerze wyjątkowo prestiżowego magazynu naukowego „Cell” o stworzeniu z elementów podstawowych modelu ludzkiego mikrobiomu. Czyli nie bierzemy odchody, liofilizujemy je i mamy – dosłownie – mikrobiom w pigułce. Mamy natomiast w rękach coś, co wygląda jak ów naturalny mikrobiom, śmierdzi jak on, robi to, co on, ale… nigdy nie przeszło przez jelita żadnego człowieka. O tym nietrywialnym osiągnięciu donoszą mikrobiolodzy i bioinżynierowie z Uniwersytetu Stanforda pod kierunkiem Michaela Fischbacha.

 

Czytaj także: Komórki Parkinsona z laboratorium

 

Czy potrafimy sobie wyobrazić odtworzenie w laboratorium bardzo skomplikowanego żywego systemu z podstawowych elementów? Zwłaszcza systemu tak skomplikowanego jak mikrobiom, gdzie – w przypadku człowieka tysiące gatunków bakterii, protistów i grzybów razem i w porozumieniu tworzą „mega organizm” liczący 10 razy więcej komórek, niż ma ich nasze własne ciało.


Aby się udało, jak przyznają badacze, należało zastosować tzw. procesy iteracyjne. To w istocie metoda prób i błędów, testowanie nowych pomysłów rozwiązań „po drodze”, aby zbliżyć się do osiągnięcia końcowego celu projektu. To ciągłe udoskonalanie.

Inteligentna ośmiornica i jej tajemniczy mózg

Odkręca słoiczek, o ile umieścimy tam przysmak? To na pewno trzylatek lub... ośmiornica. Trzeba mieć „łeb jak sklep” lub dokładniej – wyjątkowy...

zobacz więcej

Co zatem się udało uczonym ze Stanfordu? Osiągnęli syntetyczny model mikrobiomu, zbudowany całkowicie od podstaw, a obejmujący ponad 100 różnych ich gatunków. Z bakterii wyizolowanych i opisanych wcześniej, wyjętych każda z osobna z zamrażarki.

 

Gdy mamy w rękach spójny, ściśle zdefiniowany, powtarzalnie uzyskiwalny model, droga do przyszłych eksperymentów stoi otworem. Eksperymentów, gdzie wyniki z różnych laboratoriów daje się realnie porównywać. A to potrzebne, bo mikrobiomowi tyle rozmaitych czynników szkodzi (np. antybiotyki) i tyle go wspiera (np. błonnik), że warto, a nawet trzeba badać, skoro od tego zależy nasze życie i zdrowie. Choć odkrywcy roli mikrobiomu jeszcze nie doczekali się Nagrody Nobla są mocnymi kandydatami od pięciu lat, zobaczymy, co nam przyniesie 3 października w tym roku).

 

Mikrobiom odgrywa potężną rolę we wszystkich aspektach naszego zdrowia. Bakterie jelitowe nie tylko wspierają nas w procesie trawienia tego, czego sami nie potrafimy, czy produkują dla nas niektóre witaminy, ale też bronią nas przed mikrointruzami i zapewniają homeostazę jelit, a zatem całego organizmu. Wpływają też na produkcję neuroprzekaźników, a zatem nasz nastrój i samopoczucie, a podobno nawet wybór partnera życiowego. Nasz układ odporności uczy się na nich, kto przyjaciel, a kto wróg, zaś od ich wpływu na metabolizm leków przyjmowanych doustnie, może zależeć ich skuteczność w naszym organizmie.

Skoro my jesteśmy rozmaici i każdy jest indywidualny – nawet bliźnięta jednojajowe troszeczkę różnią się genetycznie – to i owe mikrobiomy są zindywidualizowane. Bakterie zasiedlają nas już w trakcie porodu i wszystko, co się z nami dzieje – każda dawka pokarmu i jego rodzaj, każda, nawet bardzo krótka choroba, każda antybiotykoterapia, każda hospitalizacja, każdy stres – wyprowadza z równowagi nie tylko nasze komórki, ale i nasz mikrobiom. Sztuką jest, by umiał po tym zakłóceniu do równowagi powrócić, a to nie zawsze jest łatwe czy nawet możliwe. System ten jest zatem niezmiernie skomplikowany i uproszczenie go do dającego się uzyskać w laboratorium modelu to wielki postęp naukowy.

Zobaczyć komórkę w nowym świetle

Kiedy w latach 1838-39 uczeni formułowali przekonanie, że organizmy żywe zbudowane są z komórek i to komórka jest jedyną formą, w której życie...

zobacz więcej

Faktem jest, że bez tego modelu opracowywanie antybiotyków czy probiotyków było… mało naukowe. I dlatego zwłaszcza skuteczność tych ostatnich bywa niewielka. A ich wprowadzenie do aptek najczęściej odbywa się drogą akceptacji dla suplementów diety, a nie leków – po prostu ciężko jest przeprowadzić nad nimi stosowne, niezbędne badania.

 

Odkrycia ze Stanfordu, zwieńczenie przez uczonych sukcesem ponad pięciu lat projektu badawczego, pozwalają także z większym optymizmem patrzeć na leczenie dysbiozy: stanu, w którym w wyniku chorób podstawowych, jak alergie, nowotwory czy stany zapalne i zakażenia wymagające długotrwałej antybiotykoterapii nasz mikrobiom ulega niemal zanikowi. A wraz z nim wszelkie związane z nim niezbędne nam procesy.


Wprawdzie już dziś da się przeszczepiać mikrobiom, ale… I tu wracamy do Emilii Krakowskiej, która nie chciała leżeć na gnoju. Co do swej istoty są one po prostu koprofagią. A co, gdyby udało się zrobić dla pacjenta jak najlepszy dla niego mikrobiom w probówce?

 

To wcale nietrywialne. Nie wystarczy bowiem nahodować różnych bakterii w kolbach, wymieszać je ze sobą, odsączyć pożywkę, wypłukać i zrobić z tego po wysuszeniu łatwe do spożycia kapsułki. Skoro one uczą się w nas po kolei żyć ze sobą latami i pojawiają się nie wszystkie na raz, ale w pewnej kolejności, to trzeba ten ewolucyjny proces w laboratorium odtworzyć. Rewolucja ewolucji nie zastąpi, na co historia daje nam zbyt wiele bolesnych przykładów.

 

Zobacz także: Gigantyczna bakteria – gigantyczne zaskoczenie

 

Aby badać interakcje wewnątrz mikrobiomu, jego interakcje z naszymi komórkami, jego biochemię, mechanizmy zapewniające mu równowagę działania w czasie, model ze Stanfordu jest niezbędny. A przecież może być dalej udoskonalany.


Oczywiście zrobić z tysięcy gatunków 104 „konieczne” to redukcja. I jak każde takie działanie, niesie ograniczenia. Nauka jednak od lat posługuje się redukcją i idealizacją, systemy naturalne są bowiem na ogół zbyt skomplikowane, obserwowane w nich procesy zbyt złożone, by umysł ludzki poradził sobie z ich całościowym ogarnianiem i analizą.

Zbadać ewolucję w probówce, czyli duży może więcej

Ewolucja życia na Ziemi nie jest dla nas w całości jasna. Wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi z tej prostej przyczyny: wszelkie dowody jej...

zobacz więcej

Oczywiście również do rozwoju modelu mikrobiomu ludzkiego trzeba było zastosować myszy laboratoryjne. Takie, które przyszły na świat i były hodowane w warunkach sterylnych tak, że nie miały własnego mikrobiomu.


Takie myszy są na ogół chore zarówno pod względem fizycznym, jak i behawioralnym. A jednak stanfordzki model ludzkiego mikrobiomu nie tylko się u nich przyjął, ale też – jak by to ująć najprościej – zaczął żyć własnym życiem. Bakterie mutowały, dostosowywały się do nowych warunków i zmieniały się ich wzajemne stosunki liczbowe. Adaptował się i rozwijał w czasie, czyli zachowywał normalnie.

 

Myszom podano następnie klasyczny przeszczep ludzkiego mikrobiomu, czyli kapsułkę kałową. Miało to zapełnić wszelkie braki, które nadal wystąpiły. Oczywiście sytuacja była trudna bardziej dla bakterii „z inkubatora” niż zaprawionych w bojach o jelitowe terytoria bakterii kałowych, zabranych wprost z pola bitwy i żyjących w konkretnych jelitach przez lata.

 

Jednak desant ten nie zdestabilizował laboratoryjnej społeczności bakteryjnej. Dołączyło do niej jedynie ok. 20 nowych gatunków, a tylko kilka z gatunków laboratoryjnych zniknęła. Uzyskany w ten sposób modelowy mikrobiom skutecznie zapobiegał objawom dysbiozy u myszy! Oczywiście myszy nie są jak ludzie, co widać na pierwszy rzut oka, ale jako model zwierzęcy do takich badań nad ustanowieniem modelu mikrobiomu ludzkiego nadają się świetnie.

 

Twoje INFO - kontakt z TVP INFO


Oznacza to też, że powoli zbliża się nowy etap – probiotyki będą pasée, a osobom z dysbiozą będzie się podawać przeszczep mikrobiomu, który będzie wyglądał i pachniał jak wiadomo co, a jednak tym wcale nie będzie. Będzie pochodził z laboratorium i miał zdefiniowany, kontrolowany skład.


Uczeni ze Stanfordu pragną przybliżyć ten moment, a także nie pozostać bez profitów ze swego odkrycia, zatem powołali do życia Inicjatywę Terapii Mikrobiomowych. Coś mi mówi, że ten start-up nie będzie miał problemu ze znalezieniem inwestorów.

Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne Aplikacja mobilna TVP INFO na urządzenia mobilne
źródło:
Zobacz więcej