Микробиомна диагностика между науката и практиката; •
PD Dr. обратно нат. Андреас Швиерц - Институт за хранителни науки, Университет в Гисен
Институт по микроекология, Херборн
Изследванията на микробиома постигнаха огромен напредък през последните години. Но как научните резултати могат да бъдат приложени на практика? Д-р В лекцията си на симпозиума по микроекология, Андреас Швиерц обобщи основните констатации от последните няколко години и показа възможности за практическо приложение за лекарите.
Основен въпрос в изследванията на микробиомите е: Как се определя нормалният микробиом? И има ли етнически или регионални различия в състава на нормален микробиом?
Разнообразие в червата при различните етнически групи
За да отговорят на въпроса, учените сравниха бактериите в дрехите на столове на фермери в Малави, Африка, с тези на местните индианци от Венецуела и американските градове. Резултатът от проучване 1: "През първите две години от живота разнообразието на бактериите е приблизително еднакво", съобщава Schwiertz. Първите разлики в разнообразието на бактериалния състав могат да се видят от около двегодишна възраст. С увеличаването на възрастта стана ясно, че сред индианците от района на Амазонка високата степен на разнообразие се запазва и до старост. На второ място бяха хората от провинция Малави, докато американците повдигнаха тила в това сравнение.
Швейцарският нож в червата
„Обичам да сравнявам резултата с швейцарски нож“, обясни Швиерц. "Докато индианците от Амазонка имат много различни ножове и триони в червата си, репертоарът на инструментите на градските американци е ограничен до един или два ножа."
Но защо е така? Защо едната популационна група има много по-разнообразна чревна флора от другата? „Всеки, който яде западна храна повече или по-малко, яде едно и също всеки ден“, отговори Андреас Швиерц на въпроса си. „За бактериите в червата няма разлика дали ядем ориз, картофи или тестени изделия.“ Западната диета пренебрегва фибрите, които са важни за бактериалното разнообразие: „Бактериалното разнообразие намалява, защото не храним бактериите с достатъчно разнообразие . "
Индианците от Амазонка пък разчитат на успеха в лова или намирането на годни за консумация растения за диетата си. "Бактериалният" швейцарски армейски нож "и следователно бактериалните метаболитни способности трябва да са много по-големи за тези хора, отколкото за американец", казва Швиерц.
Микробиом при вегани, вегетарианци и "универсални"
Но как диетата на западния цивилизован човек оформя чревния му микробиом? Schwiertz и колеги от Института по микроекология в Херборн са изследвали дали и, ако е така, как се различава съставът на чревния микробиом в зависимост от диетата. 2 Сравниха проби от изпражнения от вегани, вегетарианци и „универсални“ - биолозите ги наричат всеядни животни.
Резултатът: „Ако погледнете големите групи бактерии, не виждате никакви съществени разлики“, докладва Швиерц и по-нататък: „Ако обаче погледнете появата на различни бактерии в продължение на няколко дни, моделът изглежда много по-пъстър с веган, отколкото с всеядник. “Това би се дължи на по-разнообразната диета на веган в сравнение с всеядната, обясни Швиерц. Големите разлики в бактериалната колонизация на червата се дължат на различните диетични фибри.
Друг интересен аспект, разкрит от проучването: веганите нямат лактобацили в изпражненията си. „Феноменът е лесен за обяснение“, казва Швиерц, „тъй като веганите не консумират млечни продукти, млечнокиселите бактерии нямат хранителна основа“.
Затлъстяване поради чревни бактерии?
Schwiertz представи данни от Националния здравен институт от САЩ от 1985 до 2006 г., които показват: Хората в Северна Америка напълняват. Преди десет години всеки трети до четвърти човек в САЩ е бил със затлъстяване, което съответства на индекс на телесна маса (ИТМ) над 30. От глобална гледна точка тенденцията продължава.
От 2010 г. затлъстяването нараства и в Германия, Финландия и Великобритания. Страната с най-дебело население е Мексико. "Мексико призна проблема и беше първата държава в света, която въведе данък върху захарта", каза Швиерц. С положително салдо: "Средният ИТМ е спаднал след въвеждането на данъка."
Една от причините за въвеждането на данъка върху захарта беше: Населението с много наднормено тегло причинява големи разходи за здраве Защото затлъстяването обикновено не е без последствия. Екстремното затлъстяване често води до сърдечно-съдови, белодробни, стомашно-чревни и мускулно-скелетни проблеми. Хормоналните проблеми, бъбречната недостатъчност и психосоциалните проблеми също са често срещани при затлъстяването.
Защо хората се напълняват?
Причините за масовото затлъстяване са много. „Ако приемате повече калории, отколкото можете да използвате, напълнявате“, казва Швиерц. Други фактори като генетика, хормонален дисбаланс, лекарства, околна среда и, според последните открития, също микробиотата на засегнатото лице влияят на простия енергиен баланс.
В проучване 3 учените дават на мишки без микроби и нормално колонизирани точно същата храна в продължение на осем седмици от раждането. Само след една седмица микробно колонизираните животни са натрупали значително повече тегло от стерилните мишки. "Логичният извод беше: Бактериите трябва да участват в наддаването на тегло, защото всички останали параметри бяха непроменени", казва Швиерц.
Съотношението Firmicutes/Bacteroidetes
В следваща стъпка 4 учените изследваха бактериалната колонизация на затлъстели мишки и мишки с нормално тегло. Резултатът: Те откриха корелация между ИТМ и съотношението Firmicutes/Bacteroidetes - т.е. съотношението, при което двата големи бактериални щама се срещат в червата. „Откритието тогава често се тълкува по такъв начин, че масивното затлъстяване не се дължи на неправилно поведение, а на неблагоприятна бактериална колонизация в червата“, казва Швиерц.
Разочарованието беше още по-голямо, когато първото мета-проучване показа, че няма връзка между съотношението Firmicutes/Bacteroidetes и затлъстяването на човешко ниво. „При по-внимателно разглеждане на първоначалните проучвания върху мишки също стана ясно, че корелацията се отнася само за един определен тип мишка. Ефектът не се забелязва при други мишки ”, докладва Швиерц.
Това зависи от метаболитните продукти
Schwiertz и неговите колеги също проведоха проучване за връзката между бактериалната колонизация и затлъстяването. „Успяхме да покажем на 30 затлъстели, 30 с наднормено тегло и 30 хора с нормално тегло, че има връзка между бактериите в червата и затлъстяването. 5 Връзката между бактериите обаче няма влияние върху това. Зависи много повече от това кои вещества произвеждат бактериите “, обясни Швиерц.
Но кои сигнали и вещества играят роля при затлъстяването? Това, което хората не могат да метаболизират със собствено ензимно оборудване, бактериите в червата правят за тях. Освен всичко друго се образуват и мастни киселини. „Мастните киселини могат да осигурят на хората допълнителни 300 килокалории - това е приблизително еквивалентът на голямо шоколадово блокче на ден“, казва Швиерц. „Успяхме да покажем на тестваните, че количеството на късоверижните мастни киселини се е увеличило значително от тънките до нормалното тегло до затлъстелите.“
Диетата влияе върху метаболизма на чревните бактерии
Диетата може да повлияе кои вещества произвеждат чревните бактерии. Бактериите вече не произвеждат от фибрите обикновените късоверижни мастни киселини като оцетна киселина, а по-скоро сложните. И те имат благоприятен ефект върху телесното тегло “, обясни Швиерц. В този контекст не е от първостепенно значение кои бактерии колонизират червата, а по-скоро кои метаболитни способности имат бактериите.
Ключови видове поддържат екосистемата в червата
Въпреки това, някои ключови бактериални видове имат специално място. „Един тип ключ определя дали цялата система работи или не - подобно на трапецовидния камък в арка,“ казва Швиерц.
Арката ще се държи само с десния трапецовиден камък. Съществуват и някои ключови видове за екосистемите, които дават възможност на другите видове в системата да съществуват едновременно.
Чувствителните към лигавиците бактерии са един от ключовите видове, защото подпомагат непрекъснатото обновяване на защитния слузен слой в червата. Слой слуз, който практически не съдържа бактерии, лежи директно върху епителните клетки на червата. Това е последвано от външната слуз, която осигурява добра основа за живот на някои видове бактерии. Бактериите от външния слузен слой са частично отговорни за непокътнат вътрешен слузен слой. „Ключовите организми в тази система гарантират, от една страна, че слузта непрекъснато се разгражда и епителните клетки се стимулират да репликират слузта. От друга страна, бактериите снабдяват епителните клетки с енергия, така че те дори са в състояние да образуват слуз “, обясни Швиерц. Бактериите постигат това чрез маслената киселина, която образуват. Интактният слузен слой е важен, за да не могат патогените да проникнат в епителните клетки на червата и да предизвикат инфекция.
Нищо не работи в червата без ключови организми
Тялото се нуждае и от определени ключови организми за храносмилането. „Когато ядете нещо, далеч не всички ваши бактерии могат да го използват“, казва Швиерц. Пример за това са влакната. Бактерията Bifidobacterium adolescentis действа тук като ключов организъм. „Тъй като разграждат диетичните фибри за други микроорганизми, го правят повече или по-малко с размери на хапка“, обясни Швиерц.
Бактериите, пренасящи LPS, насърчават "пропускащи черва"
Но да се върнем към проблема със затлъстяването: „Разбира се, диетата играе важна роля“, казва Швиерц. Диета с високо съдържание на мазнини и въглехидрати насърчава затлъстяването и може да причини дисбиоза - неблагоприятна промяна в бактериалната общност. Тогава преобладават бактериите, носещи липополизахарид (LPS). Ако бактериите проникнат в кръвния поток през пропусклива чревна стена („пропускливи черва“), тялото реагира с възпаление. „Дори възпалението да е само субклинично, то оказва влияние върху метаболизма“, казва Швиерц.
Тестът на KyberMetabolic
Понастоящем Институтът по микроекология в Херборн е разработил диагностичен метод, с който бактериалният метаболизъм може да бъде оценен при пациенти с наднормено тегло или вече със затлъстяване. С новата диагностика на KyberMetabolic терапевтите получават общ преглед на основните параметри, свързани с микробиотата, които могат да доведат до метаболитен синдром или да влошат метаболитната ситуация при пациенти с явен метаболитен синдром.
„Ние записваме ключовите организми“, обясни Швиерц. Също така е важно кои късоверижни мастни киселини произвеждат бактериите. „Ако оцетната киселина се увеличи например, това увеличава апетита. Пропионовата киселина, от друга страна, прави точно обратното - води до насищане. Разработихме диагностиката KyberMetabolic от научните открития от последните няколко години. ”Диагностиката се концентрира върху параметрите, които играят роля при затлъстяването.
Едва ли има късоверижни мастни киселини при пациенти с Паркинсон
Ключовите бактерии и бактериалните сигнални молекули играят роля не само при затлъстяването, но и при Паркинсон. 6 В проучване Schwiertz и колеги сравняват пациентите на Паркинсон със собствената им възраст и млади, здрави доброволци. Той показа, че пациентите с Паркинсон имат значително по-малко фекални бактерии в пробите си от изпражненията, отколкото здрави хора.
„Това, което беше далеч по-интересно от състава на микробиома, обаче бяха метаболитните метаболити на пациентите с Паркинсон“, докладва Швиерц и продължи: „Всички мастни киселини с къса верига са значително намалени при пациентите. Трябва да знаете, че всички пациенти с Паркинсон страдат от хроничен запек. "
И точно тук се затваря кръгът, тъй като късоверижните мастни киселини са съвместно отговорни за чревната перисталтика. Измерванията на маркера за фекално възпаление калпротектин показват: Пациентите с Паркинсон имат възпалено черво. Зонулинът с „пропусклив черва“ също се повишава значително при пациентите - както и маркерите за възпаление α-1-антитрипсин и лактоферин. Лактоферинът позволява да се правят заключения относно бактериалната причина за възпалението. „Следователно пациентите с Паркинсон имат нарушена чревна бариера, в която участва и микробиотата“, заключи Швиерц и продължи: „И това също води до терапевтичен подход. Другите симптоми, типични за болестта на Паркинсон, могат също да бъдат облекчени чрез лечение на чревни възпаления и запек. "
Връзката между червата и мозъка първоначално беше изненадваща, но е добре проучена и разпозната. Учените говорят за оста на червата и мозъка. "Ако имате проблем с червата, той също ще се почувства в мозъка кратко време по-късно - и обратно", казва Швиерц. Връзката е най-известна например при състояния на голяма нервност, които често са придружени от чести посещения на тоалетната.
Ключовите бактерии и метаболитните продукти посочват пътя
Примерите илюстрират: Анализите на микробиотата позволяват нов, свързан с причините подход към различни клинични картини.
Швиерц: „Най-важното е: Кои ключови организми има и кои метаболитни продукти произвеждат бактериите? Защото в този момент вече можете да се намесите терапевтично днес. "
Функцията на чревните бактерии обяснява д-р. Керстин Ръш във вашия доклад от медицинската практика.