Megjelenés: 2015. 10. 20.

Ismereteink a mikrobiótáról - gyökeresen átalakulhat a betegségekről alkotott orvosi szemlélet?

hirdetés

Képzeljünk el egy több milliárd mikroszkopikus élőlényből álló életközösséget, melyben egymással versengő és együttműködő fajok élnek hihetetlen változatosságban. Ami igazán érdekessé teszi az egészet; mindez testünkben található. Mikrobák élnek bőrünk felszínén, testhajlatainkban, szájüregünkben, és a bélben. A felfedezés nem új keletű azonban ennek a hihetetlenül összetett rendszernek az orvosi – egészségügyi jelentőségét csak újabban kezdjük felismerni.

Biológusok egyre növekvő csoportja tekint az emberre nem csupán a megtermékenyítés pillanatában egyesülő petesejt és hímivarsejt leszármazottjaként, hanem egy összetett rendszer részeként. Kivétel nélkül mindannyian ugyanis több trillió más élőlénnyel élünk szoros közösségben.

Becslések szerint a testünkben 10-szer annyi mikroba él, mint amennyi testi sejtjeink száma. Sőt, ezek többé – kevésbé különböznek egymástól. Testünk sejtjei kb. 23.000 gént hordoznak, melyeket mind a szüleinktől örököltünk. Ezzel szemben a bakteriális eredetű gének száma 3 millió. Kétségtelen, hogy nagyrészük ugyanazon tulajdonságok kialakításáért felelős. Nem elhanyagolható viszont azon gének száma, amik nem ebbe a kategóriába tartoznak és a rendszer genetikai összetettségét növelik.

Az ember e felfogás szerint a testében élő baktériumokkal (a mikrobiótával) együtt képez szerves egészet. Ez a kötelék az együtt fejlődés, egymáshoz igazodás (koevolúció) évezredes folyamatának eredményeként jött létre. Az együttélés kölcsönös előnyökre épül, a nyersanyagért és a védett élőhelyért cserébe a bennünk élő baktériumok fontos tápanyagokkal látnak el minket emellett egészségvédő szerepük is van, hozzájárulnak a gazdaszervezet általános jóllétéhez. A homeosztázis, az egyensúly azonban törékeny, előfordulhat, hogy valamilyen hatásra az addig hasznos vagy legalábbis ártalmatlan mikrobák ellenünk fordulnak és különféle betegségeket okoznak a szervezetben – ez idáig nem újdonság.

Ami meglepő az a szóban forgó betegségek sora. Nem az akut fertőzésekről van szó, amiket a klinikai medicina újabb és újabb gyógyszerekkel kezel (tekintsünk most el az antibiotikum-rezisztenciától) Hatékony fegyvertár áll rendelkezésünkre a baktériumok eliminálására miközben a bennünk élő fajokról és ezek szerepéről igen keveset tudunk.

Ami érdekes, és újszerű megközelítés, hogy a fejlett országok lakosait jellemző krónikus betegségek - elhízás, diabetes, szívbetegségek, asthma, SM és más neurológiai betegségek mint például az autizmus - esetében a mikrobák szerepe lényegesen nagyobb, mint eddig bárki gondolta volna.

Milyen a baktérium élete?

Az emberi baktériumflóra felfogható akár önálló szervként is. Tömege 1 kg körüli több más szervünkhöz hasonlóan. Nem "megfogható", mint bármelyik szerv, hanem az immunrendszer testszerte elszórt sejtjeihez hasonlóan fogható fel.

Jelen tudásunk szerint a baktériumoknak mintegy 100 nagy csoportja különíthető el és mindegyik többé-kevésbé eltérő anyagcserével rendelkezik. Az ember bélrendszerében ebből négy csoport képviselteti magát, ezek az Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes és Proteobacteria fajok.

Földrajzi régiónként is, a táj mindenkori képéhez hasonlóan az emberekben élő baktériumok eltérő mintázatot mutatnak. Egy Malawiban vagy Venezuelában élő kisgyermek bélrendszerében például észak-amerikai vagy európai társaikhoz képest jóval több riboflavint előállító baktérium él. Emellett az anyatejben található tápanyagok hasznosítása szintén hatékonyabb az ő esetükben. Több glikozid-hidroláz áll rendelkezésükre a glikánok szervezet számára hasznosítható cukrokká alakításához.

A fenti enzimet kódoló gének viszont nem találhatók meg a humán genomban, azt kizárólag a baktériumok képesek előállítani. A tej pedig bővelkedik ezekben a szénhidrátokban. Gyönyörűen példázza ez a koevolúció működési mechanizmusát!

A mikrobák a későbbi életszakaszokban is fontos szerepet töltenek be a táplálkozásban. Számos összetett szénhidrát lebontására és hasznosítására nem lennénk képesek, ha csak saját génállományunkra és az általuk kódolt enzimekre hagyatkozhatnánk. Egy átlagos felnőtt által felhasznált energia 10-15%-át a bakteriális lebontásból származó és felszívódó molekulák adják.

Elhízás és alultápláltság

A mikrobák tápanyaglebontásában való közreműködését átlátva, felvetődött a kérdés: lehet-e szerepük a hiánybetegségek kialakulásában vagy akár az elhízásban? Egy 2006-os amerikai tanulmányban normál testtömegű és túlsúlyos egyének bélrendszerében élő baktériumközösség összetételét vizsgálták. Utóbbiaknál a Firmicutes csoport tagjai nagyobb számban voltak jelen és kevesebb volt Bacteroidetes csoport képviselőiből, mint a sovány egyéneknél. Érdekes még, hogy akik megszabadultak a túlsúlyuktól azoknál a baktériumközösség összetétele is eltolódott a vékonyabb alkatúakra jellemző felé.

Egérkísérletek eredményei alapján nem pusztán a megváltozott környezethez történő alkalmazkodásról van szó. A zsír tárolását és energiaként történő felszabadítását szabályzó hormonok előállításának befolyásolásán keresztül mutatkozik meg a baktériumok szerepe a testtömeg alakulásában. Ez lehet a magyarázata az állattenyésztőknél régóta ismert jelenségnek: a borjak hízása gyorsabb, ha antibiotikumot kevernek a tápba.

Miután kimutatták a bélben élő baktériumok és az elhízás közti egyértelmű összefüggést, ennek ellenkezője is bebizonyosodott... Malawi gyerekek bevonásával végzett vizsgálat kimutatta, hogy a nem megfelelő összetételű mikrobióta alultápláltsághoz vezet.

A végső bizonyítékot ebben az esetben az ikervizsgálatok különös eredményei adták. A feltehetően hasonló módon táplálkozó ikerpárok felénél az egyik tag megfelelően- míg a másik alultáplált volt. A fentiek ismeretében nem meglepő, hogy az ilyen ikrek mikrobiótája igencsak különbözött egymástól. Az alultápláltak esetében a vitaminszintézis és egyes komplex szénhidrátok lebontása is gátolt. Mikor kísérleti jelleggel e mikrobákat átültették steril bélrendszerrel rendelkező laboratóriumi egerekbe, azok tápláltsági állapota a donorokéhoz hasonlóvá vált. Ezek után valószínűsíthető, hogy az alultápláltság megfelelő mennyiségi és minőségi táplálkozás mellett is előfordulhat pontosan az egyén bélrendszerében élő baktériumközösség összetétele miatt.

A bélben élő baktériumok és a táplálkozás összefüggése magától értetődőnek tűnik. A cukorbetegség, a szívbetegségek vagy a sclerosis multiplex esetében nem nyilvánvaló az összefüggés.

Kardiovaszkuláris betegségek

A szívbetegségekkel kapcsolatban egerekkel végzett és humán vizsgálati eredmények egyaránt rendelkezésre állnak. Az anyagcseretermékek és a betegségek kapcsolatának vizsgálatakor azt találták, hogy az alanyok vizeletéből kimutatható hangyasav pl. fordított arányban áll a vérnyomás értékével, amely a kardiovaszkuláris rizikójának jellemző mutatója. Mivel a hangyasav elsődleges forrásai a szervezetben a bélbaktériumok, jogos a felvetés, hogy a bélrendszerünkben élő mikrobák a vérnyomásunkra is hatással lehetnek.

Az egereken végzett vizsgálatok a kardiovaszkuláris megbetegedések kialakulásának másik lehetséges mechanizmusát mutatták. A speciálisan tenyésztett egyedeknek fokozott a hajlama az artériák rugalmatlanná válására. Ezeknél a bélflóra antibiotikumokkal történő megsemmisítése szignifikánsan csökkentette az érelmeszesedés előfordulását, bár ennek oka még nem tisztázott.

2-es típusú diabetes

Hasonlóan tisztázásra vár még a baktériumok 2-es típusú diabetes kialakulásában játszott szerepe. Kórosan elhízott egyéneknél testtömegcsökkentés céljából végzett Roux-en-Y gyomor-bypass műtét érdekes mellékhatásal jár A páciensek a túlsúly mellett szinte mindig diabetesesek. Az elhízás eredményesen kezelhető az eljárással, ami viszont meglepő, hogy a betegek 80%-ánál a beavatkozást követően néhány nappal megszűnt a diabetes is. A műtét kimutatható változást okoz a bélflóra összetételében, feltételezések szerint ez vezet az állapot javulásához.

A 2-es típusú diabetes esetén felmerül, hogy az inzulin érzékenység molekuláris folyamatának részét képezhetik a bélflóra baktériumai is.

Autoimmun betegségek

Az autoimmun betegségek terén szintén gyanítható a baktériumok közreműködése. A bélfalban az immunrendszer számos sejtje található meg. Kutatások szerint hasonló autoimmun mechanizmus állhat az 1-es típusú diabetes, az asthma, ekcéma és a sclerosis multiplex hátterében. A részletek nem tisztázottak, de feltételezhető a mikrobióta bizonyos összetevőinek szerepe. Ezek lényegében megtévesztik az immunrendszert - aminek a szervezet saját sejtjei látják a kárát.

SM esetében egy tanulmány egereken igazolta a bélbaktériumok szerepét az immunrendszer kóros működésében: a folyamat eredményeként saját védekező rendszerünk bontja le az idegsejtek megfelelő működéséhez myelinhüvelyt.

A fenti példák azonban felvetnek egy újabb kérdést. Ha bélbaktériumok megbetegíthetnek, akkor azok kiirtásával még a mai tudásunk szerint gyógyíthatatlan betegségekből is felépülhetünk? A joghurtgyártók ezt már évek óta hangoztatják. Segítsük a hasznos bélbaktériumok elszaporodását? Logikusnak tűnik, hogy a megfelelő baktériumokat bejuttatása külső forrásból az általános egészségi állapot javulásával jár

Kultúrák ütközése

Klinikai vizsgálatok eredményei valóban arra utaltak, hogy a probiotikumok enyhíthetnek az IBS tünetein. A betegek bélflóráját vizsgálva az gyakran a normálistól enyhén eltérőnek mutatkozik. Kérdéses azonban, hogy ez a jótékony hatás jelentkezik-e egészséges egyéneknél is.

2011-ben érdekes tanulmányt publikáltak e témában. Egészséges egypetéjű ikrek vizsgálatakor azt találták, hogy a joghurtfogyasztás nem volt hatással a mikrobióta összetételére. Az ikerpár egyik tagja hónapokon át rendszeresen fogyasztott joghurtot, de semmilyen változás nem volt kimutatható.

A joghurt fogyasztásával kevés baktériumfaj juttatható a szervezetbe. Létezik azonban olyan mechanizmus, amellyel egész bakteriális közösségek vihetők át egyik bélrendszerből a másikba. Ez a széklettranszplantáció ismert módszere.

Kísérleti jelleggel az Egyesült Államok néhány kórházában már alkalmazzák az eljárást pl. Clostridium difficile fertőzés kezelésére. Az USA-ban ez 14.000 ember halálát okozza évente. Ennek oka főként a C. difficile törzsek nagyfokú rezisztenciája a legtöbb antibiotikummal szemben. Ez megköveteli az olyan "nagyágyúk" bevetését, mint a vancomycin vagy a metronidazol, melyek általában kiirtják a beteg bélflórájának nagy részét. Ha ez megtörténik a C.difficile baktérium teljes eltüntetése nélkül, az további szövődményekhez vezet.

A fertőzés által érintett betegek széklettranszplantációs kezelése meglepően jó eredménnyel jár. A beültetett baktériumok rendkívül gyors szaporodásnak indulnak, betelítik a bél alsó szakaszát és "elűzik" a C. difficile-t. A cikkben idézett beavatkozást 77 betegen végezték el, 91%-os eredményességgel. A nem reagáló betegeknél a beavatkozás megismétlése az esetek döntő többségében sikert hozott. A kezelés általános gyakorlattá válásához standardizált klinikai vizsgálatok szükségesek.

Idegrendszeri ill. pszichés zavarok

Talán a legérdekesebb kérdés a mikrobióta és az idegrendszer kapcsolata. Régóta ismert, hogy pl. az autista betegek bélrendszeri problémákkal is küzdenek és ez gyakran abnormális baktériumflórával párosul. Pontosabban: bélrendszerükben nagy számban képviseltetik magukat a Clostridium fajok, ami döntő szerepet játszhat az állapot kialakulásában.

Minden ökoszisztémát versengés jellemez, még ha az stabil és produktív is, az emberi bélflóra sem mentes a "belső harcoktól". Az élőhelyért és tápanyagért folytatott versengés során a Clostridium fajok fegyverei a fenolvegyületek. Ezek a humán sejtek számára toxikusak, számos esetben kén kapcsolódik hozzájuk. A baktériumok elszaporodása következtében felhalmozódó fenolok semlegesítése ilyen értelemben a szervezet kéntartalékainak kimerüléséhez vezet. A kén jelenléte számos fiziológiai folyamatban elengedhetetlen, pl. az idegrendszer fejlődésében is. A szokatlan összetételű mikrobióta tehát súlyos árat követel, amit – többek között a központi idegrendszer "fizet meg".

Természetesen egyelőre nem bizonyított, hogy ez a mechanizmus az autizmus kiváltó oka. Ismert tény azonban, hogy sok autista kénanyagcserét érintő zavarban szenved. A bélrendszerükben elszaporodó Clostridiumok pedig úgy tűnik tovább rontják a helyzetet.

Mikrobiológiai szempontból a mikrobák tanulmányozása jelentősen egyszerűbbé vált a hagyományos tenyésztési metodikákon túl a DNS-szekvenáló technológiák megjelenésével.

Szülői örökség

Számos kórkép létezik, amely halmozódik, felbukkan adott családon belül, ezek az örökletes, genetikai eredetű betegségek. Nem mindegyikénél tisztázott egyértelműen a genetikai háttér. Szóba jöhet a poligénes öröklődés, a környezeti tényezők együttes hatása vagy esetleg nem is a humán gének a felelősek...

Szervezetünk mikrobiótáját feltehetően szüleinktől örököljük, bár nem olyan egyértelmű ez, mint a gének esetében. Számos baktérium anyai eredetű, a szüléskor kerül a bélcsatornába, vagy postnatalis időszakban a környezetből. Elképzelhető az etiológiában egyes öröklődő betegségeknél a baktériumok továbbadása is .

Az ismert genetikai eredetű betegségek kezelése gyakran nehézkes, véglegesen nem gyógyíthatóak és általában élethosszig tartó gyógyszerszedést igényelnek. A mikrobióta összetétele azonban az emberi genomtól eltérően módosítható gyógyszerekkel.

A fent említett példák csak rövid ízelítőt jelentenek a közelmúlt izgalmas tudományos eredményeiből, ha a mikrobióta oki szerepe beigazolódik egyes betegségek esetén, alapjaiban változhat meg az orvoslás gyakorlata.

Források:

economist.com

További forráscikkek

Immune Disorders and Its Correlation with Gut Microbiome

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3467411/

Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: Pathological and therapeutic implications.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23089410

Clinical review: Probiotics in critical care.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23134620

Rhinosinusitis and asthma-microbiome and new perspectives.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23128418

Gut microbiota drives metabolic disease in immunologically altered mice.