Майбутнє медицини може ховатися в наших кишках

Мікробіом людини - це сукупність крихітних організмів, які живуть у нашому тілі та на ньому. Їх усередині кожного з нас у 10 разів більше, ніж людських клітин, і вони представляють діапазон 10 000 різних мікробних видів, здебільшого «хороших бактерій», або мікробіоти.

"Давно оцінювали, що здоров'я кишечника сприяє загальному стану здоров'я", - сказав Роберт К. Аланіз, доктор філософії, доцент і директор Техаського науково-медичного центру медичного коледжу A&M. "Гіппократ, так званий батько медицини, заявив, що" всі хвороби починаються в кишечнику "."

"Я вважаю справедливим сказати, що в рамках біомедичних досліджень дослідження мікробіоти є однією з найгарячіших та найефективніших галузей сучасних досліджень", - сказав Аланіз разом із американськими та міжнародними вченими, які закликають створити основну ініціативу з вивчення мікробіому в різноманітні види крім людини. Це частково тому, що мікробіом пов’язаний із низкою складних захворювань та станів, від ожиріння та коліту до аутизму.

Наприклад, вчені показали, що якщо вони пересадять мікробіоти ожирілої особини на тварину (без будь-яких бактерій кишечника), тварина-реципієнт тоді ожиріє. "Хоча епідемія ожиріння в основному є порушенням метаболізму господаря, - сказав Аланіз. - Мікробіоти, які присутні в нашому кишечнику, є ключовим партнером у пропагуванні або профілактиці ожиріння". Подібні дослідження проводились і з колітом людини.

Хоча може здатися логічним, що крихітні істоти, які живуть у кишечнику, можуть впливати на ожиріння та коліт, важче зрозуміти, як вони також можуть бути причетні до аутизму, астми чи інших захворювань поза кишечником. За словами Аланіза, це, ймовірно, пов'язано з хімічними речовинами, які виробляють бактерії. Виявлено, що одна з цих хімічних речовин може циркулювати в мозку та впливати на поведінку. "Зв'язок між кишечником і мозку стає все більш вдячним, водночас механізми того, як ці зв'язки можуть бути встановлені, стають все більш і більш відомими", - сказав Аланіз. «На одному рівні це досить фантастично, тому що ми можемо дивуватися, як відбирали мікроби для отримання цих біохімічних речовин, і як люди еволюціонували, щоб розпізнавати ці мікробні сигнали? Але коли ви зробите ще один крок назад, це має певний сенс, адже ці мікроби спільно еволюціонували разом з нами в наших кишках протягом сотень тисячоліть ».

Загалом, кишечник - це область тіла, найбільш відома тим, що містить мікробіом, проте майже кожна ділянка тіла - особливо ті, що взаємодіють із зовнішнім середовищем, таким як шкіра, носові ходи та легені - має свій власний набір мікробів. Однак визначення механізмів, що опосередковують сприятливий (або згубний) вплив мікробіоти на кожній ділянці тіла, є надзвичайно складною задачею і дуже великим "чорним ящиком". "Досі незрозуміло при кожній хворобі, які саме хороші мікроби, а які погані, і що вони роблять", - сказав Аланіз. "Ми вважаємо, що наші дослідження заповнюють цю чорну скриньку, визначаючи конкретні хімічні речовини, які виробляють мікробіоти, які мікроби їх виробляють, і те, як ці мікробні біохімікати регулюють нашу фізіологічну та імунну системи для зміцнення нашого здоров'я".

"Щоб уникнути досліджень мікробіоти в галузі здоров'я та хвороб, це означає уникати майбутнього біомедицини".

Аланіз та його дослідницька група разом із його співробітником, доктором наук Арулом Джаяраманом, професором хімічної інженерії в Техаському університеті А&M, зосереджуються на тому, як певні продукти, вироблені лише мікробіотою, впливають на функцію Т-клітин, які є ключові регуляторні та захисні клітини імунної системи. Тим самим Аланіз та Джаяраман отримали грант у розмірі 2 мільйони доларів на вивчення того, як адаптувати функції цих Т-клітин для лікування або профілактики запальних захворювань, таких як коліт, артрит та псоріаз.

"Мікроби в нашому кишечнику та в інших частинах нашого тіла є надзвичайно важливими партнерами в загальному стані здоров'я, але якщо ми можемо розкрити ключові симбіотичні механізми, які вони використовують, це відкриває всесвіт потенціалу відкриттів", - сказав Аланіз. "Наша мета - перетворити наші відкриття на нове покоління терапевтичних засобів, які можуть лікувати різноманітні захворювання, на які має свій вплив мікробіота".

Це трудомісткий, багатогранний процес. Спочатку дослідники використовують комп’ютерні алгоритми, щоб передбачити, які молекули можуть бути утворені мікробіотою, а потім вони використовують мас-спектрометр, щоб побачити, які молекули насправді присутні. Потім вони вивчають, чи має достаток цієї хімічної речовини тенденцію до збільшення чи зменшення під час певного захворювання. "Тоді ми можемо протестувати ці хімічні речовини безпосередньо на клітинах in vitro і визначити, як вони функціонують", - сказав Аланіз. "Коли ми розглядаємо клітини на молекулярному рівні, ми отримуємо дуже хорошу картину того, як мікробіота механічно функціонує для регулювання нашого власного імунітету господаря". Якщо ці дослідження показали, що розглянута хімічна речовина є перспективною як терапевтичний засіб, вони готові перевірити їх на тваринній моделі захворювання.

Ця трудомістка і складна, як вона є, ця робота вже демонструє великий успіх при багатьох захворюваннях. Під час постійного дослідження Аланіз та його команда змогли використовувати хімічну речовину, виготовлену мікробіотою, для лікування діабету, а також провідний протидіабетичний препарат. «Діагностуючи когось із конкретним захворюванням, яке має міцний зв’язок з мікробіомом, - сказав Аланіз, - я думаю, що наші дослідження та робота інших людей дозволять клінічній медицині врешті-решт використовувати здоров’я мікробіоти як діагностичний фактор та/або, можливо, терапевтичне втручання, самостійно або в поєднанні з існуючою лікарською терапією ".

Для сприяння побудові спеціалізованої інфраструктури для досліджень мікробіоти в Texas A&M Аланіз і Джаяраман отримали два гранти на створення Центру інтегрованих досліджень мікробіоти (CIMR) та Інтегрованого ядра аналізу метаболоміки. У CIMR, яким керує Аланіз, вони зможуть вирощувати безмікробні моделі тварин, що є "дуже потужною системою", сказав Аланіз. "Ми дуже раді ініціювати це". Раніше їм довелося розраховувати на інші установи в тому, що їм потрібно, і оскільки в країні існує лише близько 30 таких закладів (і до Техаського А&M лише один у Техасі) з такою можливістю, тому ресурси не завжди було легко знайти . "Ми прогнозуємо, що більше дослідників Техасу з питань М & М будуть проводити дослідження мікробіоти, - сказав Аланіз, - і ми зможемо найняти нових слідчих, які вже вивчають мікробіоти, для того, щоб вони приїхали до наукового центру охорони здоров'я - що допоможе" А & М "стати важливим гравцем у це новаторське поле ".

Тим часом є кілька речей, які люди можуть зробити, щоб допомогти здоров’ю своєї мікробіоти. "Харчуючись добре, їсти овочі, їсти брокколі - на механістичному рівні ми починаємо розуміти, чому це корисно". Наприклад, у випадку з брокколі в брокколі є специфічні хімічні речовини, які мікробіота здатна метаболізувати до другої, іншої хімічної речовини, яка сприяє нашому здоров’ю. Дієти з високим вмістом клітковини корисні також тим, що мікробіота унікальним чином метаболізує клітковину, а вироблені хімічні речовини здатні регулювати нашу імунну систему.

Що стосується широко розрекламованих пробіотичних добавок? Аланіз - оптиміст, але обережний. «Я думаю, що пробіотики будуть корисними, - сказав він, - але мене турбує те, що на ринку може бути не ті пробіотики, які були перевірені науково, і я передбачаю, що після закінчення клінічних випробувань ми отримаємо багато краще уявити, які з них нам допомагають ".

Проте однозначно одне: мікробіом має великі перспективи для майбутнього науки та медицини. "Щоб уникнути досліджень мікробіоти в галузі здоров'я та хвороб, це означає уникнути майбутнього біомедицини", - сказав Аланіз.