Homo microbiensis, czyli o tym, co w nas siedzi

Pałeczki salmonelli, atakujące ludzkie komórki – niekoniecznie część naszego mikrobiomu. /źródło: wiki (domena publ.; NIH)

Na każdą komórkę naszego ciała przypada 10 komórek żyjących wewnątrz nas bakterii. Uwzględniając zaś to, że znamy zaledwie kilka tysięcy gatunków bakterii, a szacuje się, że może ich być kilkadziesiąt, a nawet kilkaset milionów, duża szansa jest na to, że większość gatunków bakterii występujących w naszych organizmach – na przykład w układzie pokarmowym, czy na skórze – jest nauce kompletnie nieznana. Co więcej, flora bakteryjna różni się pomiędzy ludźmi w takim stopniu, jak nasze odciski palców. Nie ma dwóch osób na naszaj planecie, których nie można by odróżnić po ich… odchodach. A raczej zawartości bakteryjnej tychże. Biorąc to wszystko pod uwagę należy powiedzieć, że zajęło nauce trochę czasu, żeby temat nadgonić. Stał się on jednak jednym z tematów tego roku i na liście magazynu Science uplasował się w pierwszej 10.

W ciągu ostatniej dekady coraz więcej uwagi przykuwała nasza flora bakteryjna i coraz więcej badań było jej poświęcanych. Obraz, który się z nich wyłonił, daleki był jednak od prostoty. I nic dziwnego. Jak już powiedziałem, znamy zaledwie maleńką frakcję wszystkich bakteryjnych gatunków występujących na Ziemi. Byłoby więc raczej zaskoczeniem, gdyby się okazało, że tak przyjazne środowisko, jakim są ciała organizmów wyższych, nie zostało skolonizowane przez rzesze mikroorganizmów. Dodatkowo okazuje się, że skład mikrobiomu różni się od osoby do osoby – także pomiędzy osobami tak genetycznie podobnymi, jak jednojajowe bliźnięta.

W tym roku jednak dokonano jednego dosyć przełomowego odkrycia – w pracy opublikowanej w maju w Nature grupa badaczy z wieloinstytutowej europejskiej inicjatywy ogłosiła, że flora bakteryjna ludzi dzieli się na trzy tzw. enterotypy. Co prawda badania oparto na próbkach pochodzących od zaledwie 22 osób, jednak enterotypy rozpoznano także wynikach innych opublikowanych badań, które stosowały znacznie liczniejsze próby. Enterotyp to jelitowy odpowiednik grupy krwi: każdy z nas posiada któryś z trzech zidentyfikowanych charakterystycznych enterotypów. Naukowcy nazwali je od gatunków bakterii występujących w nich najliczniej: Bacteroides, Prevotella oraz Ruminococcus. Na przynależność (czy też raczej posiadanie) do określonego enterotypu nie ma wpływu płeć, ani wiek. Enterotypy różnią się nie tylko składem mikrobiologicznym, ale także funkcjami – okazuje się, że pewne enzymy są nadreprezentowane w poszczególnych typach. Bacteroides specjalizują się w syntezie biotyny, Prevotella w syntezie tiaminy, zaś Ruminococcus w syntezie hemów. Tyle wieści przyniosła nam ta publikacja. Identyfikacja enterotypów czeka obecnie na potwierdzenie przez niezależną grupę.

W międzyczasie jednak na prasy drukarskie trafiło kilka prac, w których badano wpływ diety na florę bakteryjną jelit – wyniki których interpretowano już w kontekście nowozdefiniowanych enterotypów. Część z nich dotyczyła związku flory bakteryjnej z występowaniem i postępem różnych chorób układu pokarmowego. Inne skupiały się na aspektach żywieniowych: we wrześniu grupa badaczy amerykańskich opublikowała w piśmie Science pracę, w której pokazali, że enterotyp związany jest z długoterminową dietą osobnika. I tak na przykład enterotyp Bacteroides jest charakterystyczny dla ludzi na diecie mięsnej, zaś Prevotella jest typowy dla wegetarian. Krótkotrwałe zmiany w diecie nie wpływały jednak na enterotyp sugerując, że jest on bardzo stabilny. Chociaż jest to dopiero początek długiej drogi do zrozumienia, jak nasz mikrobiom współdziała z naszym organizmem, już teraz można podejrzewać, jak to zrozumienie może pomóc w najbardziej nawet błahych przypadkach, na przykład u chorych cierpiących na kiepsko zdefiniowany syndrom jelita drażliwego – być może świadomość tego, jaki jest enterotyp pacjenta pozwoli na dobranie diety skutecznie niwelującej nieprzyjemne skutki tego dokuczliwego schorzenia.

Prace trwają, a postęp nad badaniami mikrobiomu możemy zaobserwować – podobnie jak w przypadku genomu czy proteomu – sprawdzając, ile publikowanych prac odwołuje się do tego pojęcia. Na początku stulecia było to zaledwie 2-3 prace rocznie, ale od 2008 roku liczba prac wzrasta regularnie: w 2008 było ich 73, rok później 111, potem 177, a w minionym roku już 293. Rok 2012 ledwo się zaczął, a w pre-publikacjach online pojawiło się już blisko 30 prac dotyczących w ten czy inny sposób mikrobiomu. Odkryliśmy nowy mikrokosmos i prędko tego tematu z rąk nie wypuścimy.

Arumugam, M., Raes, J., Pelletier, E., Le Paslier, D., Yamada, T., Mende, D., Fernandes, G., Tap, J., Bruls, T., Batto, J., Bertalan, M., Borruel, N., Casellas, F., Fernandez, L., Gautier, L., Hansen, T., Hattori, M., Hayashi, T., Kleerebezem, M., Kurokawa, K., Leclerc, M., Levenez, F., Manichanh, C., Nielsen, H., Nielsen, T., Pons, N., Poulain, J., Qin, J., Sicheritz-Ponten, T., Tims, S., Torrents, D., Ugarte, E., Zoetendal, E., Wang, J., Guarner, F., Pedersen, O., de Vos, W., Brunak, S., Doré, J., Antolín, M., Artiguenave, F., Blottiere, H., Almeida, M., Brechot, C., Cara, C., Chervaux, C., Cultrone, A., Delorme, C., Denariaz, G., Dervyn, R., Foerstner, K., Friss, C., van de Guchte, M., Guedon, E., Haimet, F., Huber, W., van Hylckama-Vlieg, J., Jamet, A., Juste, C., Kaci, G., Knol, J., Lakhdari, O., Layec, S., Le Roux, K., Maguin, E., Mérieux, A., Melo Minardi, R., M’rini, C., Muller, J., Oozeer, R., Parkhill, J., Renault, P., Rescigno, M., Sanchez, N., Sunagawa, S., Torrejon, A., Turner, K., Vandemeulebrouck, G., Varela, E., Winogradsky, Y., Zeller, G., Weissenbach, J., Ehrlich, S., & Bork, P. (2011). Enterotypes of the human gut microbiome Nature, 473 (7346), 174-180 DOI: 10.1038/nature09944

Gophna, U. (2011). The Guts of Dietary Habits Science, 334 (6052), 45-46 DOI: 10.1126/science.1213799

Wu, G., Chen, J., Hoffmann, C., Bittinger, K., Chen, Y., Keilbaugh, S., Bewtra, M., Knights, D., Walters, W., Knight, R., Sinha, R., Gilroy, E., Gupta, K., Baldassano, R., Nessel, L., Li, H., Bushman, F., & Lewis, J. (2011). Linking Long-Term Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes Science, 334 (6052), 105-108 DOI: 10.1126/science.1208344