Od mikrobiologie k imunologii

Publikace Ekologie mikroorganismů s podnázvem Ilustrovaný lexikon biologie, ekologie a patogenity mikroorganismů od V. Klabana, a druhé, přepracované a doplněné vydání Ilustrovaného slovníku imunologie a alergologie autorů M. Ferenčíka, J. Rovenského, V. Maťhy a J. Utěšeného jsou encyklopedická díla, která shrnují náplň těchto vědních oborů výkladem stěžejních odborných termínů. V českém mikrobiologickém a imunologickém odborném písemnictví zaujímají ojedinělé místo: na jedné straně vymezují a definují jednotlivé termíny, což má význam pro přesnost odborného jazyka, na straně druhé určují jejich možnosti použití i v dalších biomedicínských oborech, což ujasňuje a usnadňuje mezioborovou komunikaci.

Propojenost mikrobiologie a imunologie se dnes už může jevit jako velmi odtažitá, pro méně informovaného čtenáře to mohou být obory zcela nepříbuzné. Zdálo by se, že mikrobiolog uvažuje ve velmi širokém spektru, od virů a prokaryontních bakterií přes eukaryontní mikrobiota, jako jsou houby a protozoa, až k mnohobuněčným parazitům, kdežto klasický imunolog si jejich existenci připouští, až když se projeví jako patogeny a vyvolají imunitní buněčnou nebo protilátkovou odpověď. Uvažuje v intencích molekul z nadrodiny imunoglobulinů, molekul histokompatibilitních lokusů, různých cytokinů, receptorů a podobně.

Zamysleme se však nad řadou souvislostí spojujících oba vědní obory. K tomu je třeba ohlédnout se trochu do historie jejich vzniku. Zastavme se nejprve u vědy mikrobiologické, protože na jejích základech a z jejích objevů se zrodila imunologie.

Mikrobiologie je ve srovnání s jinými přírodovědnými i nakonec medicínskými obory relativně mladá disciplína. Přesto výrazně přispěla celému lidstvu v boji proti nemocem, ale zvýšením výnosů v zemědělství také k nesrovnatelnému zlepšení výživy, a v neposlední řadě, což si laik málokdy uvědomí, i k rozvoji a nebývalému pokroku mnoha průmyslových technologií.

Pokud jde o původce chorob, jejich existence jako „malinkých neviditelných zvířátek“ byla předpokládána už od antických dob. Poprvé je však spatřil až Anthony van Leeuwenhoek v letech 1674 (prvoky) a 1676 (bakterie) a v roce 1683 vydal jejich první popis. Až o sto let později (1786) zavedl F. Müller názvy „bacillus“, „spirilum“ a „vibrio“, dodnes používané. O deset let později, aniž je cokoliv známo o základních mechanismech imunity, rozpoznávání antigenu, jeho zpracování a humorální a celulární imunitní odpovědi, očkuje E. Jenner úspěšně proti tehdejší metle lidstva, černým neštovicím. Avšak pojem infekce byl znám daleko dříve. Poprvé se o něm zmiňuje Girolamo Fracastoro ve svém spise De contagione vydaném v r. 1546: „…infekce sama je složena z drobných neviditelných částic a je jimi způsobena.“ Musí však uběhnout ještě tři sta let, než se spojitost infekce a jejích původců skutečně prokáže.

Pravděpodobně prvním patogenním mikrobem pozorovaným v mikroskopu byl Bacillus anthracis. C. J. Davaine, mimo jiné osobní lékař Napoleona III., tyto relativně velké bakterie pozoroval v krvi ovcí uhynulých na antrax, sněť slezinnou, a nazval je „infusoria“. Bude však trvat ještě několik desetiletí, než Louis Pasteur a Robert Koch dokáží, že mikrobi jsou příčinou nemocí člověka a zvířat, a Ilja Mečnikov objeví speciální buňky, které jsou schopné pohlcovat a likvidovat a které dnes každý student zná jako makrofágy.

Posléze přicházejí další objevitelé, kteří přímo identifikují řadu mikrobiálních druhů jako původce chorob a jejich práce a objevy, které začaly Pasteurem, Kochem a Mečnikovem, dávají základ zcela nové vědě, imunologii. Budeme-li počítat čas od roku 1910, kdy se termín „imunologie“ poprvé objevuje v Index Medicus, pak ji lze formálně pokládat za relativně velice mladou vědu. V této souvislosti je třeba si uvědomit, že dnešní imunologická terminologie se vyvinula z názvů, které odrážejí dřívější postavení imunologie, zpočátku vnímané pouze jako sérologie, jako pomocná disciplína toho odvětví mikrobiologie, jež se zabývalo protilátkovou odpovědí organismu vůči původcům nakažlivých chorob. Z tohoto tradičního pohledu na imunologii také vyplývá, že většina lidí je dodnes přesvědčena, že imunitu máme proto, abychom se bránili proti vyvolavatelům infekcí.

Avšak v šedesátých a sedmdesátých letech 20. století došlo v imunologii k řadě významných objevů. Proto bývá toto období označováno jako zlatý věk imunologie. Imunologie se jako věda nejenže osamostatnila, ale také se rozvinula do rozsáhlé vědní disciplíny zasahující do dalších biomedicínských oborů. Postupně se začínalo rýsovat, že imunita má daleko širší význam: sice nás chrání proti patogenním mikrobům infekcí, ale její hlavní úlohou je rozpoznávat „cizí“ a „vlastní“. Znamená to bezprostředně eliminovat dokonce i buňky vlastního organismu, u nichž se vyskytly při jejich dělení genetické omyly, které jsou označovány jako s životem neslučitelné mutace a které by mohly vést k fatálním onemocněním a smrti (nádory). Tuhle práci vykonává imunita při obnově tkání nejen v období embryonálního vývoje a dalšího růstu organismu, ale i v dospělosti a hlavně ve stáří.

Vraťme se však zpět k mikrobiologii. Zcela nový přístup v pohledu na mikrobiologii, nikoliv již jen jako na vědu popisující aktivity mikrobiálních species, ať už jako patogenů, anebo jako složku biosféry, se objevil rovněž ve vědecky plodných sedmdesátých letech minulého století. Je to pohled ekologický. Právě vydaná Ekologie mikroorganismů zahrnuje také první český výklad pojmů, které používá rychle se rozvíjející vědní obor – mikrobiální ekologie.

Musíme si uvědomit, že bakterie a viry byly po dobu téměř tří miliard let jedinými obyvateli naší planety a dodnes představují převažující složku veškeré biomasy. Osídlují prakticky všechny možné niky, od nitra hornin a antarktického ledu či hloubek oceánů až po nejvyšší vrstvy ovzduší. Žijí v půdě i v horkých pramenech a pronikly dokonce do nitra eumetazoálních makroorganismů, hub, rostlin i živočichů, a kupodivu také do jiných mikroorganismů. Katalyzují unikátní transformace v biogeochemických cyklech, produkují důležité složky v půdě, vodách i v ovzduší. Počet buněk prokaryotických organismů je odhadován na 4 až 6 · 10³⁰ a celkové množství uhlíku, který obsahují, na 350 až 550 Pg (1 Pg = 10¹⁵ g), což představuje téměř dvojnásobek množství obsaženého ve všech živých makroorganismech.

Ekologický přístup v mikrobiologii však upozorňuje ještě na další důležitou okolnost, kterou si často vůbec neuvědomujeme. Mikrobiota, žijící na našich tělech i uvnitř, na kůži, v dýchacích cestách, v gastrointestinálním a urogenitálním traktu zahrnuje tisíce druhů komenzálních mikrobů, z nichž mnohé nejsme schopni ani taxonomicky zařadit, ani kultivovat, je neodělitelnou součástí našich těl, a to od fylogenetické minulosti dodnes, a zůstane to tak i do budoucna. V kontextu mikrobiologie a imunologie to pak vyvolává otázky, jak tito mikrobi formují lokální imunitu v plicích, střevě či kůži, a tudíž potažmo náš celkový zdravotní stav.

Jako první studovali imunitu mikrobiologové, kteří popisovali odezvu organismu na různorodé patogeny vyvolávající infekční nemoci. Jak ale náš imunitní systém toleruje komenzální, přátelské mikroby? To je komplexní problém, který jsme ještě zcela nevyřešili. Je však pravdou, že všichni odborníci, jak mikrobiologové, tak imunologové, se shodují na jednom: mikrobiom osídlující kůži, dýchací cesty i urogenitální a gastrointestinální trakt představuje primární regulátor zdraví a nemoci. Ale naskýtají se ještě další otázky, na které prozatím neznáme uspokojivou odpověď. Jak je regulováno toto ohromné množství stále se množících mikrobů? Jak nás i v dalších ohledech tyto komenzální mikroorganismy ovlivňují?

V trávicím traktu člověka žije desetkrát více mikrobů, než činí počet buněk jeho těla. Je to na tisíc zcela odlišných bakteriálních druhů příslušejících k různým taxonům, což dohromady vytváří na desítky tisíc různorodých bakteriálních genomů.

Metagenomické studie lidského mikrobiomu ukázaly, že nosíme ve střevě 3,3 · 10⁶ unikátních mikrobiálních genů, což je 150krát více, než obsahuje náš genom. Jak produkty jejich genů ovlivňují třeba naši hormonální aktivitu, když působí přímo na enteroendokrinní buňky, kterých je v gastrointestinálním traktu vmezeřeno asi 1 %, což ale představuje největší endokrinní tkáň člověka? Jaký vliv mají na další metabolicko-energetické procesy, syntézu vitaminů nebo na ukládání tuků v adipózní tkáni? Dodnes o tom mnoho nevíme, a to přesto, že mikrobiální ekosystém střevního traktu člověka je předmětem nejintenzivnějšího studia posledních let, viz např. mezinárodní Human Microbiome Project.

Obě zmíněné publikace jsou jedny z mála u nás dosud vydaných knih týkajících se mikrobiální ekologie a imunologie a alergologie. Obě referují odbornou terminologií, která nejenže vypovídá o náplni těchto věd a vyjadřuje složitost jejich vzájemných vztahů, ale také informuje o stávajícím stavu poznání, kterého bylo do současné doby dosaženo. Přínosem encyklopedického formálního zpracování je, že si čtenář uvědomí dlouhý historický vývoj terminologie jak ze sémantického, tak jazykového hlediska, a získá autentický obraz o vývoji teoretických úvah, nových myšlenek, nových objevů a o jejich praktickém využití, které dnes přesahuje vědecké disciplíny, v nichž se zrodily. Musíme však mít stále na paměti, že časem některé termíny zastarají, popřípadě se jejich význam posune, nebo naopak přesáhne jejich původní vymezení, takže zůstane srozumitelný jenom z historického kontextu. Ale i to je přínosem obou publikací.