Život bez mikrobů

Množství mikrobů, které žijí na našich sliznicích a kůži, desetkrát převyšuje počet buněk lidského těla a jejich všechny funkce nejsou zdaleka známé. Obecně víme, že máme v těle i v okolním prostředí bakterie neškodné, prospěšné, ale celá řada jich je patogenních. Aby nám to zamotalo hlavu ještě více, tak někteří jedinci s těmito „zlými“ potenciálně nebezpečnými bakteriemi žijí v symbióze a druzí onemocní. Naše gnotobiotické modely nám pomáhají při jejich studiu, při odhalování jejich dobrých i špatných vlastností. V 19. století zachvátil chov bource morušového tzv. bourcový mor. Hedvábnický průmysl propadl panice, co se stane, až toto prosperující odvětví zkrachuje! Kdo by se tehdy zabýval nemocemi hmyzu! Až někoho moudrého napadlo povolat největší vědeckou kapacitu té doby – Louise Pasteura – a ten zjistil, že larvy bource morušového napadly bakterie, které lze dodržováním hygienických pravidel eliminovat. V současnosti se chovají bourci morušoví i v bezmikrobních podmínkách, protože sterilní podmínky umožňují využít tuto zajímavou surovinu nnejen v hedvábnictví, ale také v kosmetickém průmyslu, kde jsou hedvábné proteiny velmi žádané.

Bakterie s námi v žijí v symbióze. Bylo prokázáno, že u některých nemocí se mění střevní mikroflóra. Je zajímavé, že většinou počet druhů bakterií nemocných lidí bývá daleko chudší. Nejčastěji na myších modelech studujeme, jak ta která bakterie může změnit obranyschopnost, nebo dokonce zabránit vzniku určitých onemocnění! Například když k bezmikrobním rybičkám přidali bakterie z normálních myší. Ryba sice žije v jiném prostředí a je kolonizována jinými bakteriemi, ale jak si s novými bakteriálními druhy poradí, záleží nejen na druhu bakterií, ale hlavně na hostiteli. Rybičky si z těch mnohých bakteriálních kmenů přenesených z myší „vybraly“ ty, které byly jejich přirozené mikroflóře nejpodobnější. Bakterie rovněž mění expresi genů svých hostitelů. Důležitou roli hraje výživa, která také mění nejen bakteriální složení, ale i expresi genů střeva. Vzájemná komunikace mezi hosty (bakteriemi) a hostiteli přináší stále nová poznání a výzvy, jak vzájemné reakce ovlivnit tak, aby napomáhaly ke zlepšení zdraví.

Probiotika

Výrazné pokroky v molekulární a buněčné biologii umožnily podrobnou analýzu složení slizniční i kožní mikroflóry – mikrobioty (obsahující komensální mikroorganismy) – a současně přinesly nové pohledy na její různorodé efekty v hostiteli. Ukazuje se, že mikrobiota výrazně zasahuje do vývoje celého imunitního systému i metabolických dějů v organismu. Její změny jsou spojeny s četnými patologickými stavy gastrointestinálního a dýchacího traktu včetně alergií. Poznání významu mikrobioty v lidském zdraví vedlo ke snaze ovlivnit její složení a funkce.

Probiotika jsou podle definice živé mikroorganismy, které, pokud jsou podány v dostatečném množství, vykazují zdraví prospěšné účinky. Probiotické bakterie požíváme především v potravinách (jogurty, sýry atd.), potravinových doplňcích nebo jako léky. Jako probiotika slouží především bakterie mléčného kvašení (laktobacily, bifidobakterie), ale i jiné druhy bakterií (enterokoky, některé kmeny E. coli) a kvasinky. Prebiotika jsou látky, které podporují růst prospěšných bakterií (laktobacilů a bifidobakterií) ve střevě; patří mezi ně některé sacharidové složky (např. inulin). Synbiotika obsahují jak probiotika, tak prebiotika. Efekty podávání probiotik i prebiotik se podobně jako účinky mikroflóry intenzivně zkoumají ve světě i u nás. Na buněčných kulturách nebo na zvířecích modelech se studují protizánětlivé a imunomodulační účinky různých kmenů probiotických mikroorganismů. Předpokládá se, že působení orálně aplikovaných probiotik mikroorganismů se může odehrávat na několika úrovních. I když je množství podaných probiotik ve vztahu k početnosti mikrobů vlastní mikrobioty téměř zanedbatelné, zdá se, že podané mikroorganismy mohou ovlivnit a změnit její složení např. produkcí vlastních baktericidních látek (bakteriocinů) nebo kompeticí o živiny či místo. Kromě toho je růst jednotlivých mikrobních populací kontrolován vzájemnými interakcemi („quorum sensing“). V našich laboratořích studujeme působení probiotik na hostitele. Přispěli jsme pomocí in vitro i in vivo systémů (včetně modelů gnotobiotických zvířat) k poznání, že probiotika mohou zabránit průniku patogenů střevní sliznicí, snížit střevní prostupnost, zvyšovat produkci antimikrobních složek a příznivě modulovat funkce imunitního systému.

Přestože je málo kontrolovaných klinických studií, lze jmenovat příklady chorobných stavů, kde léčebné nebo preventivní působení probiotik a prebiotik bylo prokázáno. Jsou to např. léčba a prevence různých typů průjmových onemocnění či prevence nekrotizující enterokolitidy. Úloha probiotik v prevenci a léčbě atopických stavů zůstává otevřená a je zdrojem diskusí vyplývajících z rozporuplných výsledků. Mezi pionýrské studie patří práce dr. Lodinové-Žádníkové z Ústavu péče o matku a dítě popisující dlouhodobý preventivní efekt v alergiích po podávání probiotických bakterií dětem brzy po narození; pracovníci našeho ústavu přispěli analýzou imunologických dějů. Přestože i další výsledky klinických studií zaměřených na sledování účinků probiotik u atopické dermatitidy ukazují na pozitivní efekty podávání probiotik, jejich závěry nejsou dosud tak přesvědčivé, aby umožnily doporučení pro standardní využití probiotik k prevenci alergií nebo jako součást léčebného postupu. Hlavním zdrojem variability dosažených výsledků je aplikace nejrůznějších probiotických kmenů a časování této intervence, které znemožňují interpretaci a srovnávání těchto studií. Jednotlivé probiotické kmeny se totiž liší ve svých imunomodulačních účincích. Některé mají efekty imunostimulační, zatímco jiné mají účinky inhibiční, protizánětlivé. Výskyt imunodeficitních stavů a poměrně často aplikovaná imunosupresivní léčba vede k úvahám o bezpečnosti podávání živých bakterií. V naší laboratoři jsme ukázali, že i mrtvé probiotické a některé komensální bakterie a jejich lyzáty mohou vykazovat zdraví prospěšné efekty (např. protizánětlivé). Mechanismy protektivního působení lyzátů jsou velice komplexní, zahrnují jak změny ve složení mikroflóry, zvýšení funkce slizniční bariéry, tak změny v cytokinové odpovědi hostitele s následnou změnou mikroprostředí střeva. Nový směr ve využití probiotických bakterií představuje příprava a aplikace rekombinantních bakteriálních kmenů probiotik s expresí biologicky aktivních molekul. V experimentálním modelu alergie jsme pozorovali indukci tolerance na pylový alergen Bet v 1 po kolonizaci bezmikrobních myší rekombinantním kmenem Lactobacillus plantarum, který produkoval tento alergen.

Ve snaze „ozdravit“ střevní mikroflóru začali v poslední době někteří gastroenterologové používat přenos (transplantaci) fekální mikrobioty zdravých dárců do střeva pacientů s těžkou střevní infekcí. Protože tento přístup není dosud obecně přijímán, probíhá v současné době snaha o standardizaci tohoto způsobu léčby a její další využití u různých druhů chorob.