Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Život bez mikrobů

Gnotobiologie, probiotika a imunita
 |  5. 4. 2012
 |  Vesmír 91, 218, 2012/4

Dvaadvacátého února 1977 se narodilo děvčátko Petra do sterilního izolátoru. Byl zvolen tento komplikovaný postup neboť hrozilo, že novorozenec bude mít vrozený kombinovaný defekt imunity a mohl by zemřít na těžké infekce jako jeho předešlí sourozenci. Byla naplánována i transplantace kostní dřeně, která v té době byla ještě v počátcích. Naštěstí se v následných testech po porodu ukázalo, že Petra má správně vyvinutý imunitní systém. Teprve po kolonizaci střev neškodnými kulturami symbiotických bakterií, které stimulovaly vyzrávání imunitního systému, mohla být Petra propuštěna do našeho nebezpečného světa mikrobů. Aby však příběh Petry mohl šťastně skončit, musela napřed vyzrát disciplína zvaná gnotobiologie (viz rámeček na protější straně).

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.

GNOTOBIOLOGIE

je vědní disciplína studující živočišné organismy získané aseptickými chirurgickými postupy nebo sterilním vylíhnutím z vajec (a dále chované ve sterilních izolátorech a krmené sterilní potravou), jež jsou buď zcela bezmikrobní (axenické, angl. germ-free), nebo osazené definovanými bakteriemi. Výraz gnotobiologie je složenina dvou řeckých slov „gnoto“ (známý) a „bios“ (život).

Slavný francouzský mikrobiolog Louis Pasteur se domníval, že život bez mikrobů není možný. Opravdu, bakterie žijící v našem střevě nám pomáhají dodávat některé důležité látky jako vitaminy, chrání nás proti vyvolavatelům infekčních nemocí a pomáhají nám trávit některé složky potravy, které naše enzymy nedokážou rozložit. Domněnku svého učitele však vyvrátili H. Thierfelder a G. H. F. Nuttal již v r. 1895, když odchovali morče krátkodobě žijící v bezmikrobním prostředí.

Gnotobiologická laboratoř v Dolech na Novém Hrádku (okres Náchod) je součástí sektoru imunologie a gnotobiologie Mikrobiologického ústavu Akademie věd ČR, v. v. i., a je jednou z mála evropských laboratoří s dlouhodobou tradicí v chovu a studiu bezmikrobních zvířat. Její historie začala již roku 1953. V prostorách původní textilní továrny byla vybudována stanice Biologického ústavu Československé akademie věd, která se zpočátku zabývala infekční mikrobiologií. V roce 1960 byla přebudována na laboratoř gnotobiologickou, kde byl pod vedením imunologa světového významu profesora MUDr. Jaroslava Šterzla založen Ing. Mandelem a Ing. Trávníčkem odchov bezkolostrálních bezmikrobních selat. Důvodů pro zvolení tohoto zvířete bylo několik. Prase je svými fyziologickými parametry mnohem podobnější člověku než nejznámější laboratorní zvířata, jimiž jsou hlodavci. Prasečí plod je vyživován šestivrstevnou placentou, která zabraňuje přestupu mateřských protilátek. Selata, která se nenapijí od prasnice kolostra (prvního sekretu mléčných žláz), nemají vlastní protilátky a jsou ideálním modelem pro studium specifické imunitní odpovědi. Zásluhou RNDr. Renaty Štěpánkové byli do bezmikrobních podmínek převedeni potkani, králícia myši. U bezmikrobních králíků šlo dokonce o světovou prioritu! V současné době jsou do bezmikrobních podmínek převáděny různé kmeny myší, včetně unikátních geneticky modifikovaných kmenů, které jsou vhodné pro studium vývoje přirozené a adaptivní imunity. Na těchto modelech lze s výhodou studovat vliv komponent mikrobioty na etiopatogenetické mechanismy lidských chorob.

Hana Kozáková

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Mikrobiologie

O autorech

Helena Tlaskalová-Hogenová

Hana Kozáková

Renata Štěpánková

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné