Mikrobiom u bolestima


Analiza crijevne flore pokazala je kako su za definiciju zdravlja i bolesti bitni koliko apsolutni sadržaj flore toliko i stabilnost flore. Danas se čitav niz bolesti (dijabetes tipa I i II, pretilost, upalne bolesti crijeva, reumatoidni artritis, itd.) i stanja središnjeg živčanog sustava, povezuje s promjenom sadržaja i stabilnosti crijevne flore (Clemente et al.). Stanje organizma određuju tri bitne odrednice i interakcije među njima:  genetska podloga domaćina, sadržaj flore i utjecaj okoliša (Spor et al.). Najsnažniji dokaz važnosti tih interakcija u definiciji zdravlja su pokusi na genetski modificiranim životinjama kod kojih upravo te genetske promjene omogućavaju razvoj bolesti. Prijenos crijevne flore iz tako oboljele životinje u zdravu, genetski nepromijenjenu, životinju dovodi do razvoja bolesti. Ovi pokusi pokazuju iznimnu važnost flore u definiranju zdravlja i bolesti. Primjeri bolesti koje se tako prenose u laboratorijskim uvjetima su upalna bolest crijeva, pretilost i dijabetes tipa I (Prakash et al.).

Pretilost

Kod pretilih osoba uslijed pretjeranog unosa hrane dolazi do prekomjernog nakupljanja masti u masnim stanicama (adipocitima) koje hipertrofiraju i rade pritisak na okolno tkivo izazivajući lokalnu upalnu reakciju. S druge strane, pretjerana prehrana ili loša, nebalansirana prehrana dovodi i do promjene crijevne flore, a promijenjena flora ima za posljedicu promjene u arhitekturi crijeva, popuštanja crijevne barijere, povećane propusnosti crijeva i ulaska dijelova bakterija u sistemsku cirkulaciju – stanje koje se naziva metabolička endotoksemija. Ti dijelovi bakterija u organizmu izazivaju stanje stalne upale niskog intenziteta koje radi stalan pritisak na imunološki odgovor. Stvara se začarani krug sistemske upale – od hipertrofiranih adipocita i lokalne upale u masnom tkivu preko metaboličke endotoksemije – upale u cirkulaciji kao posljedice promijenjene crijevne flore i popuštanja crijevne barijere. Sistemska upala niskog intenziteta dovodi do razvoja simptoma karakterističnih za pretilost, metaboličkog sindroma, inzulinske neosjetljivosti te posljedično i do razvoja šećerne bolesti i drugih bolesti povezanih s pretilošću (Cani et al.). Dokazi o ulozi crijevne flore u nastanku komplikacija pretilosti dolaze kako iz pokusa na životinjama tako i iz analize flore pretilih i zdravih osoba. GF životinje vrlo teško postaju pretile ma čime ih hranili, GF životinje su mršavije od rođaka s normalnom florom iako jedu više. Životinje genetski modificirane za leptin (bilo da nemaju leptin ili receptor za leptin) ne osjećaju sitost i jedu hranu bez ograničenja i vrlo brzo postaju pretile. Prijenosom crijevne flore iz takvih životinja u sasvim obične i zdrave životinje, one postaju pretile. Konačno, analiza crijevne flore u pretilih i zdravih ljudi pokazuje kako se kod pretilih osoba smanjuje sadržaj Bacteroides, a povećava sadržaj Furmicutes bakterija. Pomak u sadržaju bakterija nastaje kao posljedica bilo prekomjernog unošenja hrane bilo unošenja nekvalitetne i nebalansirane hrane koja onda selektira promjenu bakterija u crijevima.

Dijabetes

Incidencija tipa I šećerne bolesti u zapadnom svijetu raste brže od rasta populacije što sugerira postojanje faktora iz okoliša u razvoju bolesti. Jedan od tih faktora bi lako mogla biti promijena crijevna flora. Analiza je pokazala razliku u sadržaju crijevne flore ljudi s tipom I šećerne bolesti u usporedbi s zdravim ljudima (Brown et al.). Razlika je najizraženija u kontekstu proizvodnje masnih kiselina kratkih lanaca. Masne kiseline kratkih lanaca nastaju u crijevima kao posljedica razgradnje laktata pod djelovanjem bakterija. Masne kiseline kratkih lanaca imaju razne uloge u izgradnji crijevne arhitekture i moduliranju imunološkog odgovora. Kod ljudi s šećernom bolesti crijevna flora je bogatija bakterijama koje proizvode masne kiseline kratkih lanaca kao što su propionat, acetat, sukcinat. Crijevna flora zdravih pojedinaca je pak bogatija bakterijama koje proizvode masnu kiselinu butirat. Butirat, za razliku od drugih masnih kiselina, povoljno djeluje na integritet crijeva i proizvodnju mucina. Mucin je proizvod bakterija koji djeluje stabilizirajuće na arhitekturu crijeva. Promjena integriteta crijeva uslijed nedovoljnih količina butirata dovodi do povećane propusnosti crijeva i do ulaska dijelova bakterija u sistemsku cirkulaciju i do, već opisane, metaboličke endotoksemije. Važno je ovdje napomenuti kako nema apsolutno dobrih ili loših masnih kiselina kratkih lanaca ili mucina, već se njihove uloge i sadržaj trebaju promatrati u kontekstu stanja ravnoteže, a kao posljedice stabilnosti crijevne flore.

Upalne bolesti crijeva

Upalna bolest crijeva je poremećaj kojeg čine Crohnova bolest (CD) i ulcerativni kolitis (UC), a karakterizirana je izmjenjujućim fazama pogoršanja i smirivanja simptoma. CD može zahvatiti bilo koji dio probavnog trakta, a manifestira se slabošću, proljevima, bolovima u abdomenu, gubitkom težine, temperaturom. UC zahvaća kolon i karakteriziran je rektalnim krvarenjima, učestalim mukuznim stolicama i boli u donjem dijelu abdomena. Pretpostavlja se kako je upalna bolest crijeva posljedica poremećenog imunološkog odgovora u osoba s genetičkom podlogom, dakle posljedica interakcije genetike pojedinca, imunološkog odgovora i utjecaja okoliša koja rezultira neadekvatnim imunološkim odgovorom na normalnu floru. Epidemiološki podaci govore o povezanosti između upalne bolesti crijeva i raznih faktora okoliša kao što su primjena antibiotika, prehrana, izloženost mikroorganizmima i slično. Dvije su teorije kojima se objašnjava upalnua bolest crijeva – genetička podloga dovodi do poremećenog imunološkog odgovora na uobičajenu, normalnu floru ili disbalans u crijevnoj flori izaziva imunološku reakciju. Vjerojatno se radi o kombinaciji obje teorije. Analiza crijevne flore ljudi oboljelih od upalne bolesti crijeva pokazala je kako je njihova flora manje raznovrsna od normalne flore, a čak se i flora osoba oboljelih od CD razlikuje od flore osoba s UC (Spor et al.). Osobe s UC imaju manje Bacteroides bakterija, a više Actinobacteria i Proteobacteria. Također je povišen i broj E.coli. Kod osoba  s CD flora je siromašnija bakterijama iz roda FirmicutesFaecalibacteriumRoseburia, a povišene su količine Enterobacteriaceae i Ruminococcus gnavus, kao i E.coli.

Mikrobiom i metabolizam lijekova

Bakterije crijeva imaju važnu ulogu i u metabolizmu različitih stranih tvari kojima je naše tijelo izloženo pa tako i u metabolizmu lijekova. Sve je više trendova u farmaceutskoj industriji prema što ranijem uključivanju crijevne flore u istraživanje novih lijekova, bilo s ciljem smanjenja nuspojava ili povećanja učinkovitosti budućih lijekova. Uzmimo za primjer Sorivudine, lijek koji je došavši na tržište Japana 1993. godine izazvao najmanje 18 slučajeva smrti unutar 40 dana. Sorivudine je antiviralni lijek koji se iz profilaktičkih razloga davao pacijentima na kemoterapiji (uslijed kemoterapije – terapije citostaticima, dolazi do pada imuniteta i povećanog rizika od infekcija pa se profilaktički pacijentima daju antibiotici i antiviralni lijekovi). No, pokazalo se kako metabolit Sorivudina, koji nastaje djelovanjem bakterija u crijevima, sprečava razgradnju citostatika s kojima se Sorivudin davao u kombinaciji. Smanjena razgradnja citostatika dovela je do predoziranja pacijenata citostatikom. Dakle, Sorivudin sam nije bio toksičan, ali je u kombinaciji s citostaticima dovodio do usporenog ili smanjenog uklanjanja citostatika i time povećanja efektivne doze citostatika što je u nekim slučajevima završilo tragično. Primjer kako razumijevanje metabolizma lijekova od strane bakterija može pomoći pacijentima je primjer spoja CPT-11. Citostatik SN-38 je pokazivao dobre kliničke rezultate, ali je imao vrlo teške i neugodne nuspojave, među kojima i izraženu dijareju. SN-38 se u jetri metabolizirao odnosno inaktivirao i kao takav je dolazio u crijeva, no bakterije u crijevima su ga činile ponovno aktivnim, što je lokalno u crijevima imalo za posljedicu snažne dijareje zbog čega su pacijenti u mnogim slučajevima odustajali od daljnje terapije. Rješenje se našlo u pronalasku specifičnog inhibitora bakterijskog enzima koji aktivira inaktivirani lijek (Wallace et al.). Istovremenim davanjem citostatika i inhibitora bakterijskog enzima zadržali su se povoljni učinci citostatika, a smanjila nuspojava odnosno štetno djelovanje citostatika na crijeva. Mnoge farmaceutske kompanije ulažu sve više novaca i vremena u ispitivanja utjecaja crijevne flore na sudbinu lijekova te interakcije različitih lijekova.

Fekalna transplantacija

I same bakterije se koriste kao lijekovi. Možda najdrastičniji primjer je tzv. fekalna transplantacija (Bakken et al.). Prva upotreba fecesa u terapiji gastrointestinalnih bolesti opisana je u 4. stoljeću u Kini – Ge Hong opisuje primjenu ljudske fekalne suspenzije kod ljudi otrovanih hranom ili ljudi s ozbiljnim proljevima. U 16. stoljeću Li Shizhen opisuje oralnu primjenu fermentiranih fekalnih otopina, svježih fekalnih suspenzija, suhog fecesa ili fecesa dojenčadi za terapiju proljeva, groznica, boli, povraćanja, opstipacije. Razne vrste fekalnih suspenzija bivale su poznate kao ‘žute juhe’. Fekalnu transplantaciju prvi put je izveo Eiseman 1958. godine u terapiji pseudomembranoznog kolitisa uzrokovanog Micrococcus pyogenes (Staphylococcus) bakterijom. 1983. godine se fekalna transplantacija prvi put koristi kod osoba s infekcijom CDI – Clostridium difficile infection. Radi se najčešće o teškim bolničkim slučajevima liječenim s velikim količinama antibiotika širokog spektra uslijed čega se dramatično narušava ravnoteža crijevne flore što za posljedicu ima nekontrolirano bujanje Clostridium difficile bakterije. Clostridium difficile je gram pozitivna, anaerobna bakterija koja izaziva ozbiljne infekcije crijeva koje u 4% slučajeva završavaju smrtno. Uobičajeno se takvo stanje liječi s još antibiotika koji djeluju na dotičnu bakteriju no uspješnost takve terapije je oko 70%, uz često vraćanje simptoma. Za razliku od toga, fekalna transplantacija ima uspješnost od oko 90%, i do danas se koristila u oko 400-ak slučajeva. Nema medicinskih razloga koji ne bi opravdali fekalnu transplantaciju kao metodu izbora liječenja, ali su prije svega estetski i praktični razlozi ti zbog kojih to nije raširena metoda liječenja. U tijeku su klinički pokusi u kojima se ispituje učinkovitost fekalne transplantacije kod upalnih bolesti crijeva, pretilosti i šećerne bolesti. Kod upalnih bolesti crijeva transplantacija izaziva poboljšanje stanja i smanjenje simptoma bolesti, ali su učinci kratkotrajni. U nekim medicinskim centrima se uzima i sprema crijevna flora pacijentima prije no što se izvrgnu dramatičnim kurama antibiotika i onda im se, nakon obavljene antibiotske terapije, crijevna flora vraća kako bi se organizam što prije vratio u ravnotežu. Danas već postoje i odobreni lijekovi na tržištu, koji su u biti bakterije za koje je pokazano da nedostaju u nekim kliničkim stanjima, tipa upalna bolest crijeva. Ti lijekovi-bakterije su odobreni za primjenu kod djece, što govori o iznimnoj sigurnosti ovakvih pripravaka.

Mikrobiom i raspoloženje

Mikroorganizmi djeluju na mnoge naše funkcije i sustave pa tako i na središnji živčani sustav (Grenham et al.). Pokusi na životinjama sa i bez normalne crijevne flore pokazali su kako životinje bez crijevne flore imaju drugačiju kemiju središnjeg živčanog sustava, povećane su motorike, smanjeno anksioznog ponašanja i neumjereno reagiraju na stres. Davanje subkliničkih količina patogenih bakterija životinjama izazvalo je anksiozno ponašanje iako bakterije nisu izazvale imunološku reakciju. Slično tome, samo oralno dati antibiotici životinjama izazivaju anksioznost dok parenteralna primjena to ne izaziva, sugerirajući kako je za te fenomene odgovorna promjena crijevne flore. Mehanizmi kojima crijevna flora djeluje na središnji živčani sustav su promjena razina neurotransmitera, upala i direktno djelovanje na živce. Naime, različite bakterije u crijevima proizvode kratkolančane masne kiseline koje su pak preteče različitih neurotransmitera odnosno molekula koje prenose poruke u središnjem živčanom sustavu. Također, promjene crijevne flore dovode do lokalne upale koja se krovotokom širi sistemski izazivajući reakciju središnjeg živčanog sustava. Konačno, životinjski modeli u kojima se pokazao utjecaj crijevne flore na živčani sustav su ovisni o nervus vagus, velikom živcu koji inervira crijeva što je dokaz direktne interakcije živčanog sustava i crijevne flore. Povezanost crijevne flore s živčanim sustavom se spominje i kod autizma. Naime, kod djece s autizmom se nerijetko simptomi prvi put pokazuju nakon antibiotske terapije, a ta djeca često imaju i probavne tegobe. Analiza crijevne flore djece s autizmom pokazala je razlike – povećani broj Clostridium histolyticum bakterija, narušenu crijevnu barijeru te visoke titrove tetanus antitoksina. Sve to ukazuje na važnost Clostridium bakterija kao jednog od mogućeg kofaktora u etiopatogenezi autizma. U prilog tome idu i kliničke studije koje pokazuju kako u 8 od 10 djece antibiotici vankomicin i metronidazol poboljšavaju simptome autizma. Vankomicin i metronidazol su antibiotici koji djeluju na gram pozitivne i anaerobne bakterije, a Clostridium je gram pozitivna, anaerobna bakterija.