Mikrobiom-diagnosztika a tudomány és a gyakorlat között; •
PD Dr. rer. nat. Andreas Schwiertz - Táplálkozástudományi Intézet, Giessen Egyetem
Mikroökológiai Intézet, Herborn
A mikrobiomkutatás óriási haladást ért el az elmúlt években. De hogyan lehet a tudományos eredményeket a gyakorlatban alkalmazni? Dr. A mikroökológiai szimpóziumon tartott előadásában Andreas Schwiertz összefoglalta az elmúlt évek alapvető megállapításait és megmutatta az orvosok gyakorlati alkalmazásának lehetőségeit.
A mikrobiómák kutatásának központi kérdése a következő: Hogyan határozható meg egy normál mikrobióm? És vannak-e etnikai vagy regionális különbségek a normál mikrobiom összetételében?
A bél sokfélesége a különböző etnikai csoportokban
A kérdések tisztázása érdekében a tudósok összehasonlították az afrikai Malawi-i gazdák székruhájában lévő baktériumokat a venezuelai őshonos indiánok és a városi amerikaiak baktériumaival. Az 1. vizsgálat eredménye: "Az élet első két évében a baktériumok sokfélesége megközelítőleg azonos" - jelentette Schwiertz. A baktériumok összetételének sokféleségében az első különbségek körülbelül két éves kortól láthatóak. Az életkor növekedésével világossá vált, hogy az amazóniai régióból származó indiánok körében a sokféleség nagyfokú megmaradt idős korban is. A második helyen a vidéki Malawi lakói álltak, míg az amerikaiak ebben az összehasonlításban hozták fel a hátulját.
A svájci kés a bélben
"Szeretem összehasonlítani az eredményt egy svájci késsel" - magyarázta Schwiertz. "Míg az amazoniai indiánok sokféle késsel és fűrésszel rendelkeznek a belükben, a városi amerikaiak szerszámkészlete egy vagy két késre korlátozódik."
De miért van így? Miért van az egyik populációs csoportnak sokkal változatosabb bélflóra, mint a másiknak? "Aki nyugati ételeket fogyaszt, nagyjából ugyanazt eszi naponta" - válaszolta kérdésére Andreas Schwiertz. "A bélben lévő baktériumok esetében nincs különbség, hogy rizst, burgonyát vagy tésztát eszünk." A nyugati étrend figyelmen kívül hagyja a rostot, amely fontos a baktériumok sokféleségéhez: "A baktériumok sokfélesége csökken, mert nem tápláljuk a baktériumokat kellő változatossággal . "
Az amazóniai indiánok viszont támaszkodnak a vadászat sikerére vagy az ehető növények megtalálására étrendjükhöz. "A bakteriális" svájci késnek "és így a baktériumok anyagcsere-képességeinek sokkal szélesebb körűnek kell lenniük ezeknek az embereknek, mint egy amerikai számára" - mondja Schwiertz.
Mikrobioma vegánokban, vegetáriánusokban és "mindenfélékben"
De hogyan formálja a nyugati civilizált emberek étrendje a bél mikrobiomját? Schwiertz és munkatársai a Herborn Mikroökológiai Intézetből megvizsgálták, hogy az étrendtől függően, és ha igen, hogyan különbözik a bél mikrobioma összetétele. 2 Összehasonlították a vegánok, vegetáriánusok és „mindenfélék” székletmintáit - a biológusok utóbbiakat mindenevőnek nevezik.
Az eredmény: „Ha megnézzük a baktériumok nagy csoportjait, nem látunk figyelemre méltó különbségeket” - számolt be Schwiertz, és tovább: „Ha azonban a különböző baktériumok több napos előfordulását nézzük, a minta sokkal színesebbnek tűnik egy vegánnál, mindenevő. ”Ez annak köszönhető, hogy a vegán változatosabb étrendet mutat, mint egy mindenevő, magyarázta Schwiertz. A bél bakteriális kolonizációjában a nagy különbségek a különböző étkezési rostokból adódtak.
Egy másik érdekes szempont a tanulmányból kiderült: a vegánok székletében nincsenek laktobacillusok. "A jelenség könnyen megmagyarázható" - mondja Schwiertz -, mivel a vegánok nem fogyasztanak tejtermékeket, a tejsavbaktériumok nem rendelkeznek alapvető táplálkozási alapokkal. "
Túlsúly a bélbaktériumok miatt?
Schwiertz az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézetének 1985 és 2006 közötti adatait mutatta be, amelyek azt mutatják, hogy Észak-Amerikában az emberek híznak. Tíz évvel ezelőtt az Egyesült Államokban minden harmadik-negyedik ember elhízott, ami megfelel a 30 feletti testtömeg-indexnek (BMI). Globális szempontból a tendencia folytatódik.
2010 óta az elhízás Németországban, Finnországban és az Egyesült Királyságban is növekszik. A legnagyobb sűrűségű ország Mexikó. "Mexikó felismerte a problémát, és a világon elsőként vezette be a cukoradót" - mondta Schwiertz. Pozitív mérleggel: "Az átlagos BMI csökkent az adó bevezetése után."
A cukoradó bevezetésének egyik oka a következő volt: A túlsúlyos népesség magas egészségügyi költségeket okoz. Mivel az elhízás általában nem következmények nélküli. A rendkívüli elhízás gyakran szív- és érrendszeri, tüdő-, gasztrointesztinális és mozgásszervi problémákhoz vezet. A hormonproblémák, a veseelégtelenség és a pszichoszociális problémák szintén gyakoriak az elhízásban.
Miért híznak meg az emberek?
A tömeges túlsúlynak számos oka lehet. "Ha több kalóriát vesz be, mint amennyit fel tud használni, akkor hízik" - mondja Schwiertz. Ugyanakkor más tényezők, például genetika, hormonális egyensúlyhiány, gyógyszeres kezelés, a környezet és a legfrissebb eredmények szerint az érintett személy mikrobiotája is befolyásolja az egyszerű energiamérleget.
Egy 3. tanulmányban a tudósok csíramentes és normálisan gyarmatosított egereknek pontosan ugyanazt az ételt adták a születéstől számított nyolc hétig. Alig egy hét elteltével a mikrobák által telepített állatok lényegesen nagyobb súlyra tettek szert, mint a steril egerek. "A logikus következtetés az volt: A baktériumoknak részt kell venniük a súlygyarapodásban, mert az összes többi paraméter változatlan volt" - mondja Schwiertz.
A Firmicutes/Bacteroidetes arány
A következő 4. lépésben a tudósok elhízott és normál testsúlyú egerek bakteriális kolonizációját vizsgálták. Az eredmény: összefüggést találtak a BMI és a Firmicutes/Bacteroidetes arány között - vagyis azon arányban, amelyben a két nagy baktériumtörzs a bélben előfordul. "A felfedezést akkor gyakran úgy értelmezték, hogy a hatalmas elhízás oka nem a helytelen viselkedés, hanem a bélben bekövetkező kedvezőtlen baktérium-kolonizáció volt" - mondja Schwiertz.
A kiábrándulás annál nagyobb volt, amikor az első meta-tanulmány kimutatta, hogy emberi szinten nincs összefüggés a Firmicutes/Bacteroidetes arány és az elhízás között. „Az egereken végzett eredeti vizsgálatok alaposabb vizsgálata során az is nyilvánvalóvá vált, hogy az összefüggés csak egy adott egértípusra vonatkozik. A hatás más egereknél nem volt kimutatható ”- számolt be Schwiertz.
Az anyagcsere termékeitől függ
Schwiertz és munkatársai tanulmányt is végeztek a baktériumok kolonizációja és az elhízás kapcsolatáról. „30 elhízott, 30 túlsúlyos és 30 normál testsúlyú embernél megmutathattuk, hogy összefüggés van a bélben lévő baktériumok és az elhízás között. 5 A baktériumok közötti kapcsolat azonban erre nincs hatással. Sokkal inkább attól függ, hogy a baktériumok mely anyagokat termelik ”- magyarázta Schwiertz.
De mely jelek és anyagok játszanak szerepet az elhízásban? Amit az emberek nem képesek metabolizálni a saját enzimatikus berendezésükkel, azt a bélben lévő baktériumok teszik értük. Többek között zsírsavak képződnek. "A zsírsavak további 300 kilokalóriát nyújthatnak az embereknek - ez nagyjából megegyezik a napi nagy csokoládétáblával" - mondja Schwiertz. "Tesztalanyunkon megmutathattuk, hogy a rövid láncú zsírsavak mennyisége a vékony testtömegtől a normál testsúlyig az elhízottakig jelentősen megnőtt."
Az étrend befolyásolja a bélbaktériumok anyagcseréjét
Az étrend befolyásolhatja, hogy a bélbaktériumok mely anyagokat termelik. A baktériumok már nem az egyszerű rövid láncú zsírsavakat, például az ecetsavat állítják elő rostból, hanem a bonyolultabbakat. És jótékonyan hatnak a testtömegre ”- magyarázta Schwiertz. Ebben az összefüggésben nem elsősorban az a fontos, hogy mely baktériumok telepítik meg a beleket, hanem az, hogy a baktériumok milyen anyagcsere-képességgel rendelkeznek.
A legfontosabb fajok támogatják a bél ökoszisztémáját
Egyes kulcsfontosságú baktériumfajok azonban különleges helyzetben vannak. "Az egyik típusú kulcs határozza meg, hogy az egész rendszer működik-e vagy sem - hasonlóan a boltívben található kulcskőhöz" - mondja Schwiertz.
A boltív csak akkor áll fenn, ha megfelelő kulcsköve van. Az ökoszisztémáknak vannak bizonyos kulcsfajai is, amelyek lehetővé teszik a rendszer többi fajának együttélését.
A nyálkahártya-érzékeny baktériumok az egyik kulcsfontosságú típus, mert támogatják a bél védő nyálka rétegének állandó megújulását. A baktériumoktól gyakorlatilag mentes nyákréteg közvetlenül a bél hámsejtjein fekszik. Ezt követi a külső nyálka, amely jó alapot nyújt bizonyos típusú baktériumok életéhez. A külső nyákréteg baktériumai részben felelősek az ép belső nyálka rétegért. „A rendszer kulcsfontosságú organizmusai egyrészt biztosítják, hogy a nyálka folyamatosan lebomlik, és a hámsejteket stimulálják a nyálka replikációjára. Másrészt a baktériumok energiával látják el a hámsejteket, így azok még nyálkát is képesek képezni ”- magyarázta Schwiertz. A baktériumok ezt az általuk képzett vajsav révén érik el. Az ép nyálka réteg fontos, így a kórokozók nem tudnak behatolni a bél hámsejtjeibe és kiváltani a fertőzést.
Semmi sem működik a belekben kulcsfontosságú szervezetek nélkül
A szervezetnek az emésztéshez bizonyos kulcsszervezetekre is szüksége van. "Ha eszel valamit, messze nem az összes baktériumod képes használni" - mondja Schwiertz. A rost erre példa. A Bifidobacterium adolescentis baktérium itt kulcsszervezetként működik. "Mivel lebontja az élelmi rostot más mikroorganizmusok számára, többé-kevésbé harapásméretűvé teszi" - magyarázta Schwiertz.
Az LPS-t hordozó baktériumok elősegítik a "szivárgó bél" kialakulását
De visszatérve az elhízás problémájára: "Természetesen a diéta fontos szerepet játszik" - mondja Schwiertz. A magas zsír- és szénhidráttartalmú étrend elősegíti az elhízást és dysbiosist okozhat - ez káros változás a baktériumok közösségében. Ekkor a lipopoliszacharidot (LPS) hordozó baktériumok vannak túlsúlyban. Ha a baktériumok egy áteresztő bélfalon („szivárgó bél”) keresztül jutnak be a véráramba, a test reagál a gyulladással. "Még akkor is, ha a gyulladás csak szubklinikus, hatással van az anyagcserére" - mondja Schwiertz.
A KyberMetabolic Test
A Herborn Mikroökológiai Intézete kifejlesztett egy diagnosztikai módszert, amellyel a baktériumok anyagcseréje felmérhető túlsúlyos vagy már elhízott betegeknél. Az új KyberMetabolic diagnosztikával a terapeuták áttekintést kapnak a mikrobiotával kapcsolatos alapvető paraméterekről, amelyek metabolikus szindrómához vezethetnek, vagy ronthatják az anyagcsere-helyzetet a nyilvánvaló metabolikus szindrómában szenvedő betegeknél.
"A legfontosabb organizmusokat rögzítjük" - magyarázta Schwiertz. Fontos az is, hogy a baktériumok mely rövid láncú zsírsavakat termelik. „Ha például az ecetsav megemelkedik, növeli az étvágyat. A propionsav viszont éppen az ellenkezőjét teszi - telítettséghez vezet. Az elmúlt évek tudományos eredményei alapján fejlesztettük ki a KyberMetabolic diagnosztikát. ”A diagnosztika azokra a paraméterekre összpontosít, amelyek szerepet játszanak az elhízásban.
Alig található rövid szénláncú zsírsav Parkinson-kórban
A legfontosabb baktériumok és a baktériumok szignálmolekulái nemcsak az elhízásban, hanem a Parkinson-kórban is szerepet játszanak. 6 Egy tanulmányban Schwiertz és munkatársai összehasonlították a Parkinson-kórban szenvedő betegeket saját korukkal és fiatal, egészséges önkéntesekkel. Kimutatta, hogy a Parkinson-kórban szenvedő betegek székletmintáiban lényegesen kevesebb székletbaktérium volt, mint egészséges embereknél.
"Ami azonban sokkal érdekesebb volt, mint a mikrobioma összetétele, a Parkinson-kórban szenvedő betegek metabolikus metabolitjai voltak" - számolt be Schwiertz, és folytatta: "A betegeknél minden rövid szénláncú zsírsav jelentősen csökkent. Tudnia kell, hogy a Parkinson-kórban szenvedő betegek mindegyike krónikus székrekedésben szenved. "
És pontosan itt záródik a kör, mert a rövid láncú zsírsavak részben felelősek a bél perisztaltikáért. A székletgyulladás marker kalprotektin mérései azt mutatták, hogy: A Parkinson-kórban szenvedő bél gyulladt. A „szivárgó bél” marker zonulin szintén szignifikánsan megnőtt a betegeknél - akárcsak az α-1-antitripszin és a laktoferrin gyulladásos markerei. A laktoferrin lehetővé teszi következtetések levonását a gyulladás bakteriális okáról. „A Parkinson-kórban szenvedő betegeknek így zavart bélgátja van, amelyben a mikrobiota is szerepet játszik” - zárta szavait Schwiertz és folytatta: „Ez pedig terápiás megközelítést is eredményez. A Parkinson-kórra jellemző egyéb tünetek a bélgyulladás és a székrekedés kezelésével is enyhíthetők. "
A bél és az agy közötti kapcsolat kezdetben meglepő volt, de jól tanulmányozták és felismerték. A tudósok a bél-agy tengelyről beszélnek. "Ha problémája van a belekben, rövid idő múlva az agyban is észrevehető lesz - és fordítva" - mondja Schwiertz. A kapcsolat a legismertebb például nagy idegállapotokban, amelyekhez gyakran jár gyakran WC-látogatás.
A legfontosabb baktériumok és anyagcseretermékek mutatják az utat
A példák szemléltetik: A mikrobiota elemzése új, okokkal összefüggő megközelítést tesz lehetővé a különféle klinikai képeknél.
Schwiertz: „A legfontosabb: Mely kulcsfontosságú organizmusok vannak és milyen anyagcseretermékeket termelnek a baktériumok? Mert ezen a ponton ma már terápiásan is beavatkozhat. "
A bélbaktériumok funkciója magyarázza dr. Kerstin Rusch az orvosi gyakorlat beszámolójában.