Jedna bakterie může pomoci seniorům i podvyživeným dětem, doufá český vědec

Na světě zhruba 170 milionů dětí trpí podvýživou kvůli chudobě, stovky tisíc mají různé alergie a musí dodržovat přísnou dietu. V důsledku toho mohou celoživotně trpět zakrslostí, kognitivními či imunologickými problémy.

Mikrobiolog Martin Schwarzer má naději, že problém by mohl alespoň částečně pomoci vyřešit projekt, za který byl letos oceněn českou Nadací Neuron na podporu vědy.

Vy jste v posledních několika letech asi jediný, kdo mi jako kontakt na sebe dal číslo na pevnou linku. Čím to?

Chodím do práce do Laboratoře gnotobiologie Mikrobiologického ústavu Akademie věd, který leží uprostřed lesů v údolí řeky Olešenky na Náchodsku. Takže s mobilním signálem je tu problém.

Budova byla původně snad textilka, od 50. let tu ale vznikly laboratoře, ve kterých se zkoumala otázka, která souvisela s využitím biologických zbraní. Vyvíjela se tu vakcína proti antraxu (sněti slezinné, pozn. redakce), tedy bakterii, o jejímž využití ve válce se tehdy spekulovalo. A proto bylo zvoleno tak odlehlé místo. Když byl výzkum vakcíny ukončen, laboratoře tu zůstaly. Jen dnes mají v určitém smyslu přesně opačný smysl než v minulosti.

Co tím chcete říct?

V dobách výzkumu vakcíny bylo hlavní obavou, aby se nic z laboratoří nedostalo ven, v současnosti se snažíme, aby se nic nedostalo dovnitř.

Naší specialitou je totiž chov bezmikrobních zvířat, tedy pokusných zvířat, která v sobě nemají žádné bakterie, žádný mikrobiom, řečeno výrazem, který už asi většina z nás zná. Naše experimenty mají tedy primárně za úkol zjistit, jak se organismy naučily žít s tou spoustou neviditelných tvorů, kteří nás neustále obklopují. A kteří žijí nejen kolem nás, ale také na nás a v nás.

Z hlediska řady bakterií jsme totiž velmi příhodný inkubátor, který poskytuje stálé životní podmínky: teplotu, potravu, také obrazně řečeno odvoz odpadu, tedy metabolických odpadů, a obecně bezpečí před vnějším světem.

Ale je to velmi složitý vztah, který nelze jednoduše charakterizovat. Například bezmikrobní zvířata mohou žít do značné míry běžným životem – alespoň tedy dokud žijí v čistém prostředí, kde se nesetkají s nějakými potenciálně škodlivými mikroorganismy. Proto je pro jejich odchov nutné specializované zařízení jako náš Hrádek.

I když tedy mohou prospívat, mají proti běžným zvířatům rozhodně fyziologické a imunitní odlišnosti. A vlastně i anatomické, protože například u hlodavců se extrémně zvětšuje cékum, takže slepé střevo mají enormně zvětšené. Hromadí se tam hlen, což zřejmě nějak souvisí s tím, že nemají mikrobiom ve střevech.

Takže nemůžeme jednoznačně říci, kdo a jak vlastně komu přesně pomáhá. Zjevně jsme ale uzpůsobení žít v prostředí plném mikrobiologického života.

Vzpomínám si, jak se před lety psalo o tom, že bakterie nás i ve vlastním těle převyšují počtem 10:1. Je to opravdu tak?

Nedávno vyšla krásná přehledová studie, která popisuje nejčastější mýty o mikrobiomu. Jedním z nic je i ten zmíněný poměr počtu bakterií k počtu tělních buněk. Těch 10:1 je zajímavý případ: jde o tradičně a nekriticky přijímané tvrzení ze 70. let. Když se na to vědci podívali před pár lety kritičtěji při zkoumání běžného člověka s běžnou váhou, zjistili, že je to spíše 1:1.

Na hmotnost to bude podle mého odhadu tak 200 až 250 gramů. A to množství během dne kolísá. Většina bakterií žije v tlustém střevě, tedy na konci trávicího traktu. Po odchodu z toalety je poměr „cizích“ bakteriálních buněk a vlastních buněk nepochybně jiný než předtím.

Když tedy dnes víme, kolik bakterií v nás žije, co víme o jejich fungování?

Před 10 nebo 15 lety vládlo všeobecné nadšení, že díky posunům ve „čtení“, tedy sekvenování DNA, bude zkoumání našeho mikrobiomu podstatně jednodušší a levnější. Sekvenování totiž umožňuje jednoduše ze vzorku stolice určit, jaké bakterie v sobě máme. Existovala naděje, že nám to umožní určit, jak to souvisí s nemocemi a zdravím.

Od té doby ovšem došlo k posunu ve vnímání. Je jasné, že mikrobiom ovlivňuje celou řadu zdravotních aspektů a chod našeho těla od imunitního systému po výskyt nejrůznějších chorob. Ale také už je jasné, že neexistuje žádný jeden ideální mikrobiom, že záleží na řadě okolností a také na genetické výbavě toho daného člověka. Odborníkům tak začalo být jasné, že nestačí pouze vědět, kdo se v mikrobiomu nachází, ale také, co které bakterie dělají a jaké jsou vzájemné vztahy ve společenství a jaký je jejich vztah k hostiteli.

Můžeme se na to dívat jako na období, kdy Carl Linné začal třídit zvířata a rostliny do systému. Stejné období mohlo být i ve studiu mikrobiomu, kdy jsme se snažili popsat, kdo tam je, a nyní potřebujeme vědět více o tom, co dělají a jaký mají vztah k sobě navzájem a k hostiteli.

Což mimochodem souvisí s dalším mýtem, který se rozebírá ve zmíněném článku a se kterým se setkáváme častěji: že totiž většinu mikroorganismů z našeho trávácího traktu není možné kultivovat. Ano, řada takových je, ale stále přibývá těch, které s pomocí moderních technologií můžeme v laboratoři množit. A protože se snažíme v současnosti více zkoumat otázku, jak fungují vztahy v mikrobiomu, tak důležitost kultivací těchto mikrobů roste.

A co zajímá konkrétně vás?

Já jsem se v posledních letech věnoval intenzivně otázce, jak jeden konkrétní kmen bakterie ovlivňuje růst a vývoj myší v raném věku, když jsou vystaveny chronické podvýživě. První část výsledků jsme v roce 2016 publikovali v časopise Science a letos v únoru nám v tomtéž časopise vyšla navazující studie.

Asi jednom ze dvou nejslavnějších a největších vědeckých časopisů na světě…

Ano, je to tak a já jsem šťatný, že je naše výsledky zaujaly. Na začátku stálo zjištění, že bezmikrobní mladé myši vystavené chronické podvýživě úplně přestaly růst do délky a přibývat na váze – jejich růst se prostě zastavil. Naopak konvenční myši rostly i při takovéto špatné dietě, ale pomaleji než myši krmené optimální potravou.

My jsme ovšem v naší práci ukázali, že stačí málo, aby to změnilo: když jsme do střev bezmikrobních myší vložili jeden určitý druh bakterie, tak poté prospívaly stejně jako myši konvenční.

Jaká bakterie to je a proč tak malá změna může mít takový vliv?

Jde o běžnou bakterii, která se vyskytuje třeba v kvašených výrobcích s latinským názvem Lactiplantibacillus plantarum (dříve Lactobacillus plantarum, pozn. redakce). Jak se ukázalo, její přítomnost zvyšuje citlivost myší k růstovému hormonu, který zásadním způsobem ovlivňuje růst obratlovců v raném věku. Tělo tedy citlivěji reaguje na povel k růstu, dalo by se říct.

Prokázali jsme při tom, že jde jen o jeden specifický kmen této bakterie označovaný jako Lactiplantibacillus plantarum WJL. Jiné kmeny stejné bakterie stejný efekt neměly.

Jak to?

Pro vysvětlení použiju přirovnání: Dejme tomu, že máme dva pány. Oba se jmenují Ludvík Culík. Jeden je ale zedník a druhý je elektrikář. Když o nich mluvíte, řeknete prostě Ludvík Culík. Pokud ovšem chcete stavět dům, musíte si pozvat toho, který umí pracovat s cihlami, a pokud chcete zavést elektřinu, tak si musíte pozvat toho, který je elektrikář.

Lactiplantibacillus plantarum je jen taxonomické určení bakterie. Zařazení bakterie vyplývá z jednoho místa genomu, ale co se nachází na genomu mimo toto místo, se často neví.

Přitom právě ta neznámá místa pochopitelně mohou být klíčová. Pro prevenci určitého onemocnění je třeba vyzkoušet daný kmen bakterie. A teprve poté můžeme říci: „Ano, tato bakterie by mohla sloužit k prevenci tohoto onemocnění.“ Říká se tomu kmenová specificita.

Jak zrovna tato bakterie dokáže nastartovat růst?

Zjistili jsme, že klíč se skrývá v jejím obalu, tedy buněčné stěně. Ona ta naše bakterie nemusí být ani živá, aby růst stimulovala, stačí pouze její buněčná stěna. Pak jsme našli na střevech myší receptor, tedy místo, do které látka z povrchu bakterie obrazně řečeno „zapadne“. Je to receptor přirozené imunity NOD2. Takže jsme našli jak klíč, tak i zámek, které u zvířat dohromady spouštěly lepší růst.

Tato práce by mohla mít praktický dopad i v lidské medicíně, předpokládám.

Já myslím, že potenciál tam je. Ale my jsme udělali základní výzkum, popsali jsme mechanismus, nebo jeden z mechanismů, jakým to funguje. Dalším krokem by muselo být otestování naší bakterie v praxi přímo na lidech – a na to musíme najít partnery. To není náš obor a nemáme k tomu možnosti.

Myslíme si ovšem, že pokud by se ta bakterie nebo její buněčná stěna, popřípadě látka, která se váže na receptor NOD2, staly součástí přístupu k léčbě dětí, které trpí podvýživou, tak by jim to mohlo pomoci překonat dlouhodobé důsledky podvýživy.

Není to také čistě problém jen u dětí. Teoreticky by mohli přípravek používat také senioři. Mnozí z nich totiž trpí takzvanou proteinovou malnutricí, při které jejich střeva už nedokážou dobře vstřebávat bílkoviny.

A jakým směrem se bude vyvíjet vaše výzkumná práce?

Zajímavých směrů je vícero. Chceme například podrobně prozkoumat souvislosti kolem účinků bakterie na slizniční buňky. Co víme ze studií na octomilce, tak tam „naše“ bakterie zvyšovala produkci některých látek na štěpení potravy, konkrétně enzymů známých jako proteázy. Znamená to, že potom byly larvy much schopny získat více bílkovin i z toho omezeného množství, které měly ve stravě. Nás by hodně zajímala otázka, jak to funguje u savců.

Na závěr ještě jednu praktickou otázku: Jak se máme starat o svůj mikrobiom? Co pro něj můžeme dělat?

Nu, pokud byste měli vážný problém, jaký by snad mohl pomoci řešit nás výzkum, tak byste se měli poradit s odborníkem na výživu, tedy dietologem. Ale pokud nemáte vážné zdravotní obtíže podobného rázu, tak vlastně není zapotřebí dělat moc. Nemusíte kupovat žádné doplňky či jiné věci, stačí jíst dobrou, „živou“ stravu, jak se říká.

Teď je třeba období zelí, tak doporučuji krouhat, šlapat a nakládat. Právě v zelí je mimo prospěšných bakterií jiného i spousta prebiotik, tedy v podstatě látek, které jsou pro nás nestravitelné, ale fungují jako výživa pro náš střevní mikrobiom. Takže není zapotřebí žádná exotika nebo speciální přípravky.

Informace: Text omylem uváděl špatný latinský název zkoumané bakterie a popisek jedné fotografie nepřesně místo laboratoří. Chyby byly opraveny, čtenářům se za ně omlouváme.