V posledných rokoch sa roztrhlo vrece s vedeckými článkami o tom, že ak máte nesprávne zloženie baktérii v črevách (alebo na koži, vo vagíne…), tak je to predispozícia na takú a onakú chorobu. Zlacnenie sekvenovania DNA, ktoré sa stalo už niečím masívnym, spustilo túto vlnu objavov. Dokonca už existujú aj súkromné firmy, ktoré vám osekvenujú DNA baktérii vo vašom výkale, keď im pošlete vzorku. Dostanete nejaké percentuálne pomery baktérii, ktoré sa nachádzajú vo vašom výkale. Ale nedozviete sa, či máte blízko k nejakej chorobe.
Prečo je to tak komplikované? Ukážem vám to na príklade infekcie spôsobenej Clostridium difficile, ktorá je moja špecialitka. Nedávno mi vyšli na túto tému články vo Frontiers in Cellular and Infection Microbiology a mSphere.
Je už dávno jasné, že C. difficile spôsobuje túto infekciu. Produkuje toxín, ktorý ničí črevné tkanivá. Takže najprv to začne hnačkou, ale ak sa to nepodchytí na čas, zničí sa vám črevo a môžete zomrieť. Ale ak vám ho pri analýze zloženia črevných baktérii objavia, neznamená to, že na túto infekciu niekedy ochoriete. C. difficile v sebe nosí v črevách veľká časť populácie, dokonca nie je ani klasifikované ako extrémne nebezpečná baktéria.
Štatisticky sa zistilo, že pacienti po užívaní niektorých širokospektrálnych antibiotík, napríklad Clidamycínu, majú zvýšenú šancu, že dostanú infekciu C. difficile. Teória je taká, že antibiotiká zabijú baktérie, ktoré žili obvykle vo vašich črevách, čo aktivuje C. difficile. Dobré baktérie by za normálnych podmienok mali brániť C. difficile v tom, aby produkovalo svoj toxín.
Keď sa pozriete na mikrobióm ľudí s diagnostikovanou infekciou C. difficile a porovnáte ju s mikrobiómom zdravých ľudí, očakávali by ste, že odhalíte tie baktérie, ktoré za normálnych podmienok infekcii bránia. Ale nie je to také jednoduché, lebo každý človek bral nejaké iné antibiotiká, ktoré mali na jeho mikrobióm iný efekt.
Aj keby sme pozbierali iba pacientov, ktorí brali tie isté antibiotiká a počas tej istej doby, nedokážeme identifikovať prospešné baktérie tak ľahko. Ak ten istý pokus urobí aj niekto iný na druhom kontinente, možno dostane odlišné výsledky. Ako je to možné? Môže za to jednak veľmi veľká bakteriálna diverzita u ľudí, ale aj odlišný spôsob analyzovania dát.
Medzi vedcami existuje niekoľko zásadných názorových rozdielov v tom, ako mikrobióm analyzovať. Ide hlavne o to, čo urobiť s baktériami, ktoré nevieme identifikovať? Sekvencie DNA sa porovnajú s jednou databázou, ale niekedy nemáme dostatočne dlhú alebo kvalitnú sekvenciu, aby sme mohli určite presný druh baktérie. Druhý veľmi častý dôvod je, že tam máme takú batériu, ktorú ešte nikto nikdy predtým neoskevenoval, takže sa nepozná jej presný názov. Môžeme však podľa jej DNA sekvencie odhadnúť, do akej taxonomickej skupiny patrí. Bude spadať do skupiny nedostatočne identifikovaných baktérii, o ktorej budeme tak maximálne vedieť, že napríklad patrí do oddelenia Firmicutes, ale nič bližšieho.
Taxonomický systém združuje druhy baktérii do rodov, rody do čeľadí, čeľade do radov, rady do triedy a triedy do oddelení. Napríklad Clostridium difficile sa nám občas podarí identifikovať na úroveň druhu ako Clostridium difficile, inokedy iba na úrovni rodu ako Clostridium, v najhoršom prípade iba na úrovni oddelenia Firmicutes. V odelení Firmicutes sú aj stovky ďalších bakteriálnych druhov, napríklad aj Staphylococcus epidermidis, ktorého máme úplne bežne na našej koži alebo aj Lactobacillus, ktorého si denne kupujeme v jogurtoch. V laboratórnych podmienkach bolo dokonca zistené, že Lactobacillus a C. difficile si vzájomne konkurujú. Takže prezentovať výsledky na úrovni oddelení by znamenalo skombinovať Clostridium difficile s Lactobacillusom, a to by asi nebolo veľmi správne, že? Bohužiaľ sa to vo vedeckých publikáciach stáva dosť často.
Na nasledujúcom obrázku je príklad, ako taký výsledok analýzy mikrobiómu vyzerá.
Je to detailný pohľad na zistenú taxonómiu baktérii z jednej vzorky výkalu. Všimnite si, že k čeľadi Lachnospiraceae patrí 17 percent všetkých baktérií, je to na obrázku tá oranžová časť. Ale z týchto baktérii patriacich do čeľade Lachnospiraceae sme na úroveň rodu dokázali identifikovať pár sekvencií: patria baktériam rodu Blautia, Ruminococcus, Dorea a Roseburia. Viac než polovicu baktérii patriacich do čeľade Lachnospiraceae nevieme určiť na úrovni rodu – to je tá žltá časť.
Niektorí vedci by sa takéhoto výsledku zľakli, lebo by nevedeli, čo urobiť s tými neidentifikovateľnými príslušníkmi čeľade Lachnospiraceae. Pôvodne predsa chceli hovoriť o baktériách na úrovni rodu, ale pri takom veľkom množstve neidentifikovateľných rodov začnú radšej hovoriť o baktériách na úrovni čeľadi. Zmiešajú baktérie, ktoré nemajú nič spoločné dokopy. Preto sú výsledky takýchto štúdii veľmi vyhýbavé.
Druhá možnosť by bola, že by vedci síce hovorili oddelene o baktériách rodu Blautia, Dorea či Roseburia, ale tiež by spomínali akési neidentifikovateľné Lachnospiraceae, ako keby to bol nejaký samostatný rod. Pritom tieto neidentifikovateľné Lachnospiaceae môžu obsahovať aj ďalších príslušníkov rodov Blautia či Dorea, ktorí sú zatiaľ ešte neznámi. Táto neidentifikovateľná časť Lachnospiraceae môže tiež aj obsahovať niekoľko rôznych rodov, ktoré vôbec nepoznáme a do toho mať aj primiešané napríklad nejaké zvyškové sekvencie Blautie, ktoré sa pre nízku kvalitu sekvencií nepodarilo s určitosťou priradiť k oficiálnej Blautii. Takže žltou farbou naznačené neidentifikovateľné Lachnospiraceae môže byť vlastne veľmi hybridná skupina. Takže zase veľmi vyhýbavý výsledok.
Iná skupina vedcov by sa snažila tieto neidentifikovateľné baktérie silou mocou nejako identifikovať. Sú na to metódy. Výsledok vyzerá na prvý pohľad super, lebo sa vám vytvoria akési umelé taxonomické jednotky a všetky sekvencie sa vám zaradia k nejakým umelo vytvoreným bakteriálnym jednotkám. Ale rozvážnejší vedci vedia, že takéto metódy majú aj svoje veľké nevýhody. O tom budem písať v mojom budúcom blogu.
Zatiaľ sa len pozrite na tabuľku z jedného review, kde zosumarizovali výsledky všetkých štúdii, ktoré sa zaoberajú mikrobiómom ľudí nakazených C. difficile. Je v tom dosť chaos. Jedna štúdia hovorí o baktériách na úrovni čeľadí, iná na úrovni oddelení. Niektoré čeľade, ktoré sa našli u ľudí nakazených C. difficile infekciou, sa našli v inej štúdii u ľudí bez tejto infekcie.
Čo si o tom myslieť? Nemusíte sa s tým trápiť, ak sa nevenujete bakteriálnej metagenomike. Celkom stačí, že keď pošlete svoju vzorku výkalu nejakej firme, ktorá sekvenuje baktérie, nebudete od nej vyžadovať prognostiku vašich chorôb.
