Zloženie baktérií počas choroby

Kdesi som vygooglila, že inflammatory bowel disease sa do slovenčiny prekladá ako nešpecifický črevný zápal. Kedže nie som lekárka, v mojom blogu budem túto chorobu nazývať iba skratkou IBD. Je to autoimunitné ochorenie, počas ktorého má človek hnačky, zvracia, bolí ho brucho, schudne a máva aj krv v stolici. Jej prepuknutie má vraj z časti na svedomí aj genetická predispozícia človeka, ale čoraz častejšie sa dáva do súvislosti so zmenami zloženia baktérií v tráviacom trakte. Takže je to horúca úloha pre nás genomikov.

Zloženie baktérií v prípade chorôb tráviacej sústavy odhalíme sekvenovaním ribozomálneho génu 16S, ktorý je akoby identifikačný preukaz každého druhu baktérií. Rozlúštením sekvencií tohoto génu identifikujeme jednu za druhou bakteriálne skupiny, ktoré sa vo výkale nachádzali. Rozdiely sa hľadajú porovnávaním so zdravými dobrovoľníkmi a v mnohých prípadoch sa zistí, že pacienti majú viac tej a menej inej skupiny. Už som o zložení baktériálnych druhov počas IBD čítala veľa článkov, ale vedci po celom svete sa s výsledkami veľmi nezhodujú. Totižto v črevách to s baktériami nie je také jendoduché.

Povedzme, že vedci zistia, že sa vo vzorkách pacientov trpiacich na IBD vyskytuje väčšie množstvo druhu Prevotella než u zdravých dobrovoľníkov. To je ešte len prvý krok, lebo na to, aby sme mohli dať Prevotellu do súvislosti s IBD treba urobiť nejaké pokusy na myšiach. Ak myšiam nachýlným k IBD, ktoré sa navyše narodili v absolútne sterilných podmienkach alebo dostávali antibiotiká, podáme Prevotellu, budeme čakať, že sa v jej črevách vytvorí IBD. Urobilo sa však veľa pokusov a zistilo sa, že Prevotella nie je schopná spustiť IBD. A tak by som mohla menovať aj desiatky ďalších baktérií, ktoré už vedci s rôznymi typmi myší skúšali, ale stále bezúspešne. Keď však dali myšiam najprv kontrolované zloženie baktérií (dopredu známe) a potom im podali podozrivú baktériu, začalo sa zdať, že to už má na črevá nejaký negatívny efekt. Výsledok z toho je, že jediný druh baktérie nie je schopný spôsobiť IBD, ale keď je v spolupráci s inými, hoci aj komenzálnymi druhmi, už sa v črevách niečo deje. 

Pred niekoľkými mesiacmi som na mojom blogu vysvetľovala náš článok, ktorý vyšiel na konci roka 2013 v časopise Scientific Reports. Tam sme používali prietokovú cytometriu na to, aby sme rozdelili črevné baktérie na aktívne a neaktívne a tiež aj podľa toho, či sú obalené ľudskými imunoglobulínami A (IgA) alebo nie. Naša práca však zahrňovala len zdravých dobrovoľníkov, od ktorých je veľmi jednoduché získať vzorky (prezradím - kolegovia). So vzorkami pacientov z nemocnice sme mali problémy: zlá kvalita, chýbajúce klinické údaje... Až teraz konečne, keď som bola prednedávnom v Bostone, som získala naozajstnú kolekciu výkalov pacientov na úrovni. S tým sa už dá niečo vyskúmať.

Spomínaná skupina z USA, ktorá pred pár dňami publikovala článok v Cell, urobila to isté delenie pomocou prietokovej cytometrie ako my, k tomu však pridali aj pokusy s myšami. Kedže z hľadiska ľudského imunitného sytému je IBD veľmi zaujímavá choroba, bolo by dobré vedieť, s ktorými druhmi baktérií sa v čase IBD stretáva imunitný systém človeka. Zistili, že isté druhy IgA obalených baktérií sa nachádzajú aj u pacientov, ale tiež aj u zdravých dobrovoľníkov. Našli však pár druhov, z ktorých pripravili premix pre pokusné myši. Výsledok: IgA obalené baktérie boli schopné spôsobiť príznaky podobné IBD. 

Tiež si všimli, že niektoré druhy, napríklad Bacteroides fragilis, sa nachádzal aj v IgA obalenej aj v IgA neobalenej skupine. Boli schopní tohto Bacteroidesa kultivovať a osekvenovali celé genómy získaných kolónií a zistili, že sa tam nachádzali dva rôzne kmene. Skúsili tieto dva kmene podať myšiam a vyšlo im, naozaj len jeden z týchto kmeňov spôsobuje určité fyziologické zmeny na črevách, zatiaľ čo druhý nie. To je veľmi zaujímavý poznatok, pretože tu vidíme, aké rozdiely sú medzi kmeňmi baktérií. Bohužial pri obyčajnom sledovaní zloženia bakterií pomocou sekvenovania génu 16S nie sme schopní ísť až do hĺbky baktériálneho kmeňa, pretože sa väčšinou pracuje len s vyššími taxonomickými skupinami, ako rody, triedy alebo oddelenia. Kmeňe sa dajú odhaliť až pri sekvenovaní celého genómu - jediný gén 16S na presnú identifikáciu nestačí. Preto si dokážem predstaviť, že možno toto je dôvod prečo po dlhé roky vedcom nevychádzali žiadne jednoznačné výsledky v rozdieloch medzi zdravými a chorými jedincami - pracovali totiž len na úrovni baktérialných oddelení.

Ten článok v Cell je fakt na úrovni, klobúk dolu, tie pokusy s myšami potvrdzujú, že naše sekvenačné experimenty s IgA obalenými baktériami mali zmysel. Môj šéf sa potešil, že akí sme dobrí, že nás citujú v Cell. Ja som sa však zarmútila, lebo som si uvedomila, že keby sme nemali toľko problémov so získavaním vzoriek pacientov, mohli sme byť my tými prvými, ktorí publikovali rozdiely medzi zložením IgA obalených baktérií v zdraví a chorobe. My sa síce nevenujeme IBD ale inej chorobe, ale aj tak je mi trochu ľúto, že teraz budú všetci ako základnú publikáciu citovať tento článok v Cell, zatiaľ čo na náš článok v Scientific Reports tu bol skôr, ale úplne sa naňho zabudne. Pričom prvý človek, ktorého napadlo sekvenovať baktérie obalené IgA, bol môj šéf.