A bél mikrobiota dysbiosis fogalmával kapcsolatos problémák

Géntechnológiai Laboratórium, Biológiai Rendszerek Tanszék, KU Leuven, Leuven, Belgium

Finanszírozási információk:

Nincsenek finanszírozási információk.

Összegzés

Bevezetés

„Az emberi mikrobiota korunk egyik legdinamikusabb kutatási területének középpontjában áll” - ezzel a mondattal kezdetét veszi egy nemrégiben végzett sejt-áttekintés az emberi bél mikrobiómájáról (Schmidt et al., 2018). Ha a Nature, Science, Cell és testvérfolyóirataikban a mikrobiómák kutatásának terjedelmét vizsgáljuk, ez az ítélet korántsem túlzás. Néha egész számok vannak tele mikrobiológiai papírokkal, például a Nature 2019. május 30-i száma, amely bemutatja az Integratív Emberi Mikrobióm Projekt (HMP) legújabb eredményeit (Proctor és az Integratív HMP (iHMP) Kutatási Hálózat Konzorcium, 2019) .

A HMP három alprojektjének egyike a bél mikrobiotájával foglalkozik a gyulladásos bélbetegségben (IBD), ahol a multiomikai technológiák lenyűgöző sorozatát alkalmazták 132 betegből egy év alatt ismétlődő, majdnem 3000 széklet-, biopszia- és vérmintára (Lloyd‐ Ár et al., 2019). A megfigyelt variancia többségét az egyének közötti eltérés tette ki, míg a betegség állapota csak kisebb hányadot magyarázott. A nyomon követés során egyes betegeknél „diszbiotikus” bélmikrobiómás kirándulások történtek, de csak gyengén kapcsolódtak a betegség aktivitásához. Ezek a bél mikrobiota-eltérések tehát potenciálisan sztochasztikus eseményeket jelentettek. Az aerotoleráns, gyulladáscsökkentő baktériumok klónjának taxonómiai elmozdulása megerősítette a korábbi jelentések megfigyeléseit. Újdonság a clostridia által okozott nagyobb génexpresszió és egy osztályozatlan csökkenése Subdoligranulum fajok az IBD-ben. A szerzők hangsúlyozták, hogy nem világos, hogy a multiomikus mikrobiómás adatok képesek-e előre jelezni a betegség eseményeit azok előfordulása előtt. Az ok-okozati elemzéshez intervenciós tanulmánytervekre van szükség. Az adatok a jövőbeni kutatást lehetővé tevő multiomikai jellemzők közötti új kapcsolatok katalógusát kínálják, a mikrobiómák kutatása mégis nagyrészt leíró jellegű.

A definíciók problémája

Az ipari felhasználásra szánt mikrobiómából származó termékek problémái sokrétűek. Meglepő lehet, hogy egy akadály alapvető tudományos meghatározás kérdése, amelyet nem szabad pusztán szemantikai fontossággal elvetni. Közel 2000 évvel ezelőtt az orvostudomány egyik alapító atyja hangsúlyozta az egyértelmű tudományos kifejezések fontosságát, amikor azt írta: „Először azonban meg kell különböztetnünk és világosan meg kell magyaráznunk azokat a különféle kifejezéseket, amelyeket használni fogunk, és milyen dolgokra alkalmazzuk őket; és ez nemcsak a kifejezések magyarázatát, hanem egyúttal a természet hatásainak bemutatását is bizonyítja ”(Galen, Kr. u. 191). A probiotikus területen régóta megvitatták, mi képviseli a probiotikumot, és a definíció megtalálására konszenzusos konferenciákat szerveztek. Világos definícióval nem lehet egyedül megoldani a tudományos kérdéseket. Valójában a tanult társadalmak csak kevés probiotikumot ajánlottak korlátozott számú egészségügyi alkalmazáshoz (Brüssow, 2019). A fogalmak egyértelmű meghatározásának hiánya azonban elrontja a vitát.

A diszbiózis meghatározásának megközelítései

Alapvető kritikát fogalmazott meg a dysbiosis kifejezés naiv használatával kapcsolatban Levy et al. (2017), aki megállapította, hogy nem elegendő a betegeket egy betegségtől mentes kontroll kohorszal összehasonlítani; különösen szüksége van összehasonlításokra ugyanazon betegség különböző megnyilvánulásai között. Ez a kérés szorosabb társulási szintet biztosítana anélkül, hogy teljesen megoldaná az ok vagy a következmény problémáját. Ezek a szerzők a diszbiotikus mikrobiota funkcionális, nem taxonómiai értelmezését is szorgalmazták, és felvetették a megfigyelések magas kontextusfüggőségét, például azzal, hogy a gazda immunrendszere a mikrobiomra hat, és a mikrobiom a gazda immunrendszerére hat. Ezek a szerzők radikális javaslatot terjesztenek elő arra vonatkozóan, hogy a diszbiotikus mikrobiota konfigurációjának meg kell felelnie Koch posztulátumának kritériumainak a betegséget okozó mikrobiális ágens meghatározására, amelyet itt kiterjesztünk egy betegséget okozó mikrobiomra.

A gyermekkori dysbiosis és a betegség kapcsolatának vizsgálatakor Vangay et al. (2015) fontos zavaró tényezőket említett, amelyekkel számolni kell az ilyen mikrobiota-betegség elemzések során, mint például a bél mikrobiota időbeli érése és a mikrobiota összetétel függése a szülés típusától (Caesarian vs. vaginalis) (Chu et al., 2017), az étrendről (szoptatás és palackozás) és az előzetes antibiotikum-használatról. A csecsemők bélmikrobiotájának részletes leírását, figyelembe véve ezeket a tényezőket, Svédországból származó egészséges csecsemők számára (Bäckhed et al., 2015) és az Egyesült Államok (Baumann ‐ Dudenhoeffer et al., 2018). Egyetlen eset-kontroll tanulmány dokumentálta a mikrobiota-betegség összefüggést, nevezetesen az alultápláltságot a bangladesi gyermekeknél, a mikrobiota korának fejlődésével, a gépi tanulás felhasználásával 16S RNS-szekvencia adatokon, amelyek „relatív mikrobiota érettségi indexet” eredményeztek. A szerzők az alultáplált gyermekek esetében (subramanian et al., 2014). Noha ez a megfigyelés kutatási szempontból érdekes, gyakorlati jelentősége korlátozott, mivel ez az állapot antropometriával és vizuális diagnosztikával könnyen értékelhető.

A sokszínűség kérdése

A Hadza-adatok egy másik szempontot hangsúlyoznak, nevezetesen a bél mikrobiota szezonális változékonyságának fontosságát a primitív társadalmakban (Smits et al., 2017), amely veszélyezteti a bél mikrobiota konstelláció és az egészség társítását, kivéve, ha szezonális egészségügyi változásokat vagy két különböző egészséges bél mikrobiota konstellációt is számolunk különböző ökológiai körülmények között. Vannak olyan adatok is, amelyek nagyon kis számú emberrel készültek, igazolják a bél mikrobiota összetételének napi változását, és részletesebben leírják egerekben (Thaiss et al., 2014). Megerősítésük esetén a bél mikrobiota konstellációjának ilyen volatilitása standardizált székletmintavételi időkkel (évszakok, napszakok) szükséges protokollokra, hogy támogassák a vizsgálatok közötti összehasonlításokat és lehetővé tegyék az általánosítások levezetését.

Ezenkívül Shade (2017) visszafogásra szólít fel a sokféleség mérésének felhasználásával az egészségügyi értékelésekhez: a sokféleség önmagában korlátozott értékű, mert sok összefüggés szükséges az értelmezéséhez. Az ökológia területén régóta felismerték a közösségi sokszínűség különböző mutatóinak eltérését, ami bonyolítja a vizsgálatok közötti összehasonlításokat. Mint ilyen, a mikrobiota sokféleség nem jó és nem is rossz. A lényeget könnyen bizonyítja az emberi hüvelyi mikrobiota, ahol a megnövekedett mikrobiális sokféleség egyértelműen káros hatásokkal jár (bakteriális vaginosis, afroamerikai nőknél még károsodott születési eredmények is társulnak; Fettweis et al., 2019). A mikrobiota – egészségügyi társulások gazdaszervezetének genetikai háttérfüggőségét jól bizonyítják afroamerikai és fehér amerikai nők hüvelyi mikrobiota vizsgálatai (Callahan et al., 2017). A hüvelyi mikrobiota esetében a mikrobiota és a hominid törzs együttes evolúciójának érve nem alkalmazható, mivel Lactobacillus- domináns hüvelyi mikrobiota csak az emberekben található meg, a majmokban nem (Miller et al., 2016).

Alulteljesített tanulmányok és metaanalízisek

Számos, a diszbiózist diagnosztizáló esettanulmányos vizsgálat során végzett mikrobiota-tanulmány statisztikailag alulteljesített, csak kis emberi mintaméreteket számolva: 2018) meta-elemzések mellett érvelnek a diszbiózis területén. A metaanalízis sok kicsi tanulmány statisztikai erejét növelheti azáltal, hogy a valós jeleket detektálja a hamis pozitív eredmények hátterében. A metaanalízis egyik fő eleme a következetes megfigyelések azonosítása független vizsgálatok során vagy a hamis asszociációk cáfolása. Tesztes esetet biztosítunk az elhízással járó bél mikrobiota asszociációra.

A dysbiosis vizsgálatok kategorizálása

Eubiózis

A „dysbiosis” kifejezés viszonylag megfoghatatlan jellege az „eubiosis” hasonlóan rosszul jellemzett ellentétes kifejezésének tükörképe. Nincs pontos meghatározás az eubiosisra a „kiegyensúlyozott” mikrobiótán vagy az egészséges alanyokban található mikrobiotán túl. Az eubiotikus mikrobiota egyértelmű meghatározása különösen fontos az eseti kontroll vizsgálatok során. Ha az egészséges eubiotikus mikrobiota szemantikailag és mikrobiota összetételénél is jól körülhatárolható, csak kisszámú kontrollalany mikrobiota adataira lenne szükség. Ezt a hatást az „Anna Karenina-elv” javasolja, amely kimondja, hogy a diszbiotikus egyének mikrobaközösségi összetétele jobban változik, mint egészséges egyének (Zaneveld et al., 2017). Ennek az elvnek a sajátos neve egy szójáték Lev Tolsztoj könyvén, amely a következő mondattal kezdődik: „Minden boldog család hasonlít egymásra, minden boldogtalan család a maga módján boldogtalan”. Ezt az elvet támasztották alá az óceánkorallok, ahol a diszbiotikus korallok, azaz a stresszes korallok mikrobiomája változóbb és instabilabb, mint az egészséges (Ahmed et al., 2019). Míg az emberi hüvelyi mikrobiota látszólag egyetért ezzel az elvvel, korántsem világos, hogy ez az elv érvényesül-e az egészséges emberi bél mikrobiotára (Brüssow, 2016).

Zavaró tényezők

Több omika megközelítés…

… És azok korlátai

A mikrobiális GPS-t létrehozó megközelítések lenyűgözőek, de még mindig messze vannak a klinikai gyakorlatba történő átültetéstől. A mikrobiota tesztek érzékenysége és specifitása a betegség diagnosztizálásához még mindig nem egyértelmű. Az sem ismert, hogy a mikrobiota változásai elég finomak-e ahhoz, hogy lehetővé tegyék a diagnosztikailag értelmes differenciálódást. Alapvetően a bélmikrobiota-vizsgálatok többségét logisztikai okokból székletmintákkal végezték. A székletminták mikrobiotájának összetétele eltér a nyálkahártya-mintákétól (Eckburg et al., 2005). Nyilvánvaló, hogy a nyálkahártya mikrobiota, annak szorosabb összefüggése miatt a beteg bélszövetekkel, nagyobb valószínűséggel befolyásolja a betegség kimenetelét, ha a mikrobiota a vizsgált betegség mozgatórugója. A széklet mikrobiota ezzel szemben a leválasztott nyálkahártya baktériumok és egy különálló, nem tapadó luminalis mikrobiota keveréke, amely kevésbé valószínű, hogy tükrözi a betegség folyamatát. A széklet mikrobiota tehát potenciálisan csak a kóros események távoli tükre, ezért nem szabad elvárnunk szoros összefüggést a bélbetegséggel, még akkor is, ha léteztek a nyálkahártya mikrobiota számára.

Átfogó, komplex beavatkozási kísérlet

Módosította Koch mikrobiom – egészség társulásokra vonatkozó posztulátumát

Amikor a Koch-típusú posztulátumokat alkalmazzuk a kommenzális-egészségre és a diszbiózis-betegség összefüggésére kiterjedően, akkor felismerjük, hogy mennyire vagyunk még távol a terület egyértelmű meghatározásától, a kommenszálok és az esetleges kivétel kivételével. C. difficile fertőzés. Azonban a székletátültetéssel egyértelmű klinikai előnyökkel járó területen a mikrobioma korszakát megelőző megközelítést leszámítva (Tvede és Rask-Madsen, 1989; Tvede et al., 2015), még nem intervenciós szinten, a törzs szintjén meghatározott mikrobiális elemekkel.

Sejtésekről és cáfolatokról

Hasmenéssel kapcsolatos tapasztalatok

Az akut hasmenés érdekes teszteset a mikrobiómák kutatásában, mivel a betegség rövid ideig tart és önkorlátozó. A fiziológiás bél mikrobiota egyensúlyának természetes zavarát és annak kóros folyamat általi megzavarását, valamint egy új egyensúly helyreállítását ígéri, hogy megértsük a mikrobák és a mikrobák kölcsönhatásának mechanizmusait a bélben.

Outlook

Az orvosi beavatkozások, például az antibiotikus kezelés vagy a béltisztítás a kolonoszkópiára való felkészülés során érdekes kutatási lehetőségeket jelentenek a mikrobiómák elemzéséhez, mivel minden beiratkozott alany informatív, és biológiai minták könnyen beszerezhetők a beavatkozások előtt, alatt és után (Fukuyama et al., 2017). Ezek az adatok kiegészíthetik az akut hasmenéses vizsgálatok betekintését.

A klinikai beavatkozási kísérletek végül kritikus tesztek a mikrobiómák kutatásának gyakorlati értéke szempontjából. A széklettranszplantáció sikere C. difficile a fertőzés a remény jele (Tariq et al., 2019), de meg kell magyaráznunk, hogyan működik mechanikusan, mind az ipari termék elérése érdekében, mind pedig annak megértése érdekében, hogy a székletátültetés miért működik kevésbé jól más gasztroenterológiai betegségekben (Imdad et al., 2018).

Köszönetnyilvánítás

Köszönöm Dr. Shawna McCallinnak a kézirat kritikus elolvasását.