Sintetinis mikrobiomo terapija, patikrinta pelėms, apsaugo nuo sunkių žarnyno infekcijos simptomų, kurie yra žinomai sunkiai gydomi ir potencialiai gyvybei pavojingi žmonėms, teigia „Penn State“ tyrėjų komanda. Komanda sukūrė „Clostridioides Difficile“ arba „C. Difficile“, bakterijos, kuri gali sukelti stiprų viduriavimą, pilvo skausmą ir storosios žarnos uždegimą, gydymą.
C. Difficile gali apaugti, kai žarnyno mikrobiomo pusiausvyra – trilijonai organizmų, kurie palaiko jūsų kūną sveiką – sutrikdo. Komanda teigė, kad jų išvados gali sukelti naujų probiotinių strategijų, skirtų žmonėms, sukūrimui C. difficile infekcijai kaip alternatyvą antibiotikams ir įprastinėms išmatų mikrobiotos transplantacijoms.
Nors tai remiasi žmogaus išmatų transplantacijos idėja, medicininė procedūra, kai sveikos donoro išmatų bakterijos perkeliamos į paciento virškinimo traktą, kad būtų atkurta mikrobiomo pusiausvyra, naujam metodui nereikia jokių išmatų.
Vietoj to, ši mikrobiomo terapija naudoja mažiau, bet tikslesnes bakterijų padermes, susijusias su C. difficile slopinimu. Tai buvo tokia pat veiksminga kaip žmogaus išmatų transplantacija pelėms prieš C. difficile infekciją ir mažiau susirūpinimo saugumu.
Išvados buvo paskelbtos žurnale Ląstelių kompiuteris ir mikrobas Tyrėjai taip pat pateikė laikiną paraišką patentuoti į dokumente aprašytą technologiją.
„Turime būti daug labiau tikslingi į savo mikrobiomų intervencijas“,-sakė vyresnysis autorius Jordanas Bisanzas, biochemijos ir molekulinės biologijos docento padėjėjas, ir Dorothy Foehr Huck ir J. Lloyd Huck ankstyvosios karjeros pirmininkas šeimininko-mikrobiomo sąveikoje.
Jis pabrėžė, kad programos, kurios pagerina žmonių gyvenimą, dažnai prasideda pagrindiniu atradimo mokslu.
„Šis projektas yra pirmas žingsnis bandant suprasti, kaip sudėtingos mikrobų bendruomenės veikia įtaką šeimininkui, tada pasukdamas jį išmokti kurti mikrobiomus nukreiptus gydymo metodus“,-teigė Bisanzas.
Paprastai mikrobiomo organizmai kontroliuoja vienas kitą. Nors daugelis žmonių savo žarnyne neša C. difficile, tai paprastai nesukelia problemos. Tačiau antibiotikai gali nugrimzti į svarstykles, sukurdama aplinką, kurioje C. difficile gali klestėti išmesdama geras bakterijas ir kenksmingas. C. difficile sudaro nuo 15% iki 25% su antibiotikais susijusio viduriavimo. Infekcija dažnai gali įsitraukti po apsilankymo ligoninėje ar kitoje sveikatos priežiūros aplinkoje.
Gydyti šias infekcijas yra sudėtinga. Antibiotikai nėra veiksmingi prieš C. difficile, nes bakterijos yra atsparios vaistams. Antibiotikai taip pat dar labiau sutrikdo žarnyno mikrobiomą, sukurdami teigiamą grįžtamojo ryšio kilpą, dėl kurios atsiranda pasikartojančios infekcijos. Ligų kontrolės ir prevencijos centrų duomenimis, C. difficile sukelia 500 000 infekcijų ir yra susijusi su 1,5 milijardo dolerių vertės sveikatos priežiūros išlaidų JAV kasmet.
„Bisanz“ teigimu, viena iš įrodymų, kurie pasirodė esantys veiksmingai, yra išmatų mikrobiotos transplantacija, skirta atkurti sveiką žarnyno bakterijų pusiausvyrą. Tačiau tai nėra be rizikos.
„Tam tikru mastu išmatų transplantacija beveik yra tokia, kaip nuvykti į vaistininką, kur jie šiek tiek nuneša viską nuo lentynos ir sudeda į vieną tabletę, darant prielaidą, kad kažkas greičiausiai padės“, – teigė Bisanzas. „Bet mes nežinome 100%, kas ten yra”.
Kartais, pasak Bisanzo, išmatų transplantacijose nesąmoningai gali būti ligą sukeliančios bakterijos.
Tyrėjai stebėjosi, kad vietoj atsitiktinio bakterijų mišinio susimąstė, ar jie galėjo nustatyti mikroorganizmus, kurie geriausiai gali slopinti C. difficile nuo kolonizacijos žarnyne ir sukelti infekciją? Ar jie galėtų rekonstruoti tą mišinį laboratorijoje ir suprojektuoti tikslinę išmatų transplantacijos versiją su šia selektyvia bakterijų bendruomene?
„Idėja buvo suvokti pagrindinius mikrobiomų mokslus ir paversti jį tiksliais gydymo būdais, kurie paima tai, ko mes išmokome iš išmatų transplantacijos, tačiau iš tikrųjų nereikalauja išmatų transplantacijos“,-teigė Bisanzas.
Tyrimo komanda pasiryžo nustatyti C. Difficile „draugus“ ir „priešus“; Kitaip tariant, tie, kurie paprastai būna kartu su C. difficile, arba tais, kurie gali sumažinti C. difficile augimą. Jie surinko informaciją apie žmogaus mikrobiomą iš 12 anksčiau paskelbtų tyrimų, kuriuose buvo mikrobiomų sekos duomenų nustatymo duomenys ir C. difficile kolonizacijos klinikinės diagnozės.
Tada jie naudojo mašininį mokymąsi namuose, naudodamiesi pagrindiniais mikroorganizmų, kurie buvo teigiamai ir neigiamai susiję su C. difficile, ypatybes.
Nustatyta, kad trisdešimt septynios bakterijų padermės yra neigiamai koreliuojamos su C. difficile. Kitaip tariant, kai buvo šie mikroorganizmai, nebuvo C. difficile infekcijos. Dar 25 bakterijos buvo teigiamai koreliuojamos su C. difficile, tai reiškia, kad jos buvo kartu su C. difficile infekcija.
Tada tyrėjai sujungė bakterijas, kurios, atrodo, slopino C. difficile ir sukūrė sintetinę išmatų transplantacijos versiją.
Išbandžius in vitro ir peroraliai pelių, sintetinis mikrobiomo terapija žymiai sumažino C. difficile augimą, priešinosi infekcijai ir buvo tokia pat veiksminga kaip tradicinė žmogaus išmatų transplantacija. Pelėms taip pat buvo įrodyta, kad tai apsaugo nuo sunkios ligos, atidėto atkryčio ir sumažina pasikartojančių infekcijų, kurias sukelia antibiotikai, sunkumą.
Atlikdami eksperimentus, tyrėjai nustatė, kad tik vienas bakterinis padermė yra labai svarbi slopinant C. difficile. Vien tik jis buvo toks pat efektyvus kaip žmogaus išmatų transplantacija, siekiant užkirsti kelią infekcijai pelių modelyje.
„Jei turite šį peptostreptocoko padermę, neturite C. difficile. Tai labai stiprus slopintuvas ir iš tikrųjų yra geresnis už visas 37 padermes sujungtas”, – teigė Bisanzas, paaiškindamas, kad bakterijos ypač gerai gąsdina amino rūgšties proliną, kurio C. difficile reikia augti.
Ankstesni tyrimai nustatė skirtingą mechanizmą, antrinę tulžies rūgšties metabolizmą, kaip kritišką priešintis C. difficile. Bisanzas paaiškino, kad šios naujos išvados pabrėžia, kad „Proline“ konkurencija gali vaidinti didesnį vaidmenį, o tai atveria naujas galimus terapinio gydymo būdus.
Bisanzas teigė, kad komandos požiūris į mikrobiomų mokslą gali būti naudojamas norint suprasti sudėtingą šeimininko ir mikrobų sąveiką kitomis sąlygomis, tokiomis kaip uždegiminė žarnyno liga, turint galimybę sukurti naujus gydymo metodus.
„Tikslas yra sukurti mikrobus kaip tikslinius narkotikus ir terapiją“, – sakė jis.