Mūsų žarnyno mikrobiomas sudarytas iš trilijonų bakterijų ir kitų žarnyne gyvenančių mikrobų. Jie padeda mūsų kūnams skaidyti maistą, padeda mūsų imuninei sistemai, siunčia cheminius signalus į mūsų smegenis ir galbūt atlieka daugybę kitų funkcijų, kurias mokslininkai vis dar stengiasi suprasti. Kai mikrobiomas yra nesubalansuotas, nes nėra pakankamai naudingų bakterijų arba netinkamas mikrobų derinys, tai gali paveikti visą mūsų kūną.
Daugelis tyrinėtojų suprato, kad antibiotikai gali sutrikdyti žarnyno mikrobiomą, tačiau mažiau vertinama, kad kiti vaistai taip pat gali pakeisti šią mikrobų bendruomenę. Straipsnyje, paskelbtame lapkričio 17 d Ląstelės spaudaStenfordo mokslininkai ištyrė, kiek įprastų vaistų veikia trilijonus žarnyno mikrobų, o tai gali turėti toli siekiančių pasekmių metabolizmui, imuninės sistemos atsakui ir bendrai sveikatai.
Tyrimas rodo, kad daugelį žarnyno mikrobiomo pokyčių lemia konkurencija dėl maistinių medžiagų – vaistai mažina tam tikras bakterijų populiacijas ir keičia maistinių medžiagų prieinamumą, o bakterijos, galinčios iš tų pokyčių labiausiai pasinaudoti, yra tos, kurios išgyvena.
„Šis darbas atskleidžia, kad vaistų sukeltas mikrobiomo sutrikimas atitinka nuspėjamas ekologines taisykles, o tai atveria duris numatyti ir net užkirsti kelią šalutiniam poveikiui žarnyno sveikatai”, – sakė KC Huang, Lera II profesorius ir mikrobiologijos bei imunologijos profesorius Stanfordo inžinerijos ir medicinos mokyklose ir vyresnysis šio straipsnio autorius. „Tai turi įtakos vaistų kūrimui, personalizuotai medicinai ir mikrobiomų atsparumui.”
Kova dėl maistinių medžiagų
Mūsų išmatose esančios bakterijos yra pagrįstas mūsų virškinimo sistemos gyvenimo pavyzdys. Siekdama suprasti, kaip skirtingi vaistai gali paveikti žarnyno mikrobiomą, Stanfordo komanda iš devynių donorų išmatų mėginių augino mikrobų bendruomenes ir sistemingai jas išbandė su 707 skirtingais kliniškai reikšmingais vaistais.
Podoktorantūros tyrėjo Handuo Shi vadovaujami tyrėjai ištyrė skirtingų bakterijų rūšių augimo pokyčius, bendruomenės sudėtį ir metabolomą – mažų molekulių, vadinamų metabolitais, mišinį, kurį gamina ir vartoja mikrobai. Jie nustatė, kad 141 vaistas pakeitė mėginių mikrobiomą ir net trumpalaikis gydymas sukėlė ilgalaikius pokyčius, visiškai išnaikinančius kai kurias mikrobų rūšis. Pagrindinė jėga, nulėmusi, kaip bendruomenė reaguoja į narkotikų slopinimą, buvo konkurencija dėl maistinių medžiagų.
„Mūsų žarnyno bakterijų laimėtojai ir pralaimėtojai dažnai gali būti nuspėjami suvokus, kaip jos jautrios vaistams ir kaip jos konkuruoja dėl maisto“, – sakė Shi, pirmasis šio straipsnio autorius. „Kitaip tariant, vaistai ne tik naikina bakterijas; jie taip pat pertvarko „švedišką stalą“ mūsų žarnyne, o tas pertvarkymas formuoja, kurias laimi bakterijos.
Nepaisant bakterijų bendruomenių sudėtingumo, mokslininkai sugebėjo sukurti duomenimis pagrįstus kompiuterinius modelius, kurie tiksliai numatytų, kaip jie reaguos į tam tikrą vaistą. Jie atsižvelgė į skirtingų bakterijų rūšių jautrumą tam vaistui ir konkurencinę aplinką – iš esmės tai, kas su kuo konkuruoja dėl kokių maistinių medžiagų.
Jų darbas suteikia pagrindą prognozuoti, kaip žmogaus mikrobų bendruomenė gali pasikeisti vartojant tam tikrą vaistą, ir gali padėti mokslininkams rasti būdų, kaip užkirsti kelią šiems pokyčiams arba lengviau atkurti sveiką žarnyno mikrobiomą ateityje.
„Mūsų tyrimas skatina galvoti apie vaistus, kaip į vieną mikrobą, prie mąstymo apie juos kaip į ekosistemą“, – sakė Shi. „Jei galime suprasti ir modeliuoti ekosistemos atsaką, vieną dieną galėtume pasirinkti vaistus ir kartu vartojamas dietas ar probiotikus ne tik pagal tai, kaip jie gydo ligą, bet ir į tai, kaip jie išsaugo ar skatina sveiką mikrobiomą.
Kuriame sveiką ateitį
Tyrėjai tikisi, kad šis naujas supratimas apie jėgas, formuojančias mūsų žarnyno mikrobiomą, gali padėti sukurti žarnynui sveiką mitybą, probiotikus ir vaistų derinius, kurie būtų lengvesni mūsų mikrobų partneriams. Jie plečia savo dabartinį darbą ne tik mažų molekulių vaistus, bet ir atlieka panašius bandymus su tradiciniais augaliniais vaistais, kuriuos kai kurios bendruomenės naudoja tūkstančius metų.
„Manau, kad tradicinė vaistažolių medicina yra tikrai įdomus, nepanaudotas ir potencialiai klinikinis išteklius, tačiau norėdami juo pasinaudoti, turime suprasti, kas iš tikrųjų vyksta“, – sakė Huangas. „Kai kurie iš jų daro didžiulį poveikį mikrobiomui.”
Huangas tikisi atidžiau pažvelgti į vykstančius mikrobiomų pokyčius, naudojant praryjamą technologiją mėginiams paimti tiesiai iš plonosios žarnos. Jis taip pat naudoja šią sistemą su kolegomis iš Stanfordo Žmogaus mikrobiomų tyrimų centro, kad ištirtų daugelio kitų veiksnių, tokių kaip dieta, vanduo, pratimai ir kiti ksenobiotikai, poveikį žarnyno mikrobiomui.
„Supratimas, kaip mikrobai konkuruoja dėl maisto, pasako tikrai didelę šios papildomos žalos istorijos dalį“, – sakė Huangas. „Tai leidžia mums numatyti, kas gyvens, kas mirs, o kilęs chaosas atrodo tikrai intuityvus. Manau, kad dėl to mes labiausiai džiaugiamės.”