Специфическая пробиотикотерапия

О ПЕРСПЕКТИВАХ ВЫСОКОТОЧНОЙ ЦЕЛЕВОЙ ПРОБИОТИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ

Исследование на мышах позволило создать новый подход в определении причинно-следственной связи между кишечными микробами и заболеваниями

Преодолев главное препятствие в области исследования микробиома, ученые из Гарвардской медицинской школы разработали метод для выяснения причинно-следственные связи между кишечными бактериями и болезнями. Этот подход мог бы помочь выявить микробы, модулирующие болезни, и открыть двери для высокоточной целевой терапии, производимой микробными молекулами (бактериями). Работа выявила новый класс кишечных бактерий, которые регулируют воспаление кишечника и колит у мышей.

Прим. ред.: Об использовании бактерий в профилактике и комплексном лечении болезней известно давно. Однако многочисленные данные о наличии выраженной взаимосвязи между развитием заболеваний и сопутствующими изменениями в кишечном микробиоме позволили ученым обоснованно говорить о возможности эффективного применения высокоточной целевой пробиотикотерапии,  т.е. о возможности специфического использования конкретных микроорганизмов в лечении конкретных заболеваний.

Терапия (др.-греч. θερᾰπεία — «врачебный уход, лечение») — процесс, целью которого является облегчение, снятие или устранение симптомов и проявлений того или иного заболевания или травмы, патологического состояния или иного нарушения жизнедеятельности, нормализация нарушенных процессов жизнедеятельности и выздоровление, восстановление здоровья.

В отчете, опубликованном 06 декабря 2017 года в журнале Nature, команда ученых сообщила, что разработанный ими подход продвинет исследования за рамки определения простых ассоциаций «микробиом-заболевание» (т.е. простого определения взаимосвязи) и поможет выяснить истинные причинно-следственные связи недугов.

Эксперименты, проведенные на мышах выявили ранее неизвестный кишечный микроб, который снижает воспаление кишечника и защищает от сильного колита. Исследователи говорят, что находка дает мощное обоснование для тестирования вновь выявленной кишечной бактерии в качестве пробиотической терапии для людей с воспалительным заболеванием кишечника.

В новом подходе используется своего рода "микробная триангуляция". Он повторяет принципы классической морской навигации или, в более современных терминах, отслеживания местоположения мобильного телефона путем проверки данных из нескольких источников. Но вместо звезд или вышек для сотовых телефонов, исследователи ориентируются на обнаруженные кишечные микробы.

Основываясь на методе  элиминирования, методика предполагает постепенное сужение бактериальных видов (уменьшение числа бактерий) с целью выявления специфических микробов, которые модулируют риск развития конкретных заболеваний. В текущем исследовании ученые адаптировали принципы выявления полезных, защитных бактерий.

"Наш подход может помочь ученым найти пресловутые иглы в "стоге сена" из тысяч микробов, которые в настоящее время считаются модулирующими здоровье", рассказывает исследователь Деннис Каспер, профессор микробиологии и иммунобиологии Гарвардской медицинской школы. «Ахиллесовой пятой» в области исследований микробиома является то, что нам нужна система, которая надежно определяет причинно-следственные связи между кишечными бактериями и болезнями. Мы считаем, что наш метод достигает этого", добавил Каспер.

За последнее десятилетие были выявлены тысячи комменсальных микробов - невинных обитателей нашего организма, а также каталогизированы наблюдения за возможными связями между группами микроорганизмов и наличием или отсутствием ряда заболеваний, включая диабет, рассеянный склероз и воспалительные заболевания кишечника. Тем не менее, ученые не знают, влияет ли и как присутствие конкретных микробов, в т.ч. их численное колебание, на здоровье. Остается неясным, являются ли определенные микробы «невинными прохожими», простыми маркерами заболевания, или они являются активными агентами, причиняющими вред или обеспечивающими защиту от определенных болезней.

«Святым Граалем» этой работы является не просто определение, «разжигает» ли микроб или минимизирует риск для конкретного заболевания, но и обнаружение микробов и микробных молекул, которые могут быть использованы терапевтически.

"Конечная цель состоит в том, чтобы выяснить механизмы болезни, а затем выявить бактериальные молекулы, которые могут быть использованы для лечения заболевания, обращения его вспять или предотвращения", - сказал ведущий Автор исследования Нирадж Суромна, инструктор педиатрии Гарвардской медицинской школы и специалист по инфекционным заболеваниям в Бостонской детской больнице.

Старомодная детективная работа

Для их изучения Каспер и Сурана сравнили микробиомы кишечника нескольких групп мышей, которые укрывали различные популяции кишечных бактерий.

Исследователи начали с двух групп мышей. Одна группа была выведена с микробиомом кишечника человека. Другая группа была с нормальным микробиомом мыши. Когда исследователи дали животным химическое соединение, которое вызвало воспаление кишечника, или колит, мыши, которые укрывали человеческие кишечные микробы, оказались защищенными от последствий заболевания. А у мышей, в кишечнике которых были типичные мышиные бактерии, развились тяжелые симптомы болезни.

Далее исследователи разместили всех мышей в одном жизненном пространстве. Разделение жизненного пространства за короткий срок привело к заметным изменениям в том, как животные реагировали на болезни. Мыши, которые изначально были защищены от колита, начали проявлять более серьезные признаки этого заболевания, в то время как склонные к колиту мыши становились все более устойчивыми к подобному воздействию и у них развивались более мягкие симптомы. Это свидетельствует о том, что обмен кишечными бактериями через общее жизненное пространство может привести к изменениям способности животных справляться с заболеванием.

Иголка в стоге сена

Понятно, что болезнь-модулирующий микроб будет скрываться среди сотен бактериальных видов, присутствующих у всех мышей. Но учитывая, что каждая группа мышей в кишечнике укрывала от 700 до 1100 бактериальных видов, как ученые смогли определить ту бактерию, которая действительно имела значение при колите?

Команда начала с анализа кишечного состава каждой из групп мышей, сравнивая их микробные профили до и после того, как они разделили жилое пространство. Чтобы "триангулировать" конкретную бактерию, модулирующую заболевание, ученые искали микроорганизмы, которые были либо скудны, либо обильны. Иными словами, число причинно-следственных микробов будет либо расти, либо снижаться в зависимости от серьезности заболевания, рассуждали ученые.

Только одна такая микробная группа соответствовала нужному профилю – это бактериальная семья, известная как Lachnospiraceae, обычно встречающаяся в кишечнике человека, а также кишечнике других млекопитающих.

Чтобы определить конкретный организм в семействе Lachnospiraceae, который регулирует реакцию на колит, исследователи выделили один бактериальный вид и отдали его мышам, склонным к колиту. Для проверки его влияния в сравнении с другими микробами, они также давали животным микроорганизмы из других бактериальных семей. Единственной бактерией, которая защищала склонных к колиту животных от разрушительных последствий болезни, был никогда ранее не описанный микроорганизм, который исследователи выделили из кишечника мышей, укрывавших человеческие микробы. Бактерия заметно отсутствовала у мышей с микробиомом мыши. Из-за иммунно-защитных свойств этого микроорганизма, Каспер и Суромна окрестили вновь выявленную бактерию Клостридией иммунис (Clostridium immunis).

Выделение болезнь-модифицирующего микроба создает мощный предлог для тестирования его в качестве терапии у людей с воспалительной болезнью кишечника, считают исследователи.

По словам коллектива ученых, вместе взятые эксперименты показывают, что модель уточнения списка возможных «микробных подозреваемых» до уровня отдельных видов не только выполнима, но и имеет решающее значение для раскрытия специфических микробов, модулирующих заболевания.

Источник: Материалы Гарвардской Медицинской Школы - Needle in a Haystack

Журнальная ссылка: Neeraj K. Surana, Dennis L. Kasper. Moving beyond microbiome-wide associations to causal microbe identification. Nature, 2017