Mokslininkai atrado naują būdą tirti žmogaus mikrobiomą

Kartais užtenka nedidelio pilvo pūtimo, netikėto nuovargio ar pasikeitusio virškinimo, kad žmogus pradėtų ieškoti atsakymo žarnyne. Tačiau laboratorijoje šie atsakymai ilgą laiką būdavo ieškomi beveik aklai: mokslininkai vertindavo, kokių mikroorganizmų yra paimtame mėginyje, bet ne visada galėdavo pasakyti, kur tiksliai jie gyvena ir ką tuo metu veikia. Dabar tyrėjai siūlo pažvelgti į šią nematomą ekosistemą gerokai iš arčiau.

Įprastas mėginys neatskleidžia visos istorijos

Žmogaus mikrobiomą sudaro trilijonai bakterijų, virusų, grybelių ir kitų mikroorganizmų. Didžiausia jų dalis aptinkama žarnyne, kur jie padeda skaidyti maistą, gaminti kai kuriuos junginius ir palaikyti ryšį su imunine sistema.

Iki šiol vienas pagrindinių būdų mikrobiomui tirti buvo išmatų mėginio analizė. Iš jo išskiriama genetinė medžiaga, o pagal ją nustatoma, kokios mikroorganizmų rūšys jame gyvena. Toks tyrimas gali parodyti bendrą bendruomenės sudėtį, tačiau turi svarbų trūkumą: mėginys nepasako, kur konkrečiai žarnyne aptiktos bakterijos buvo įsikūrusios.

Tai nėra smulkmena. Vienos bakterijos gali laikytis arčiau žarnyno sienelės, kitos – gyventi gleivių sluoksnyje, trečios laisvai judėti kartu su žarnyno turiniu. Net ir tos pačios rūšies mikroorganizmai skirtingose vietose gali atlikti skirtingas funkcijas, nes juos veikia nevienodas deguonies, maisto medžiagų ir kitų bakterijų kiekis.

Dėl to du žmonės, kurių mėginiuose aptinkamas panašus bakterijų rinkinys, gali turėti visiškai skirtingai veikiančias mikroorganizmų bendruomenes.

Bakterijos tiriamos ten, kur jos iš tikrųjų gyvena

Naujasis metodas remiasi kelių technologijų deriniu. Tyrėjai ne tik nuskaito mikroorganizmų genetinę medžiagą, bet ir bando išsaugoti informaciją apie jų vietą biologiniame mėginyje. Tam pasitelkiamas mikroskopinis vaizdinimas, genetinių sekų analizė ir specialūs molekuliniai žymenys.

Paprasčiau tariant, laboratorijoje siekiama sukurti savotišką mikrobiomo žemėlapį. Jame galima matyti ne vien tai, kokios bakterijos yra mėginyje, bet ir kaip jos išsidėsčiusios viena kitos atžvilgiu, ar telkiasi į grupes, ar yra arti žarnyno ląstelių.

Kai kuriais atvejais tyrėjai analizuoja ne tik bakterijų DNR, bet ir RNR. DNR leidžia suprasti, kokie mikroorganizmai egzistuoja, o RNR suteikia daugiau informacijos apie jų aktyvumą tuo konkrečiu metu. Tai svarbus skirtumas: mikrobas gali turėti tam tikrą geną, tačiau jo nenaudoti. RNR analizė padeda nustatyti, kurie procesai iš tiesų vyksta.

Technologija taip pat gali būti papildyta informacija apie baltymus ir metabolitus – mažas molekules, kurias bakterijos pagamina vykdydamos savo veiklą. Tokiu būdu mokslininkai gali pereiti nuo paprasto klausimo „kas čia gyvena?“ prie gerokai svarbesnio: „ką šie mikroorganizmai daro ir kaip jie sąveikauja su žmogaus organizmu?“

Kodėl tai svarbu ligų tyrimams

Mikrobiomo pokyčiai siejami su uždegiminėmis žarnyno ligomis, nutukimu, diabetu, kai kuriomis kepenų ir imuninės sistemos problemomis. Vis dėlto vien bakterijų sąrašo dažnai nepakanka, kad būtų galima suprasti ligos mechanizmą.

Naujasis tyrimo principas gali padėti išsiaiškinti, kodėl tam tikri mikroorganizmai viename organizme nekelia problemų, o kitame ima skatinti uždegimą. Galbūt svarbi ne pati bakterijų rūšis, bet jos vieta, kaimynystė ir gaminamos medžiagos.

Pavyzdžiui, žarnyno gleivių sluoksnis veikia kaip apsauginė riba tarp bakterijų ir žmogaus audinių. Jei tam tikros bakterijos prasiskverbia arčiau žarnyno sienelės, jos gali dažniau susidurti su imuninėmis ląstelėmis. Toks kontaktas gali būti visiškai nepavojingas arba, esant kitoms sąlygoms, prisidėti prie uždegimo.

Tikslus mikroorganizmų išsidėstymo matymas taip pat gali pakeisti požiūrį į probiotikus ir kitus mikrobiomą veikiančius gydymo būdus. Užuot skyrus vieną bakterijų rūšį visiems pacientams, ateityje būtų galima vertinti, kokios bendruomenės trūksta konkrečiam žmogui, kur ji turėtų įsitvirtinti ir kokias funkcijas atlikti.

Tačiau iki klinikinio pritaikymo dar toli. Mikrobiomas nuolat keičiasi dėl mitybos, vaistų, streso, infekcijų ir fizinio aktyvumo. Vienas mėginys gali užfiksuoti tik trumpą šios dinamiškos sistemos momentą.

Metodas dar turi įveikti praktines kliūtis

Nors naujoji technologija suteikia daugiau informacijos, ji nėra paprasta ar pigi. Tyrėjams reikia suderinti skirtingų tipų duomenis: mikroskopinius vaizdus, genetines sekas, RNR aktyvumą ir cheminius signalus. Kuo daugiau sluoksnių analizuojama, tuo sudėtingesnis tampa rezultatų aiškinimas.

Dar viena problema – mėginio paruošimas. Dalis mikroorganizmų yra jautrūs deguoniui ar temperatūros pokyčiams, todėl net nedidelis vėlavimas gali pakeisti jų būklę. Norint tiksliai atkurti natūralią situaciją, būtina itin kruopščiai rinkti, saugoti ir apdoroti biologinę medžiagą.

Mokslininkai taip pat turės atskirti priežastį nuo pasekmės. Jei tam tikras bakterijų telkinys aptinkamas šalia uždegimo vietos, dar nereiškia, kad būtent jis sukėlė uždegimą. Gali būti ir priešingai – pakitusi žarnyno aplinka pritraukė konkrečius mikroorganizmus.

Vis dėlto galimybė vienu metu matyti mikrobiomo sudėtį, vietą ir aktyvumą žymi svarbų poslinkį. Tyrimai po truputį tolsta nuo paprasto bakterijų suskaičiavimo ir artėja prie tikro ekosistemos stebėjimo. Tai gali padėti tiksliau suprasti, kaip žmogaus organizme veikia viena sudėtingiausių, bet iki šiol sunkiai matomų bendruomenių.

Kai mikrobiomas pagaliau vertinamas ne kaip atsitiktinis mikroorganizmų sąrašas, o kaip gyvas žemėlapis su savo kaimynystėmis, ribomis ir nuolat vykstančiais mainais, atsiveria galimybė ieškoti ne vien naujų bakterijų, bet ir tikslesnių atsakymų apie žmogaus sveikatą.