Asociatyvi Freepick nuotr.

Mokslininkai pastaruoju metu vis dažniau ir intensyviau tyrinėja žmogaus mikrobiotą ir vis geriau supranta jos įtaką žmogaus sveikatai. Bene labiausiai pažengę yra žarnyno ir odos mikrobiotos tyrimai, tad ir žinių apie jas turime daugiausia. Ar gali būti, kad plaučių ir kvėpavimo takų sveikatą taip pat smarkiai lemia jų mikrobiota? Ar paveikus ją būtų galima išgydyti tam tikras plaučių ligas? Apie tai pasakoja kvėpavimo takų mikrobiotą tyrinėjantys Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro mokslininkai dr. Julija Armalytė, dr. Aleksandras Konovalovas ir Inovatyvios medicinos centro mokslininkė dr. Rūta Aldonytė.

Sveiki plaučiai – sterilūs?

Smalsu, kodėl pastaruoju metu vis daugiau kalbama apie žarnyno mikrobiotą – ne tik mokslinėje literatūroje, bet ir žiniasklaidoje, apie tai savo vaizdo įrašuose ėmė kalbėti net įtakotukai, o štai kvėpavimo takų, ypač apatinės dalies – plaučių, mikrobiotos tema – reta. Dr. J. Armalytė visų pirma siūlo plačiau pažvegti į mikrobiotos, tam tikroje erdvėje gyvenančios tarpusavyje susijusių mikroorganizmų visumos, kontekstą. Mikrobiotos sudėtis ir įvairovė įprastai nustatoma nuskaičius visų mikroorganizmų genetinę medžiagą, ir tada ji jau vadinama mikrobiomu, t. y. visų mikroorganizmų genų visuma toje organizmo vietoje.

Pasak mokslininkės, žarnyno mikrobiota gausiai tiriama dėl dviejų priežasčių: dėl jos svarbos (virškinamajame trakte gyvenantys mikroorganizmai labai svarbūs žmogaus sveikatai, maisto medžiagų metabolizavimui, vitaminų gamybai, imuniniam atsakui ir kt.) ir mikroorganizmų, randamų žarnyne, kiekio – tai gausiausia žmogaus kūno mikrobiota. Žarnyne gyvena šimtai ar net tūkstančiai mikroorganizmų rūšių, o bendras mikroorganizmų skaičius netgi viršija visų žmogaus ląstelių skaičių. Kitų žmogaus kūno dalių mikrobiotos savitos, atlieka ir savitas funkcijas, tačiau jos ne tokios gausios ir sunkiau tiriamos dėl grynai techninių priežasčių. Dr. J. Armalytė atkreipia dėmesį, kad smarkiai pasistūmėta visų su žmogumi susijusių mikrobiomų tyrimuose: jų metu atskleista, kiek daug ir kokių įvairių mikroorganizmų randama žmogaus kūno paviršiuje ir ertmėse

„Mokslininkai jau kurį laiką dirba ieškodami konkrečių mikrobiomo sudėčių, kurios galėtų būti diagnostinis įrankis ir tapti taikiniais gydant. Prie šių tyrimų prisidedame ir mes.

Įdomu tai, kad plaučiai – vienas paskutinių organų, kurių mikrobiotą imta tyrinėti žmogaus mikrobiomo tyrimų metu.

Iš dalies tai susiję su dar ne taip seniai paneigtu įsitikinimu, kad sveiki plaučiai yra sterilūs. Ilgai manyta, kad juose negyvena mikroorganizmai ir tik ligos atveju ten įsikuria ir pradeda daugintis bakterijos“, – pasakoja Gyvybės mokslų centro mokslininkė.

Žmogaus mikroorganizmai. Jovilės Raudoniūtės iliustracija

Ji aiškina taip atsitikus todėl, kad pirmieji mikroorganizmų įvairovės tyrimai buvo atliekami klasikiniais mikrobiologiniais metodais, t. y. mėginius sėjant ant mitybinės terpės. Dabar jau žinoma, kad šiais metodais galima aptikti tik apie 1 proc. mikroorganizmų, nes dauguma jų nepasiduoda kultivuojami laboratorijos sąlygomis. Tobulėjant tyrimo metodams, atsirandant masiniams genų sekoskaitos tyrimams (kurie skirti visai mikrobiotos sudėčiai nustatyti ir įvertinti), tapo įmanoma aptikti ir sunkiai kultivuojamus mikroorganizmus. Pasirodė, kad ir sveikuose plaučiuose nuolat gyvena mikroorganizmai, nors jų gausa ir įvairovė daug mažesnė nei viršutiniuose kvėpavimo takuose (pvz., nosyje, burnos ertmėje).

Mokslininkai aprašė su ligomis siejamus specifinius mikrobiomus

Gyvybės mokslų centro mokslininkas dr. A. Konovalovas teigia, kad kvėpavimo organuose gyvenančių mikroorganizmų tyrimus riboja kiek sudėtingesnės nei kitur aplinkybės: sunku pasiekti atokesnes kvėpavimo sistemos dalis, sėkmingai (neužteršus iš kitų organizmo vietų) paimti mėginius, mikroorganizmų bendruomenės yra negausios ir dažnai besikeičiančios, nėra standartizuotų testų. Nepaisant trukdžių, mokslininkams pavyko aprašyti su ligomis siejamus specifinius mikrobiomus, įvertinti ne tik prokariotinių organizmų (bakterijų), bet ir rečiau analizuojamą grybelių įtaką. Taip atsirado sąvokos bronchinės astmos mikrobiomas, lėtinės obstrukcinės plaučių ligos mikrobiomas, cistinės fibrozės mikrobiomas ir t. t.  Kiekvienas iš jų gali suteikti informacijos apie kvėpavimo organų būklę, sveikatą ar ligos pažangąar Kinoijos, padėti numatyti ligos suvaldymo perspektyvas.

Dr. R. Aldonytė atkreipia dėmesį, kad galimi sergamumo plaučių ligomis skirtumai gali atsirasti dėl skirtingos gyvenamosios vietos – genetinių skirtingose pasaulio dalyse gyvenančių žmonių skirtumų, gyvenimo būdo ypatybių ar aplinkos sąlygų. Taigi, pvz., Didžiosios Britanijos ir Kinijos gyventojų kvėpavimo organų mikrobiomų sudėtis gali būti labai skirtinga. Be to, viršutinių kvėpavimo takų, ypač nosies, mikrobiomas yra labai nepastovus, o tai daro tyrimą dar sudėtingesnį. Mikrobiomo sudėties ir įvairovės įtaka tyrinėjama daugelio kvėpavimo ligų kontekste, tačiau aiškių priežastinių ryšių kol kas nerasta ir mikrobiomo sudėtis tebėra menkai ištirta ligų diagnostikos tikslais.

Žmogaus mikrobiomos tyrimų metu Vilniaus universiteto mokslininkai tyrė apatinių ir viršutinių kvėpavimo takų mikrobiomo sudėtį sveikų ir sergančių bronchektazine liga žmonių mėginiuose. Viena iš apatinių kvėpavimo takų tyrimo problemų – reikalinga invazyvi mėginio paėmimo procedūra. Kadangi, kaip minėta, į plaučius mikroorganizmai patenka per viršutinius kvėpavimo takus, dalis mikroorganizmų tarp viršutinių ir apatinių kvėpavimo takų gali sutapti. Palyginus mikroorganizmų įvairovę, pvz., nosyje ar nosiaryklėje (iš šių vietų mėginiai paimami nesunkiai, procedūra neinvazyvi), su jų įvairove plaučiuose ir suradus tam tikrą ryšį, galima tikėtis sukurti mažiau invazyvius kvėpavimo takų sveikatos stebėjimo įrankius. Be to, buvo tiriami ryšiai tarp mikrobiomo sudėties ir uždegimo rodiklių tyrimo dalyvių kraujo serume bei seilėse. Šiame klinikiniame tyrime, gavus Lietuvos regioninio bioetikos komiteto leidimą, dalyvaujantys savanoriai buvo apklausiami ir dėl jų gyvenamosios vietos, žalingų įpročių, profesijos ir darbovietės, augintinių namuose ir kitų poveikių. Visos šios aplinkybės gali turėti įtakos mikrobiomo sudėčiai.

Asociatyvi Freepick nuotr.

„Mes tyrėme pacientų, sergančių bronchektazine liga, mikrobiomą. Tai labai glaudžiai su bakterine infekcija susijusi liga, gydoma antibiotikais. Mūsų radiniai leidžia teigti, kad apatinių kvėpavimo takų ir plaučių mikrobiomai, kuriuose įsivyrauja viena bakterijų rūšis (dažnai aptinkamos Pseudomonas arba Haemophilus), tampa ligos raidos varikliais, o dėl bakterijų turimo ar įgyjamo atsparumo antibiotikams reikia vis galingesnių antibiotikų ligos paūmėjimams suvaldyti. Kartu pastebėjome, kad lengvesni ir mažiau pažengę (ir mažiau antibiotikais gydyti) ligos atvejai dar turi sąlyginai pakankamą, sveikų asmenų mikrobiomą primenančią mikroorganizmų įvairovę apatiniuose kvėpavimo takuose ir plaučiuose.

Mes darome išvadą, kad išlaikyti įvairų, ne vieno mikroorganizmo dominuojamą apatinių kvėpavimo takų ir plaučių mikrobiomą yra labai svarbu ligos eigai ir prognozei, todėl antibiotikai turi būti skiriami ypač atsargiai“,

– apibendrina mokslininkė dr. J. Armalytė.

Kuo naudinga plaučiuose gyvenančių mikroorganizmų įvairovė?

Mokslininkai sutaria, kad, nustačius kvėpavimo takų mikrobiomo sudėtį, įvairovę, potencialius patogenus, galima nustatyti ir kokią įtaką jis daro kvėpavimo organų bei viso organizmo sveikatai. Suprantama, kad išsiaiškinus, kokia yra kvėpavimo takų mikrobiota, galima nustatyti ir kokią naudą ji teikia kvėpavimo takams bei visam žmogaus organizmui.

Pirmiausia pakalbėkime apie mikrobiotos naudą kvėpavimo sistemai. Žinoma, kad gausi ir įvairi  mikrobiota neleidžia įsivyrauti patogenams. Kaip ir kitose kūno vietose, kvėpavimo organuose pirmiau įsikūrusių mikroorganizmų užimta niša tampa nepasiekiama patogenams, ir atvirkščiai – laisva, tuščia erdvė skatina nepalankių ar pavojingų rūšių įsivyravimą.

Be to, mikroorganizmai išskiria daugybę veiksnių ir moduliuoja vietinius imuninius atsakus, epitelio ir endotelio pralaidumą ir daugybę kitų procesų, pavyzdžiui, veikia anatominį kvėpavimo organų formavimąsi. Tirtoms pelėms, augintoms su steriliais kvėpavimo takais, nepakankamai vystėsi plaučiai ir susidarė mažiau veikiančių alveolių, o įterpus komensalinių bakterijų (mikroorganizmų, nuolat gyvenančių šeimininko organizme ir mintančių jo maisto medžiagų likučiais) – alveolių vystymasis normalizavosi. Panašiai nuo bakterijų buvimo priklauso ir viršutinius kvėpavimo takus supančių limfoidinių organų (tonzilių) formavimasis, taigi po gimimo įkvėpti ir kvėpavimo takus kolonizavę mikroorganizmai yra labai svarbūs žmogaus kvėpavimo organų anatomijai ir funkcijoms susiformuoti per pirmuosius trejus gyvenimo metus.

Mikrobiota aktyviai dalyvauja formuojantis kvėpavimo takų aukštams, kur kartu su anatominiais ir fiziologiniais gradientais (nosis, nosiaryklė, burnaryklė, gerklos, trachėja, bronchai, plaučiai) susidaro ir mikrobiotos gradientai. Tai specifinės mikroorganizmų bendruomenės (nišos), kurios, prisitaikiusios prie vietinių pH, drėgmės, deguonies, anglies dioksido ir temperatūros gradientų, formuoja papildomus barjerus taršai bei patogenams ir saugo „vartus“ link plaučių. Į viršutinius kvėpavimo takus bakterijos, virusai ir grybeliai nuolat patenka iš aplinkos, o apatinių kvėpavimo takų mikrobiota mikroorganizmais pasipildo iš viršutinių takų. Dalis mikroorganizmų gali atkeliauti iš aplinkos tiesiai į apatinius kvėpavimo takus ant mažiausių oro taršos dalelių – tai ypač aktualu didesnės taršos regionuose. Vienaip ar kitaip kvėpavimo takus pasiekiantys ir juose besikuriantys mikroorganizmai formuoja savitas nišas su sudėtingais tarpusavio santykiais ir hierarchija, o jų sudėtis ir įvairovė daro poveikį šeimininko sveikatai.

Mikroorganizmų įvairovės mažėjimas lems sunkesnę ligos eigą

Pasak dr. J. Armalytės, su šeimininko sistemomis kvėpavimo takų ir plaučių mikrobiota bendrauja per vietines imunines ląsteles ir epitelį. Per kontaktus su mikroorganizmais formuojasi imuninės sistemos tolerancija – žmogaus imuninė sistema „nepuola“ draugiškų ir naudingų mikroorganizmų. Anksti patekę įvairūs mikroorganizmai labai svarbūs ilgalaikei tolerancijai susidaryti, o tolerantiškoje aplinkoje formuojasi visavertės mikroorganizmų bendruomenės.

„Pakankamai įvairių mikroorganizmų anksti patekus į bręstančius kvėpavimo takus padedami pamatai kvėpavimo organų ir mikrobiotos nišų sveikatai ateityje. Normalios mikrobiotos sudėties pasikeitimas (disbiozė), atsirandantis dėl antibiotikų vartojimo ir kitų situacijų, suardo šią pusiausvyrą ir tai dažnai lemia ilgalaikius ir nesuvaldomus infekcinių susirgimų protrūkius, lėtinių kvėpavimo organų ligų paūmėjimus, alergines reakcijas. Vis dėlto visoms šioms ligoms gydyti ir jų prevencijai iki šiol nėra pasitelkiama priemonių ir strategijų, kurios spręstų mikrobiotos atkūrimo problemas“, – pažymi dr. J. Armalytė. Be to, kalbant apie lėtinės obstrukcinės plaučių ligos, cistinės fibrozės ar bronchinės astmos mikrobiomų tyrimus, mokslininkams vis dar stinga vienodos vertinimo sistemos, t. y. naudojami skirtingi tiriamosios medžiagos paėmimo metodai, analizės metodikos. Tačiau, dr. A. Konovalovo teigimu, mikroorganizmų įvairovės mažėjimas ir tam tikros rūšies bakterijų gausėjimas lemia sunkesnę ligos eigą, dažnesnius ir sunkesnius paūmėjimus, be to, turi įtakos ir plaučių funkcijai. Dažniausia to priežastis – vienų bakterijų (Proteobacteria, Actinobacteria) įsivyravimas ir kitų (Firmicutes, Bacteroidetes) nykimas, neretai lydimas su oportunistinėmis ligomis susijusių bakterijų (Staphylococcus, Moraxella, Haemophilus rūšių) gausėjimo ir sveikai mikrobiotai priskiriamų bakterijų (Lactobacillus, Streptococcus, Veillonella, Prevotella, Alloprevotella, Porphyromonas) nykimo. Įvairios plaučių ligos gali pasižymėti specifine mikrobiomo sudėtimi, tačiau tvirtiems priežasties ir padarinio ryšiams nustatyti šiuo metu sukauptų mokslinių tyrimų duomenų dar nepakanka.

Kaip mikrobiotą galima panaudoti gydant ligas?

Pasak dr. R. Aldonytės, remdamiesi vis gausesniais duomenimis ir įrodymais, daugelis medicinos ir mokslo bendruomenės atstovų siekia mikrobiomo tyrimus įdiegti į klinikinę praktiką – ne tik diagnostikai, bet ir ligoms gydyti.

Mokslininkės teigimu, keičiant mikrobiotą jau gydomi sunkaus infekcinio viduriavimo epizodai, siekiama pagerinti opinio kolito pacientų būklę, pakeisti autizmo klinikinę eigą ir vėžio pacientų terapines galimybes.

Kai kurie iš šių gydymo būdų jau yra patvirtinti JAV Maisto ir vaistų administracijos ir Europos vaistų agentūros, kiti – dar pakeliui. O daugybė kitų panaudojimo sričių kol kas išbandomos klinikiniuose ir ikiklinikiniuose tyrimuose. Vis dėlto absoliučia dauguma šių būdų siekiama koreguoti žarnyno mikrobiotą, keletas taikomi odos mikrobiotai ir kitoms sritims. Kvėpavimo takams ar plaučiams skirtų realių mikrobiomo tyrimo panaudojimo strategijų iki šiol nėra – nei diagnostikai, nei terapijai, nei profilaktikai.

Asociatyvi Freepick nuotr.

„Mes vykdėme savo tyrimus siekdami priartinti mokslines žinias ir patirtis prie klinikinio panaudojimo. Spėjame, kad ateityje nosies ar bronchų nuoplovų mikrobiomo tyrimai bus naudojami ligų diagnostikai ir kad atsiras probiotikų kvėpavimo takams, kurie papildytų ir pagerintų dažnai niokojamą (oro tarša, tabako produktais, antibiotikais, vaistais ir t. t.) kvėpavimo organų mikrobiotą. Tai būtų reikalinga intervencija daugeliui šiuolaikinių miestiečių, dažnai virusinėmis infekcijomis sergantiems vaikams ir kai kurių specifinių profesijų atstovams. Be to, remiantis mūsų tyrimų rezultatais, galima teigti, kad žmonės, kvėpuojantys oru, kuriame gausu augalinės kilmės mikroorganizmų (o augalai irgi turi savo mikrobiomus), turi įvairesnę nosies mikrobiotą. Ir tai leidžia kelti hipotezę, kad miško terapija ar panašios intervencijos greta kitų veiksnių gali turėti teigiamą praturtinantį poveikį kvėpavimo takų mikrobiotai“, – mikrobiomo tyrimų perspektyvas atskleidžia dr. R. Aldonytė.