Gościem podcastu jest profesor Łukasz Krych z Uniwersytetu w Kopenhadze, dr hab. nauk biologicznych oraz dyrektor do spraw badań i rozwoju Gen X1, biolog molekularny, jeden ze światowych pionierów badań nad związkiem mikrobiomu jelitowego oraz zdrowiem i chorobami w modelach ludzkich i zwierzęcych. Posiada silne międzynarodowe zaplecze akademickie, doświadczenie w szerokim zakresie technik molekularnych, analizie danych sekwencjonowanych nowej generacji NGS. Autor wielu międzynarodowych publikacji, uczestnik międzynarodowych projektów naukowych, inicjator i opiekun naukowego projektu nanobiom.
Sponsorem cyklu jest marka jogurtów Activia.
Czy wiesz, że…?
- Dopiero na początku lat 2010–2012, odkryto, ile tak naprawdę mamy bakterii w naszym organizmie.
- Bakterii jest mniej więcej tyle, ile komórek budujących nasze ciało.
- Możemy sobie wyobrazić, patrząc w lustro, że połowa z tego, co widzimy, to jesteśmy my, a druga połowa to nasze bakterie.
- Bakteria jest dużo mniejsza niż nasza komórka, stąd zajmuje też dużo mniej miejsca.
- Potencjał genetyczny bakterii w naszym ciele jest znacznie większy niż nasz.
- Teoria higieny zakłada, że wiele problemów, jakie obecnie mamy z dysbiozą mikrobioty, czyli z jej nieprawidłową funkcją, wiąże się ze zmianami nawyków, jakie wydarzyły się w ostatnich stu latach.
O przeskoku technologicznym
Ostatnie odkrycia pozwoliły dostrzec, że mikrobiom wpływa na dużo więcej rzeczy, niż nam się do niedawna wydawało. Dwie dekady temu cała wiedza o mikrobiomie opierała się na mikrobiologii klasycznej. Jest to biologia, w której hodujemy bakterie na płytkach, tworząc warunki sprzyjające ich rozmnażaniu. Obserwujemy je, liczymy i analizujemy. Przed laty wiedzieliśmy, że jest tam trochę bakterii, które pomagają nam strawić część pożywienia, ale nie mieliśmy wiedzy, jak dużo ich jest.
To rozwój technologii w dziedzinie biologii molekularnej pozwolił na obalenie mitu mówiącego o dość ograniczonej ilości bakterii oraz o tym, jak znikomy mają one wpływ na nasze zdrowie. Największy szum zaczął się około 2005 roku, kiedy pojawiły się NGS (Next-Generation Sequencing). Okazało się, że najlepszą metodą do analizy mikrobiomu jest zbadanie ich materiału genetycznego. Dopiero wtedy zauważono, że większość tych bakterii, które mamy w jelitach, tych, które do tej pory rosły na płytkach, to tylko wierzchołek góry lodowej. Ponad 90 proc. z nich nie dało się wyhodować laboratoryjnie, ponieważ nie mamy możliwości odtworzenia tych samych warunków, które istnieją w jelitach. Okazuje się, że wiele tych bakterii potrzebuje dokładnie tego samego środowiska, czyli między innymi: braku tlenu i koegzystencji z innymi bakteriami. Stąd wiedza naukowców była bardzo ograniczona. Gdy zaczęto odczytywać kod genetyczny tych organizmów, okazało się, że jest ich tam znacznie więcej, a ich potencjał genetyczny jest dużo większy, niż początkowo zakładano. To pobudziło wyobraźnie naukowców.
Krótka historia badania nad mikrobiomem
By uświadomić sobie, jak wielki przeskok dokonał się w tej dziedzinie, warto odnieść się do historii badań nad mikrobiomem. Na początku lat 90. powstał projekt zainicjowany przez Stany Zjednoczone, aby zsekwencjonować jeden ludzki genom. Stany poprosiły o pomoc 5 innych krajów, zdecentralizowane laboratoria, tysiące sprzętów naukowych, tysiące aparatur do sekwencjonowania DNA, dziesiątki tysięcy personelu. Wszyscy mieli jedno zadanie: „zsekwencjonujmy jeden ludzki genom”. Projekt zakończył się sukcesem… po około 13 latach. Operacja ta kosztowała 3 miliardy dolarów, czyli można sobie wyobrazić, że podatnik zapłacił około dolara za jedną literkę kodu genetycznego. Projekt został zakończony w 2003 roku. W 2005 roku na rynek weszła pierwsza aparatura NGS, czyli sekwencjonowanie nowej generacji. Okazało się, że na tym jednym sprzęcie jedna osoba była w stanie odtworzyć ten 13-letni międzynarodowy projekt w tydzień, a koszt tego przedsięwzięcia to kilkaset tysięcy dolarów. Dzisiaj w laboratorium profesora stoją sprzęty, które potrafią wygenerować 50 genomów dziennie, a koszt wynosi około tysiąca dolarów za genom.
Co najbardziej zaskoczyło naukowców podczas badań nad mikrobiomem?
Na początku lat 2010–2012, odkryto, ile tak naprawdę mamy bakterii w naszym organizmie. Okazało się, że nie jest ich tak mało, jak początkowo przypuszczano – dokładniej wyliczono, że jest to 1014. W prostych słowach jest to mniej więcej tyle, ile komórek budujących nasze ciało. Możemy sobie wyobrazić, patrząc w lustro, że połowa z tego, co widzimy, to jesteśmy my, a druga połowa to nasze bakterie. Bakteria jest dużo mniejsza niż nasza komórka, stąd zajmuje też dużo mniej miejsca, ale liczebnie jest ich mniej więcej tyle samo, ile naszych komórek.
Mimo tego, że nasz genom jest tak duży, zaledwie tylko jego 3 proc. koduje nasze białka, czyli to, z czego jesteśmy zbudowani. Reszta, czyli 97 proc., pełni funkcje regulacyjne. Oznacza to, że nasz genom musi tworzyć chromosomy. Bakteria ma luźno rozrzucone DNA w swojej komórce i nie musi tworzyć chromosomów, więc ma bardzo mało części regulacyjnych – prawie 100 proc. jej genomu koduje białka. Naukowcy sięgnęli w głąb tej informacji i porównali, ile tak naprawdę genów ma nasz mikrobiom. Jaki jest jej potencjał genetyczny? Liczba genomów, które niesie nasz mikrobiom, to prawie 3 miliony, podczas gdy nasz ludzki genom ma zaledwie 25 tysięcy.
Brzmi to jak science fiction, ale potencjał genetyczny bakterii w naszym ciele jest znacznie większy niż nasz. Czy możemy zatem tak wpływać na nasz mikrobiom, by kontrolować, co dzieje się z naszym ciałem? Są różne szczepy, które podajemy pacjentom w przypadku silnych biegunek czy w przypadku różnych chorób przewodu pokarmowego. Są również takie szczepy, które warto podać pacjentom w depresji. Istnieją badania, które wskazują, że wpływanie na mikrobiom ma porównywalne efekty z lekami przeciwdepresyjnymi. Czy taki jest cel rozwoju badań nad bakteriami w naszym ciele? Jest to plan długoterminowy, ale naukowcy – w tym profesor Łukasz Krych – zaczęli od badania pierwszego etapu rozwoju bakterii: zaraz po urodzeniu. Zależało im na poznaniu sukcesji kolejnych bakterii. Rodzimy się niemalże sterylni – zadaniem naukowców było zatem zbadanie, które bakterie pojawiają się jako pierwsze i jak wygląda cały proces kolonizacji.
O teorii higieny, czyli zmiany ostatniego stulecia
Teoria higieny zakłada, że jako ludzkość ewoluowaliśmy razem z naszym mikrobiomem i bez niego nie bylibyśmy w stanie przetrwać. Nie bylibyśmy w stanie zająć kolejnych nisz ekologicznych, jeść nowych rzeczy itp. To właśnie ten zwiększony potencjał genetyczny naszego mikrobiomu pozwalał nam pobierać energię z innych źródeł, ale również bronił nas przed innymi patogenami i sterował naszą gospodarką hormonalną. Teoria higieny zakłada również, że wszystkie problem, jakie obecnie mamy z dysbiozą mikrobioty, czyli z jej nieprawidłową funkcją, wiążą się ze zmianami nawyków, jakie wydarzyły się w ostatnich stu latach.
Łatwo zrozumieć ten przeskok, zwracając uwagę na to, jak dzisiaj wyglądają porody, a jak wyglądały kiedyś. Aktualnie rodzimy w sterylnych warunkach szpitalnych, jeszcze sto lat zaś temu poród obywał się w domu. Dziecko, które urodziło się w tamtym okresie, miało szanse spotkać dużo więcej bakterii niż noworodek aktualnie. Kolonizacja naszego organizmu przez bakterie ma miejsce w dużej mierze przez pierwsze 2,5 lata naszego życia. Im więcej bakterii pozna nasz układ pokarmowy w tym okresie, tym więcej bakterii w późniejszym czasie będzie rozpoznanych przez jego układ odpornościowy. Nasz organizm uczy się wówczas, które bakterie są dla nas dobre, a które złe – i przez to na późniejszych etapach rozwoju mamy szansę żyć w harmonii z naszym układem odpornościowym.
Window of opportunity. Czym jest okno szansy?
To czas, w którym określona grupa bakterii ma szansę skolonizować nasz układ pokarmowy. To okno jest dosyć szerokie, ale wszystko wskazuje na to, że są konkretne momenty, kiedy mogą one się dostać i rozwinąć. W USA cesarskie cięcie wykonywane jest na życzenie ciężarnej, nie ze względu na opinie lekarzy. Matki czasami nie karmią piersią tuż po porodzie, tylko przechodzą na sztuczne zamienniki. Dzisiejsze badania jednoznacznie wskazują na to, że dziecko nieumyte bezpośrednio po porodzie, mające natychmiastowy kontakt ze skórą matki, ma większe szanse wykształcić dobrą mikrobiotę i odporność. Tak też wygląda ten proces w Danii. Profesor Łukasz Krych podkreśla, że jeśli jest taka możliwość i nie zagraża to zdrowiu i życiu, warto decydować się na poród naturalny, który wyposaży dziecko w dodatkowy zestaw bakterii i uodporni organizm.
Współczesne testy własnego mikrobiomu
Takie badania wykonuje instytut, w którym pracuje profesor Łukasz Krych. Można z nich wyczytać np. indeks bioróżnorodności lub sprawdzić, czy w naszym organizmie brakuje pewnych bakterii. Profesor tłumaczy jednak, że na ich podstawie lekarze nie są jeszcze w stanie określić, czy dzięki konkretnej diecie jesteśmy w stanie wyleczyć się np. z cukrzycy. Na to potrzebujemy jeszcze trochę czasu.
Całej rozmowy wysłuchasz w poniższym artykule lub na Spotify.