MIKROBIOM CZŁOWIEKA – GDZIE SIĘ UKRYWA?
 

Tomasz Gosiewski^*, Dominika Salamon, Agnieszka Sroka-Oleksiak, Agnieszka Krawczyk, Monika Brzychczy-Włoch

Zakład Molekularnej Mikrobiologii Medycznej, Uniwersytet Jagielloński Collegium Medicum, Katedra
Mikrobiologii, Polska
^*E-mail: tomasz.gosiewski@uj.edu.pl

 

Mikrobiom to pojęcie definiujące genomy wszystkich drobnoustrojów (bakterii, archeonów, grzybów czy wirusów) występujących w organizmie gospodarza. Mikrobiom jest zatem genetycznym odzwierciedleniem mikrobioty, czyli żywych komórek (wirusy wymykają się tej klasyfikacji), wchodzących w interakcję z gospodarzem. U człowieka przyjęło się uważać za dogmat, że mikrobiota naturalnie kolonizuje jamę ustną, gardło, przewód pokarmowy (z kumulacją w okrężnicy), skórę, cewkę moczową i pochwę. W tych lokalizacjach anatomicznych (ekolodzy nazwaliby je siedliskami) występują mikroorganizmy, które stosunkowo łatwo wyhodować i w ten sposób stwierdzić ich obecność, która w ujęciu taksonomicznym (jakościowym oraz ilościowym) jest względnie stała i typowa dla zdrowego człowieka. Co w takim razie z innymi rejonami ludzkiego organizmu, takimi jak łożysko naczyniowe (krew), drzewo oskrzelowe, macica z płodem (płyn owodniowy), płyn mózgowo-rdzeniowy? Oczywiście, w wyniku ekspansji drobnoustrojów w te rejony (infekcje inwazyjne) dochodzi do zakażenia z całym wachlarzem obrazu klinicznego oraz możliwością wyhodowania patogennego czynnika etiologicznego.

Sprawa wydaje się zatem prosta i przez dziesięciolecia była niemal aksjomatem mikrobiologii i medycyny zakażeń. Klasyczne metody diagnostyczne oparte na hodowli nadal wiodą prym w mikrobiologii, mimo, że ich uniwersalność często nie pozwala na uzyskanie wzrostu konkretnych gatunków w warunkach laboratoryjnych. Właśnie ta słaba strona hodowli, które często nie dawały spodziewanych rezultatów w diagnostyce zakażeń krwi czy centralnego układu nerwowego, mimo wszelkich klinicznych oznak toczącego się procesu zapalnego o podłożu infekcyjnym, skłoniła mikrobiologów do sięgnięcia po arsenał metod opartych o detekcję kwasów nukleinowych drobnoustrojów. Metody takie jak PCR, FISH (Fluorescence in situ hybridization) czy sekwencjonowanie następnej generacji – NGS (Next generation sequencing), nie są uzależnione od tego, czy komórki drobnoustrojów będą czy też nie będą mogły się namnażać w laboratorium, lecz celują w markery genetyczne obecności mikroorganizmów w próbce. Takie podejście znacząco zwiększa czułość detekcji, a nierzadko także skraca czas oczekiwania na wyniki badania do kilku godzin lub nawet do kilkudziesięciu minut. Metody biologii molekularnej umożliwiły zatem potwierdzanie zakażenia krwi czy płynu mózgowo-rdzeniowego (PMR), nawet jeśli hodowla jest ujemna.

Biorąc pod uwagę sukcesy diagnostyczne uzyskane dzięki biologii molekularnej, zaczęto się zastanawiać, co by było, gdyby zaprząc te metody do badania uznawanych za „fizjologicznie jałowe” płynów ustrojowych, jak np. krew czy płyn owodniowy i inne. Okazało się, że technika PCR czy FISH pozwalają na detekcję obecności DNA i RNA bakterii w badanych próbkach. Oczywiście, pojawiły się zarzuty, że tak naprawdę wykrywano kontaminację mikrobiologiczną próbek, a nie rzeczywistą obecność mikrobioty z uwagi na znacząco wyższą czułość metod molekularnych, niż opartych o hodowlę. Te wątpliwości trwały do momentu, aż do powszechnego użytku weszła metoda NGS, umożliwiająca wysokoprzepustową i kompleksową analizę profili taksonomicznych drobnoustrojów w badanych próbkach. Była to rewolucyjna zmiana w badaniach mikrobiomu. NGS pozwala na detekcję markerowych sekwencji 16S rRNA bakterii i archeonów, czy ITS grzybów, a w dodatku pozwala na ich ilościową ocenę. Uzyskiwane sekwencje bibliotek genetycznych są porównywane z bazami genetycznymi i na tej podstawie identyfikowane są taksony drobnoustrojów w próbkach. Ponieważ NGS jest ograniczony tylko szczegółowością baz genetycznych, to niemal każdej wykrytej sekwencji w badanej próbce, można przyporządkować konkretny takson. To spowodowało, że dotychczas znane i opisywane w podręcznikach mikrobiologii profile hodowanych bakterii i grzybów ze skóry, pochwy, przewodu pokarmowego, jamy ustnej, cewki moczowej, okazały się być jedynie wierzchołkiem góry lodowej, a mikrobiomy są znacznie bardziej bioróżnorodne niż się wydawało. W samej okrężnicy zidentyfikowano ponad 1000 gatunków bakterii, z których może 30% udaje się wyhodować. Dzięki wykorzystaniu NGS do badań próbek „fizjologicznie jałowych” uzyskano szczegółowe profile taksonomiczne bakterii, tam gdzie wcześniej się ich nie spodziewano (z wyjątkiem objawowych infekcji). Literaturowe bazy danych bardzo szybko zapełniają się kolejnymi pracami, dowodzącymi, że krew, płyn owodniowy, drzewo oskrzelowe, a być może nawet PMR nie są wolne od obecności drobnoustrojów, które jednak nie powodują klinicznych objawów toczącego się zakażenia. Dane wciąż są gromadzone i będą są odkrywane mikroorganizmy, tam, gdzie jeszcze niedawno byśmy się ich nie spodziewali. Co więcej, dostarczane są dowody naukowe, na silne związki pomiędzy mikrobiotą, a fizjologią lub patofizjologią gospodarza. Czy zatem, mikroorganizmy przenikają nas na wskroś i nie ma dla nich tabu?

Źródło finansowania: Narodowe Centrum Nauki - 2017/26/E/NZ5/00266