Šta uzrokuje razvoj alergija na hranu? Postoje ubedljivi dokazi koji sugerišu da bi neravnoteža crevnog mikrobioma mogla biti kriva, stvarajući upalu crevnog trakta i okruženje creva koje je sklono alergijama na hranu.
Sada, nova istraživanja iz laboratorije Cathrin Nagler na Odseku za biološke nauke Univerziteta u Čikagu (BSD) i Pritzker School of Molecular Engineering (PME) otkrivaju obostrano koristan odnos između skromne mikrobne vrste i prebiotičke laktuloze – zajedno, oni podstiču proizvodnju važan metabolit poznat po svom pozitivnom uticaju na zdravlje creva, butirat, koji se stvara dok se bakterije hrane u crevima.
„Butirat je molekul sa četiri ugljenika koji ima ogromne efekte u crevima… ovo bi moglo da ima širok uticaj na alergije na hranu“, rekao je Nagler, profesor porodice Bunning, jer bi mogao da otvori put razvoju sinbiotičkog terapeutika koji „rešava disbiozu mikrobiom, umesto da leči odgovor na pojedinačni alergen.“
U radu objavljenom u Cell Host and Microbe, Naglerova laboratorija izveštava da je tretman mešavinom A. caccae i prebiotika laktuloze povećao nivoe butirata u crevnim traktovima miševa, gušeći alergijske reakcije na kravlje mleko.
„Znamo [iz naučne literature] da butirat može poboljšati integritet barijere [crevnog trakta] i izazvati široke antiinflamatorne efekte“, rekao je Ande Hesser, prvi autor rada i bivši dr. student u Naglerovoj laboratoriji. Telo, međutim, ne može samostalno da proizvodi butirat — potrebna mu je pomoć crevnog mikrobioma.
„Primarni cilj mikrobiote creva je da probavi dijetalna vlakna, koja ljudi nemaju kapacitet da sami razgrade“, rekao je Nagler. „Umesto toga, ljudi su zajedno evoluirali da se oslanjaju na bakterije da obavljaju ovaj posao i da proizvode ključne metabolite kroz fermentaciju – poput butirata – koji sprečavaju upalu i poboljšavaju opšte zdravlje creva.“
Savremeni svet je predstavio nove izazove za ovo dugotrajno partnerstvo između crevnih mikrobioma i njihovih ljudskih domaćina.
„Ljudi stiču svoj crevni mikrobiom iz okoline oko sebe, ali u poređenju sa većim delom ljudske istorije, danas živimo u sredinama koje ne doprinose raznolikosti crevnog mikrobioma“, rekao je Nagler.
Upotreba antibiotika, ishrana sa visokim sadržajem masti i malo vlakana, smanjena izloženost infektivnim agensima, porođaji carskim rezom i hranjenje formulama takođe mogu da smanje raznovrsnost mikrobioma creva, što rezultira neravnotežom u poređenju sa evolucionom prošlošću ljudi.
Sastavljanje delova slagalice
Njihova najnovija otkrića zasnivaju se na prethodnim istraživanjima Naglerovog (objavljenog u Nature Medicine) koja su otkrila da je A. caccae, moćni proizvođač butirata, bio bogatiji u mikrobiomima creva zdravih beba u poređenju sa bebama sa alergijom na kravlje mleko (CMA) i značajno povezan sa promenama u ekspresiji gena u sloju ćelija koje oblažu creva, poznatom kao crevni epitel.
Taj nagoveštaj o značaju A. caccae u obezbeđivanju zaštite od alergija bio je iznenađujući nalaz s obzirom da A. caccae čini samo oko 1% tipičnog crevnog mikrobioma u smislu njegovog obilja.
Tim je krenuo da istraži ulogu A. caccae na molekularnom nivou, što bi zahtevalo izolovanje A. caccae i kultivisanje u laboratoriji. Nije lak podvig s obzirom na njegovu nisku zastupljenost u mikrobiomu i da može da preživi samo u sredinama koje su u potpunosti dobijene kiseonikom. „Prilično je teško raditi sa tim“, rekao je Nagler.
Ali oni su bili željni da shvate ogroman efekat koji A. caccae može imati na ukupnu proizvodnju butirata u crevima. Heser, koji je bio na doktorskim studijama. u molekularnom inženjeringu u Naglerovoj laboratoriji u vreme ovog istraživanja, prihvatio je izazov. Radeći sa uzorkom fekalija zdravog odojčeta, Hesser je sistematski iscrpljivao konkurentske vrste u uzorku i testirao na A. caccae.
Nakon što je uspešno izolovao, genetski profilisao novi soj (koji je tim nazvao LAHUC za Heserove inicijale i Univerzitet u Čikagu) i kultivisao soj u anaerobnoj komori, tim je krenuo da vidi da li ovaj soj može da kolonizuje model alergije na kravlje mleko. kod gnotobiotičkih miševa, koji se rađaju bez klica, a zatim im se usade određeni mikrobi da bi se omogućilo istraživanje.
U partnerstvu sa Univerzitetskim Gnotobiotic Mouse Faciliti, oni su prvo razvili model alergije na kravlje mleko kolonizacijom miševa sa donorskim izmetom od novorođenčeta sa alergijom na kravlje mleko.
Nedelju dana kasnije, neki od miševa su hranjeni A. caccae LAHUC dok su drugi hranjeni sterilnom kontrolom. Neuobičajeno je da novi soj preživi usađivanje u domaćina, tako da su Nagler, Hesser i njihovi saradnici sa zadovoljstvom primetili da A. caccae napreduje i raste u izobilju do mesec dana nakon tretmana.
Ali nije bilo vidljivog uticaja na nivoe butirata. Hesser i Nagler su se zapitali da li bi mikrobiomu CMA miša mogao nedostajati ključni element potreban za napredovanje A. caccae, unakrsno hranjenje sa drugim bakterijama i na kraju proizvodnju butirata. Prebiotik, možda?
U laboratorijskoj kulturi, Hesser je pregledao više desetina prebiotika da bi video šta bi, ako ništa drugo, moglo pomoći A. caccae da pokrene proizvodnju butirata u prisustvu drugih vrsta fekalnih bakterija. Prebiotik za prebiotikom, nije bilo isplate u proizvodnji butirata.
Konačno, kada je dodat sintetički šećer laktuloza, proizvodnja butirata je uzela maha. Premeštajući kombinaciju u svoj mišji model alergije na kravlje mleko, tim je dao mešavinu A. caccae plus laktuloze i video da proizvodnja butirata povećava i otupljuje alergijske reakcije na kravlje mleko.
„Oblast [istraživanja mikrobioma] se ponekad fokusira na prisustvo ili odsustvo bakterija, ali smo otkrili da je funkcionalnost bitna. Bitnije je šta rade, a ne da li su samo tamo“, rekao je Heser. „Tek kada smo dodali taj [laktulozni] prebiotik, A. caccae je izvršila funkciju koju smo želeli.“
Dok je prvi set eksperimenata na miševima isporučio terapijske doze putem epruvete za hranjenje, Hesser je takođe razvio i testirao preparat osušen zamrzavanjem pokazujući da je bio jednako efikasan. Za prevođenje takvog terapeutika na ljude, jednostavnost upotrebe će biti ključna.
