Kada bi organi u našim telima mogli da govore, creva bi mogla biti ta koja će otkriti najskrivenije istine o našem načinu života i zdravlju. Usput, njihova „priznanja“ mogu pružiti ključne informacije za biomedicinska i klinička istraživanja. Istraživači Vajcmanovog instituta za nauku sada su dali upravo ovu vrstu „glasa“ crevima.
U studiji koja je objavljena u Cell , naučnici predstavljaju metodu koja može istovremeno da identifikuje, testiranjem uzorka stolice, sve proteine u crevima – uključujući one iz hrane, iz sopstvenog tela osobe i iz crevnog mikrobioma. Metoda na taj način omogućava dekodiranje interakcija između ovih proteina sa neviđenom preciznošću i rezolucijom.
Mikrobiom je bio polazna tačka za istraživanje, koje su zajedno vodili dr. Rafael Valdes-Mas, Avner Leshem i Danping Zheng iz laboratorije prof. Erana Elinava, u saradnji sa dr Alonom Savidorom iz Nacionalnog centra za personalizovanu medicinu Nanci i Stephen Grand Israel.
„Želeli smo da idemo dalje od sekvenciranja DNK, uobičajenog metoda proučavanja mikrobioma“, kaže Elinav, iz Vajcmanovog odeljenja za sistemsku imunologiju. „DNK nam može reći koje su bakterije prisutne u crevima i ukazati na njihovu potencijalnu aktivnost. Bakterijski proteini, nasuprot tome, mogu direktno otkriti da li su ove bakterije aktivne, koju aktivnost obavljaju i kako njihova funkcija utiče na ljudsko telo u zdravlju i bolestima.“
Identifikacija proteina je izazovna zbog njihovog ogromnog mnoštva, uz koje su povezane sličnosti između proteina različitih vrsta. Oko 20.000 gena za stvaranje proteina u ljudskom genomu, na primer, dovodi do miliona varijacija proteina; njihovo identifikovanje korišćenjem postojećih baza podataka o proteinima može biti komplikovano i dugotrajno. Novi metod Vajcman instituta rešava ovaj izazov, delimično kombinovanjem sekvenciranja DNK i masene spektrometrije da bi se stvorila manja mapa proteina po meri pacijenta.
Metoda, nazvana IPHOMED—skraćenica za Integrisana proteogenomika HOst, MicrobiomE i Diet— omogućava dekodiranje celokupne aktivnosti mikrobioma pokazujući koji proteini u uzorku stolice potiču iz kojih sojeva bakterija i u kojim količinama. Pored toga, identifikuje proteine koje luči ljudska creva kao odgovor na signale koji dolaze iz mikrobioma. Uzeti zajedno, proteini iz ova dva izvora stvaraju atlas komunikacije tela sa mikrobiomom, na primer, tokom izlaganja bakterijama koje izazivaju bolesti ili antibioticima.
Tako su, koristeći metodu, Veizmannovi istraživači otkrili da ljudska creva mogu da luče desetine ranije nepoznatih antimikrobnih peptida koji deluju kao prirodni antibiotici, ubijajući neke od bakterija u mikrobiomu i na kraju oblikujući njegov sastav. Ovaj nalaz bi mogao pomoći da se objasni zašto je sastav mikrobioma svake osobe jedinstven, što dovodi do razlika u podložnosti bolesti.
Kada su istraživači mislili da su završili razvoj metode, mogao je da identifikuje 97% proteina u svakom uzorku stolice, što je bila visoka stopa, ali neuspeh da se dosledno karakteriše preostalih 3% delovalo je zbunjujuće. Dalja istraživanja su pojasnila da oni nisu nastali ni u mikrobiomu ni u telesnim tkivima: došli su iz hrane.
Ovo otkriće je sugerisalo da bi Vajcmanova metoda mogla da zadovolji strašnu, dugogodišnju potrebu nauke o ishrani, da obezbedi neinvazivno sredstvo za otkrivanje tačnih detalja ishrane osobe. Da bi rešio ovaj izazov, tim je napravio bazu podataka proteina koji se nalaze u stotinama prehrambenih proizvoda i identifikovao one koji su jedinstveni za svaku hranu. Ovaj razvoj je omogućio da se iz uzoraka stolice nauči sa neviđenom preciznošću šta su ljudi jeli.
Na primer, kada se primeni na uzorke prikupljene od dve grupe zdravih dobrovoljaca, jedne u Nemačkoj i druge u Izraelu, metoda je identifikovala sličan nivo potrošnje pšenice u obe populacije, ali samo nemački uzorci su imali velike količine proteina iz svinjskog mesa; nasuprot tome, većina mesnih proteina u izraelskim uzorcima potiče od živine.
U jednom od eksperimenata koje je sproveo tim, dobrovoljci su zamoljeni da konzumiraju promenljivi repertoar namirnica, uključujući kikiriki, na određene dane. Metoda ne samo da je tačno odredila kada su ove namirnice pojedene, već je bila toliko osetljiva da je mogla da ukaže na potrošnju samo pet kikirikija dnevno.
U drugom eksperimentu, istraživači su uspeli da precizno prate promene u ishrani ljudi sa gastrointestinalnim oboljenjima. U jednom slučaju, metoda je ispravno identifikovala dete sa novodijagnostikovanom celijakijom koje nije pratilo propisanu dijetu bez glutena.
„Naš metod bi se mogao koristiti da se utvrdi da li neko drži košer ili je osoba toliko striktno vegetarijanac kao što se izjašnjava da jeste“, kaže Elinav sa osmehom.
„Ali što je ozbiljnije, tradicionalna metoda praćenja ishrane, samoizveštavanje, je notorno netačna. Preciznije i detaljnije poznavanje onoga što ljudi jedu, čak i kada je njihov obrok složen i sastavljen od više sastojaka, može pomoći da se utvrdi koji od mnogih komponenti obroka su korisne za zdravlje i koje su problematične.“
Da bi istražili upotrebu svoje nove metode u dijagnostici i lečenju bolesti, naučnici su je primenili na uzorke stolice pacijenata sa inflamatornom bolešću creva, koju karakteriše teška crevna upala na koju utiču ishrana i mikrobiom. Analiza uzoraka izraelskih, nemačkih i američkih učesnika u studiji omogućila je dekodiranje, sa velikim molekularnim detaljima, izmenjene interakcije između ljudskog creva i crevnog mikrobioma koje pokreću poreklo ove bolesti.
Studija je dovela do otkrića desetina novih proteina koji bi mogli poslužiti kao potencijalne buduće mete za lekove za lečenje ove trenutno neizlečive bolesti. Istraživači su takođe identifikovali ljudske i bakterijske proteine koji bi, korišćeni zajedno, mogli da se razviju u nove biomarkere za dijagnozu tipa bolesti, procenu njene ozbiljnosti i praćenje njenog napretka. Ove nove sonde obećavaju da će nadmašiti kalprotektin, jedini klinički odobreni biomarker za inflamatornu bolest creva.
Pored toga, koristeći IPHOMED analizu ishrane pacijenata, istraživači su bili u mogućnosti da kvantifikuju usaglašenost pacijenata sa nutritivnim terapijama za crevne bolesti creva i povežu nivo njihovog pridržavanja takve ishrane sa poboljšanom kontrolom upale.
Štaviše, uspeli su da primene svoju neinvazivnu metodu za otkrivanje bolesti u tankom crevu, dugačkoj, tankoj cevi koja kod zdravih ljudi apsorbuje većinu proteina iz hrane. Zbog toga što je tanko crevo poznato kao teško za vizualizaciju i pristup, ova bolest se nije mogla pokupiti konvencionalnim sredstvima.
Uzeti zajedno, proteini u crevima su ‘reči’ koje će nam jednog dana omogućiti da čujemo tačno šta nam creva govore i tako naučimo da im pružimo upravo onu pomoć koja im je potrebna“, kaže Elinav.
„Ova sposobnost će pomoći istraživačima da osmisle personalizovane nutritivne i medicinske intervencije za širok spektar poremećaja, posebno onih na koje utiče mikrobiom, uključujući inflamatorne, metaboličke, maligne i neurodegenerativne bolesti.“
