U novoj studiji, istraživači sa Univerziteta u Čikagu su bili u stanju da predvide postoperativne infekcije kod pacijenata sa transplantacijom jetre analizirajući molekule u njihovom izmetu. Njihova analiza predstavlja ključni korak napred u istraživanju veze između mikrobioma creva – bakterija koje naseljavaju ljudsko telo – i ukupnog zdravlja.
„Otpornost na antibiotike svake godine raste i pogoršava se. Bez antibiotika koji deluju, ne možemo da radimo stvari kao što su operacije, zaštita prevremeno rođene dece ili lečenje raka“, rekao je Christopher Lehmann, MD, docent medicine na UChicago Medicine i vodeći autor o studiji. „Ispostavilo se da se ljudski mikrobiom, posebno mikrobiom creva, prilagodio da se bori protiv bakterija otpornih na lekove tokom istorije. Moramo pokušati da razumemo kako to funkcioniše u borbi protiv ovih infekcija otpornih na lekove.“
Pacijenti sa transplantacijom jetre su posebno podložni infekcijama otpornim na lekove, pa su Leman i njegovi kolege istraživači analizirali uzorke fekalija od preko 100 pacijenata sa transplantacijom jetre kako bi videli da li mikrobiom može da utiče na rizik od infekcije.
Istraživači su otkrili širok spektar sastava mikrobioma kod različitih pacijenata.
„Zdrav mikrobiom bi se sastojao od preko triliona bakterijskih ćelija, sa hiljadama jedinstvenih vrsta – poput raznovrsne prašume“, objasnio je Leman. „Neki pacijenti imaju uništen ceo ekosistem. Još uvek imaju preko trilion ćelija, ali postoji samo jedna vrsta bakterije — obično loša, otporna na lekove. štetne vrste korova“.
Istraživači su otkrili da zdravi mikrobiomi proizvode nekoliko ključnih metabolita, koji su molekuli napravljeni varenjem ili drugim hemijskim procesima unutar organizma. Ovi metaboliti uključuju kratkolančane masne kiseline, koje su korisne za ljudske domaćine, kao i sekundarne žučne kiseline koje se proizvode kada bakterije modifikuju ljudske žučne kiseline kako bi odgovarale sopstvenim potrebama.
Ispostavilo se da u raznovrsnom mikrobiomu te potrebe uključuju borbu protiv bakterija otpornih na lekove. Neke od žučnih kiselina su veoma toksične za bakterije kao što je enterokok otporan na vankomicin (VRE), vrsta bakterije otporne na antibiotike koja često izaziva infekcije kod pacijenata koji su bili podvrgnuti operaciji, lečenju raka ili intenzivnoj nezi.
Zatim su istraživači ispitali svoje podatke da vide da li postoji korelacija između sastava mikrobioma i postoperativnih infekcija.
„Ispostavilo se da je količina patogena otpornih na lekove u mikrobiomu predvidela postoperativne infekcije sa tačnošću koju bismo inače tražili u kliničkom testu“, rekao je Leman.
Tim je tada otišao korak dalje. Umesto da sekvenciraju genome da bi identifikovali specifične bakterijske vrste, odlučili su da pogledaju samo metabolite u izmetu pacijenata da vide da li ti molekuli nude istu prediktivnu vrednost. Sami metaboliti su im omogućili da sortiraju pacijente u dve kategorije: zdravi mikrobiomi i nezdravi mikrobiomi. Napravivši poslednji analitički skok, naučnici su otkrili da mogu da koriste metabolite da predvide da li će pacijent uopšte dobiti infekciju.
„Možemo ići direktno sa metabolita na predviđanje kliničkog ishoda“, rekao je Lehmann. „Ovo je važno jer se metabolomska analiza može izvršiti vrlo brzo, dok je sekvenciranje relativno sporo.“
Analitički algoritam je trenutno veoma komplikovan i potrebna mu je opsežna validacija pre nego što se koristi kao dijagnostički ili prediktivni test u kliničkoj praksi. Međutim, ovi nalazi postavljaju osnovu za buduće studije koje bi mogle da učvrste vezu između infekcije i metabolita u izmetu, kao i da istraže potencijalne uzročne veze.
„Sledeći korak ovog toka istraživanja biće istraživanje da li možemo da iskoristimo ove nalaze da ispravimo mikrobiome ljudi“, rekao je Leman. Pacijenti koji imaju nezdrave, jednovrstne crevne mikrobiome i koji su pod visokim rizikom od infekcije, potencijalno bi mogli da dobiju zdrave crevne bakterije iz spoljnih izvora da bi obnovili proizvodnju zdravih metabolita, uključujući molekule kao što su sekundarne žučne kiseline koje mogu pomoći u zaštiti od infekcija otpornih na lekove.
Godine 2023. FDA je odobrila dva proizvoda za restauraciju mikrobioma. „Obnova mikrobioma nije u dalekoj budućnosti; već je u sadašnjosti“, rekao je Leman.
Odeljenje za biološke nauke Učikaga već ima biobanku koja sadrži hiljade bakterija, od kojih su sve analizirane i kategorisane na osnovu njihovog genoma i metabolita koje proizvode. UChicago gradi postrojenje u skladu sa dobrim proizvodnim praksama (GMP) koje će omogućiti naučnicima da proizvode, filtriraju i suše zamrzavanje ključnih crevnih bakterija dobijenih od zdravih donatora i pakuju ih u kapsule farmaceutskog kvaliteta koje ljudi mogu da uzimaju kao pilule.
„Već smo napravili pregršt koktela bakterija koje nedostaju pacijentima koji imaju loše ishode, ali su prisutni kod pacijenata koji imaju dobre ishode“, rekao je Leman. „Te bakterije mogu da rade zajedno da naprave metabolite koji su nedostajali kod pacijenata koji su dobili infekcije, a zatim mogu da naseljavaju creva i teoretski se brane od budućih negativnih ishoda.
Kod pacijenata koji su primali antibiotsku terapiju širokog spektra, takve kapsule bi se mogle koristiti za ponovnu populaciju zdravih crevnih bakterija koje su uništene. Kod pacijenata koji su pod visokim rizikom od bakterijskih infekcija otpornih na lekove, dopuna njihovih metabolita mikrobioma može da pruži određenu zaštitu.
„Gubili smo bitku protiv više bakterija otpornih na lekove, tako da nam je očajnički potrebno više oružja“, rekao je Leman. „Razumevanje mikrobioma, testiranje zdravlja mikrobioma i obnavljanje mikrobioma su ključni novi alati koje možemo dodati našem arsenalu.
Studija „Profiliranje fekalnih metabolita identifikuje primaoce transplantacije jetre pod rizikom od postoperativne infekcije“, objavljena je u Cell Host & Microbe u decembru 2023. Koautori su Nicholas P. Dilla, Matthev Odenvald, Ravi Naiak, Mariam Khalid, Jaie Boissiere, Jackelin Cantoral, Emerald Adler, Matthev R. Stutz, Mark Dela Cruz, Angelica Moran, Huaiiing Lin, Anitha Sundararajan, Ashlei M. Sidebottom, Jessica Cleari, Eric G. Pamer, Andrev Aronsohn, John Fung, Talia B. Baker i Aalok Kacha.
