Лаборатория за генни технологии, Департамент по биосистеми, KU Льовен, Льовен, Белгия

дисбиоза

Лаборатория за генни технологии, Департамент по биосистеми, KU Льовен, Льовен, Белгия

Информация за финансиране:

Не е предоставена информация за финансиране.

Обобщение

Въведение

„Човешката микробиота е във фокуса на една от най-динамичните изследователски области на нашето време“ - с това изречение започва скорошен преглед на клетките върху микробиома на човешките черва (Schmidt и др., 2018). Що се отнася до отразяването на изследванията на микробиоми в списанията Nature, Science, Cell и техните сестри, това решение в никакъв случай не е преувеличение. Понякога цели издания са пълни с статии за микробиоми, като изданието на Nature от 30 май 2019 г., представящо най-новите резултати от Интегративния човешки микробиомен проект (HMP) (Proctor и Integrative HMP (iHMP) Research Network Consortium, 2019 .

Един от трите подпроекта на HMP се занимава с чревната микробиота при възпалително заболяване на червата (IBD), където впечатляващ набор от мултиомични технологии са приложени към почти 3000 проби от изпражнения, биопсия и кръв, взети многократно за една година от 132 пациенти (Lloyd‐ Цена и др., 2019). Междуиндивидуалните вариации представляват по-голямата част от наблюдаваната вариация, докато състоянието на заболяването обяснява само по-малка част. По време на проследяването се наблюдават „дисбиотични“ чревни микробиоми при някои пациенти, но те са слабо свързани с активността на заболяването. По този начин тези отклонения на чревната микробиота представляват потенциално стохастични събития. Таксономичните преминавания към аеротолерантни, възпалителни бактериални обвивки потвърдиха наблюдения от предишни доклади. Ново са наблюденията за по-голяма експресия на гени от клостридии и намаляване на некласифициран Субдолигранулум видове при IBD. Авторите подчертават, че не е ясно дали данните от микробиомите на мултиомиката могат да предскажат болестни събития преди тяхното възникване. Причинно-следственият анализ се нуждае от проекти за проучване на интервенцията. Данните предоставят каталог на нови връзки между мултиомичните характеристики, които позволяват бъдещи изследвания, но изследванията на микробиомите остават по този начин до голяма степен описателни.

Проблемът с дефинициите

Проблемите, с които се сблъскват продуктите, получени от микробиоми за промишлени приложения, са многобройни. Може да изненада, че едно препятствие е въпрос на основно научно определение, въпрос, който не бива да се отхвърля като чисто семантичен. Преди близо 2000 години, баща-основател на медицината, подчерта значението на ясните научни термини, когато пише „Първо обаче, трябва да разграничим и обясним ясно различните термини, които ще използваме, и за това какви неща ги прилагаме; и това ще докаже не просто обяснение на термини, но в същото време демонстрация на въздействието на природата “(Гален, 191 г. сл. н. е.). Пробиотичното поле отдавна обсъжда какво представлява пробиотик и са организирани консенсусни конференции, за да се намери определение. Наличието на ясна дефиниция не само по себе си решава научните въпроси. Всъщност учените общества препоръчват само няколко пробиотици за ограничен брой здравни приложения (Brüssow, 2019). Липсата на ясна дефиниция на термините обаче рискува да замъгли дискусията.

Подходи за определяне на дисбиоза

Основната критика относно наивното използване на термина дисбиоза е формулирана от Леви и др. (2017), който отбелязва, че не е достатъчно да се сравняват болните индивиди с кохорта без контрол на болестта; особено се нуждае от сравнения между различни прояви на едно и също заболяване. Това искане би осигурило по-тясно ниво на асоцииране, без обаче да реши изцяло проблема с причината или следствието. Тези автори също призовават за функционални, а не за таксономични интерпретации на дисбиотичната микробиота и повдигат точката на висока контекстуална зависимост на наблюденията, например с имунната система на гостоприемника, действаща върху микробиома и микробиома, действаща върху имунната система на гостоприемника. Тези автори идват с радикално предложение, че определението за конфигурация на дисбиотична микробиота трябва да отговаря на критериите на постулатите на Кох за дефиницията на причинител на болестта микробен агент, разширен тук за причиняващ заболяване микробиом.

Когато разследва връзката между детската дисбиоза и болестта, Vangay и др. (2015) споменава важни объркващи фактори, които трябва да бъдат отчетени при такива анализи на микробиота-болест, като временното съзряване на чревната микробиота и зависимостта на състава на микробиотата от вида на раждането (цезарски срещу вагинален) (Chu и др., 2017 г.), на диета (кърмене срещу кърмене от шише) и на предишна употреба на антибиотици. Представено е подробно описание на чревната микробиота от кърмачета, като се вземат предвид тези фактори за здрави бебета от Швеция (Bäckhed и др., 2015 г.) и Съединените щати (Baumann-Dudenhoeffer и др., 2018). Единично проучване на случай-контрол е документирало връзка между микробиота и болест, а именно недохранване при деца от Бангладеш, с развитието на възрастта на микробиотите чрез използване на машинно обучение върху данни от 16S РНК последователност, което е довело до „относителен индекс на зрялост на микробиотата“. Авторите установяват относителна незрялост на микробиота за недохранени деца (Subramanian и др., 2014). Въпреки че това наблюдение представлява научен интерес, то е от ограничено практическо значение, тъй като това състояние може лесно да бъде оценено чрез антропометрия и визуална диагностика.

Въпросът за разнообразието

Данните от Hadza подчертават друг аспект, а именно значението на сезонната променливост на чревната микробиота в примитивните общества (Smits и др., 2017), което компрометира надеждите за свързване на съзвездието на чревната микробиота със здравето, освен ако не се предвиждат сезонни промени в здравето или две различни съзвездия на здрави чревни микробиоти в различни екологични условия. Има дори данни, макар и разработени с много малък брой хора, демонстриращи дневни промени в състава на микробиотата на червата и описани с повече подробности при мишки (Thaiss и др., 2014). Ако се потвърди, такава изменчивост на съзвездието на чревната микробиота ще изисква протоколи със стандартизирани времена за вземане на проби от изпражненията (сезони, часове от деня), които да подкрепят сравненията между проучванията и да позволят обобщаване.

Също така, Shade (2017) призовава за сдържаност при използването на измерване на разнообразието за здравни оценки: само разнообразието има ограничена стойност, тъй като е необходим много контекст за неговото тълкуване. Несъответствието между различните индекси на разнообразието на общността отдавна е признато в областта на екологията, което усложнява сравненията между проучванията. Като такова разнообразието на микробиотите не е нито добро, нито лошо. Въпросът лесно се демонстрира от човешката вагинална микробиота, където повишеното микробно разнообразие е ясно свързано с вредни ефекти (бактериална вагиноза при афроамерикански жени, дори свързани с компрометирани резултати от раждането; Fettweis и др., 2019). Зависимостта от генетичния произход на приемника за микробиота-здравни асоциации е добре демонстрирана във вагинални проучвания на микробиота от афроамерикански и бели американски жени (Callahan и др., 2017). В случая на вагиналната микробиота аргументът за съвместната еволюция на микробиота с хоминидния произход не е приложим, тъй като ЛактобацилусДоминирана вагинална микробиота се среща само при хора, но не и при маймуни (Miller и др., 2016).

Подсилени проучвания и метаанализи

Много проучвания за микробиота, диагностициращи дисбиоза в случай на контролни проучвания, са статистически недостатъчни, като се отчитат само малки човешки проби: 2018) аргументират мета-анализи в областта на дисбиозата. Метаанализът може да увеличи статистическата мощ на много малки проучвания чрез откриване на истински сигнали на фона на фалшиви положителни резултати. Основен актив на метаанализа е идентифицирането на последователни наблюдения в независими изследвания или опровергаването на фалшиви асоциации. Предвиден е тест за връзка на чревната микробиота със затлъстяването.

Категоризации на изследванията за дисбиоза

Евбиоза

Сравнително неуловимият характер на термина „дисбиоза“ е огледалният образ на също толкова слабо характеризирания противоположен термин на „еубиоза“. Не е дадено точно определение за еубиоза извън „балансирана“ микробиота или микробиота, открита при здрави индивиди. Ясната дефиниция на еубиотичната микробиота е особено важна за контролни проучвания. Ако здравата еубиотична микробиота е добре дефинирана както семантично, така и от нейния микробиотен състав, ще са необходими само данни за микробиота от малък брой контролни субекти. Този ефект се предлага от „принципа на Анна Каренина“, който гласи, че дисбиотичните индивиди се различават повече в състава на микробната общност, отколкото здравите индивиди (Zaneveld и др., 2017). Особеното име на този принцип е игра на думи на книга на Лев Толстой, която започва с изречението: „Всички щастливи семейства си приличат, всяко нещастно семейство е нещастно по свой начин“. Подкрепа за този принцип беше намерена в океанските корали, където дисбиотичните корали, т.е. стресираните корали, имат по-променлив и нестабилен микробиом от здравите (Ахмед и др., 2019). Докато човешката вагинална микробиота изглежда съвпада с този принцип, далеч не е ясно дали този принцип се прилага за здравата човешка чревна микробиота (Brüssow, 2016).

Объркващи фактори

Множество подходи на омика ...

... и техните ограничения

Подходите, които създават микробен GPS, са очарователни, но все още далеч от превода в клиничната практика. Чувствителността и специфичността на тестовете за микробиота за диагностика на болестта все още са сравнително неясни. Също така е неизвестно дали промените в микробиотата са достатъчно фини, за да позволят диагностично значима диференциация на заболяването. По-фундаментално, по-голямата част от изследванията на чревната микробиота са проведени по логистични причини с проби от изпражнения. Съставът на микробиотата на фекалните проби се различава от този на лигавичните проби (Eckburg и др., 2005). Очевидно е, че лигавичната микробиота, поради по-тясната си връзка с болните чревни тъкани, е по-вероятно да повлияе на резултата от заболяването, ако микробиотата е двигател на изследваното заболяване. Фекалната микробиота, за разлика от това, е смес от отделени лигавични бактерии и отделна незалепваща луминална микробиота, която е по-малко вероятно да отразява болестния процес. По този начин фекалната микробиота е потенциално само далечно огледало на патологични събития и следователно не трябва да очакваме тясна корелация с чревни заболявания, дори ако те са съществували за лигавичната микробиота.

Изчерпателно, сложно интервенционно проучване

Модифициран постулат на Кох за микробиом-здравни асоциации

Когато прилагаме постулати от типа на Кох за връзката коменсал - здраве и, като се разшири връзката дисбиоза - болест, човек осъзнава колко далеч сме от ясната дефиниция на полето, извън възможното изключение на коменсалите и C. difficile инфекция. Въпреки това, в тази област на ясна клинична полза от фекалната трансплантация, ние сме, с изключение на подход, предшестващ микробиомната ера (Tvede и Rask-Madsen, 1989; Tvede и др., 2015), все още не е на ниво интервенция с микробни елементи, определени на ниво щам.

Относно предположения и опровержения

Опит с диария

Острата диария е интересен пример за изследване на микробиоми, тъй като болестта е с кратка продължителност и се самоограничава. Представлява естествено нарушение на физиологичното равновесие на микробиотата на червата и неговото нарушаване от патологичния процес и възстановяването на ново равновесие съдържа обещания за разбиране на механизмите на взаимодействие между микроби и микроби в червата.

Outlook

Медицинските интервенции, като антибиотично лечение или прочистване на червата в подготовка за колоноскопия, представляват интересни възможности за изследване на микробиомни анализи, тъй като всички записани субекти са информативни и биологичните проби могат лесно да бъдат получени преди, по време и след интервенциите (Fukuyama и др., 2017). Тези данни могат да допълнят прозренията от проучвания за остра диария.

Опитите за клинична интервенция накрая са критичният тест за практическата стойност на изследванията на микробиомите. Успехът на фекалната трансплантация през C. difficile инфекцията е знак за надежда (Tariq и др., 2019), но трябва да разгадаем как действа механистично, както за постигане на индустриален продукт, така и за да разберем защо фекалната трансплантация работи по-слабо при други гастроентерологични заболявания (Imdad и др., 2018).

Благодарности

Благодаря на д-р Shawna McCallin за критичното четене на ръкописа.