1Martin Haranta, MSc., 1,2MVDr. Alojz Bomba, DVM, DrSc.; 1Perbiotix, s. r. o.; 2ARCOBIOME – Advanced Research Centre of Microbiome 20.12.2024

Súhrn: Jedinečnosť mikrobiómu si vyžaduje individuálny prístup. Slovenskí vedci, ktorí skúmajú možnosti cielenej úpravy črevného mikrobiómu pre podporu liečbu nielen tráviacich ťažkostí, ale aj iných chronických chorôb, pracujú na nových metódach personalizovanej medicíny. Na základe dlhoročného výskumu črevného mikrobiómu a medzinárodnej spolupráce priniesli výsledky svojej práce vo forme personalizovaných probiotík, teda probiotík pripravovaných „na mieru“ pre konkrétneho pacienta osobitne. Je to dôležitý krok k personalizovanej medicíne, ktorá rešpektuje individualitu človeka a je medicínou budúcnosti.
Kľúčové slová: mikrobióm, metabolóm, personalizovaná medicína, probiotiká, prebiotiká

Abstract: The uniqueness of the microbiome requires an individual approach. Slovak scientists who are investigating the possibilities of targeted modification of the intestinal microbiome to support the treatment of not only digestive problems, but also other chronic diseases are working on new methods of personalized medicine. Based on long-term research of the intestinal microbiome and international cooperation, they brought the results of their work in the form of Personalized probiotics, i.e. probiotics prepared "tailor-made" for a specific patient. It is an important step towards personalized medicine, which respects the individuality of a person and is the medicine of the future.
Key words: microbiome, metabolome, personalized medicine, probiotics, prebiotics

Zloženie črevnej mikrobioty je ovplyvnené mnohými faktormi vrátane veku, zdravotného stavu, stravy, genetiky a geografickými podmienkami regiónu (1). Zatiaľ čo črevná dysbióza je spojená s mnohými ochoreniami, rozmanitosť, zloženie a funkcia črevného mikrobiómu sa môže líšiť nielen medzi jednotlivými chorobami, ale aj medzi jednotlivcami trpiacimi rovnakým ochorením. Zatiaľ nie je jasné, či je črevná dysbióza príčinou alebo dôsledkom ochorenia, ale je zrejmé, že cielené a personalizované ovplyvňovanie črevnej modulácie môže zmierniť príznaky a bude pravdepodobne slúžiť ako adjuvantná terapia pre mnohé ochorenia v budúcnosti (2, 3).

Je potrebné vyvinúť účinné metódy na moduláciu mikrobiómu, na prevenciu a terapiu chronických ochorení. Jedným z možných prístupov je personalizácia probiotickej a prebiotickej terapie, čo by malo znížiť riziká liečby s minimálnym prínosom a/alebo nežiaducimi účinkami (2). Kľúčovou výzvou pre personalizáciu je výber vhodných biomarkerov na usmernenie zloženia probiotickej a prebiotickej zmesi. Personalizovaná modulácia črevnej mikrobioty je stále v počiatočnom štádiu výskumu a biomarkery, ktoré sa v súčasnosti používajú, sú stále pomerne jednoduché, ako napr. početnosť určitých rodov alebo druhov v črevnej mikrobiote. Metabolická aktivita mikrobiómu sa môže líšiť, aj keď zloženie zostáva to isté, čo naznačuje, že je potrebný ďalší výskum metabolomiky, aby sa umožnila efektívna personalizovaná modulácia črevnej mikrobioty. Nedávna pozorovacia štúdia bola vykonaná s cieľom posúdiť aplikáciu personalizovaných probiotík (4).

Vzorky stolice odobraté od dobrovoľníkov (n = 48) boli analyzované na zloženie mikrobioty a tieto údaje spolu s anamnézou pacienta sa použili na prípravu personalizovanej zmesi probiotík pre každého pacienta (4). Zmes lyofilizovaných probiotických kultúr bola pripravená v kapsulách, pričom každá jednotlivá kapsula dennej dávky obsahovala 35 miliárd jednotiek tvoriacich kolónie-CFU (4). Základ probiotickej a prebiotickej zmesi bol určený počtom a pomerom laktobacilov a bifidobaktérií vo vzorke stolice. Napríklad, nízky počet jedného druhu baktérií viedol k použitiu väčšieho počtu týchto baktérií do probiotickej zmesi (4). Medzi ďalšie faktory použité na prípravu personalizovanej probiotickej zmesi patril pomer Firmicutes a baktérií rodu Bacteriodetes, ktorý zahŕňal aj anamnézu hnačky, užívanie antibiotík, zápchu, IBD alebo alergiu (4). Do hodnotenia bol zahrnutý aj BMI pacientov (5). Po troch mesiacoch podávania probiotík bola od každého pacienta získaná druhá vzorka stolice, klinické hodnotenie a anamnéza (4).

Výsledky tejto dôležitej štúdie identifikovali štatisticky významný nárast oproti východiskovej hodnote do 3. mesiaca v priemernom počte Lactobacillus (0,01 % oproti 0,13 %; p < 0,0001) a Bifidobacterium (2,87 % oproti 4,08 %; p < 0,01) rodov a fylu Actinobacteria (4,84 % ku 7,18 %; p < 0,01) a v celkovom počte druhov vo vzorkách stolice (799 – 1498; p < 0,05). Tieto neočakávané zvýšenia diverzity ilustrujú potenciál tohto prístupu pri zlepšovaní zdravého črevného mikrobiómu. Ukázalo sa tiež, že probiotická zmes pomáha znížiť počet hnačiek hlásených samotnými pacientmi na ≤ 2 defekácie za deň, alebo zvýšiť pri samohlásených zápchach počet defekácií na ≥ 1 defekáciu každý ďalší deň, a to u viac ako polovice skúmaných pacientov (4).

Probiotiká novej generácie sú nádejou na liečbu niektorých zdravotných problémov a mohli by byť účinnejšie ako probiotiká obsahujúce jeden kmeň alebo viacero kmeňov. Za kandidátov probiotík novej generácie a ďalších prípravkov na báze mikrobiotík možno považovať rôzne kmene baktérií s preukázanými zdravotne prospešnými účinkami, druhov ako Akkermansia muciniphila, Faecalibacterium prausnitzii, Bacteroides fragilis, Bacteroides uniformis, Eubacterium hallii a baktérií rodu Clostridia klastrov IV, XIVa, a XVIII. Vývoj probiotík novej generácie je prísľubom inovácií v potravinárskom sektore a farmaceutickom priemysle (6).

  Nové poznatky o úlohe mikrobioty v zdraví a patogenéze chorôb umožňujú rozširovať možnosti podávania probiotík vo vzťahu k ich aplikačnej forme a v závislosti od účelu ich použitia. Rastúci záujem o aplikáciu probiotík v klinickej praxi si bude pravdepodobne vyžadovať špecifické regulačné prístupy v prípade ich podávania pacientom. Európsky úrad pre bezpečnosť potravín definoval novú kategóriu „živých bioterapeutických produktov“ (LBP), čím objasnil farmaceutické očakávania. Podobne ako všetky produkty určené na prevenciu alebo liečbu chorôb, LBP budú musieť byť registrované ako lieky, pokiaľ majú byť uvedené do praxe v USA a Európe (7).

Transplantácia fekálnej mikrobioty (FMT) od zdravého človeka (darcu) pacientovi s ochorením spojeným s dysbiózou je účinnou terapeutickou alternatívou pre infekciu Clostridium difficile (CDI), ale mohla by byť sľubným terapeutickým prístupom aj u pacientov s inými chorobami, ako sú zápalové ochorenia čriev (IBD), syndróm dráždivého čreva, metabolický syndróm a obezita (Konturek al., 2015; Paramsothy et al., 2017). Predpokladá sa, že FMT zlepšuje odolnosť črevnej mikrobioty príjemcu voči kolonizácii črevného traktu nežiadúcou mikrobiotou, ale jej mechanizmy zatiaľ nie sú dostatočne objasnené. Fekálna mikrobiota môže byť transplantovaná aj v lyofilizovanej enkapsulovanej forme. Ďalšou možnosťou FMT je použitie ľudskej črevnej mikrobioty kultivovanej anaeróbne in vitro. Pri výbere spôsobu podávania FMT treba brať do úvahy jej indikáciu (8).

Terapie novej generácie, vrátane syntetických produktov stolice alebo bakteriálnych konzorcií, sa v súčasnosti dostávajú do popredia ako alternatíva k FMT, pretože majú oveľa menej vedľajších účinkov (Takáčová et al., 2022). Ukázalo sa, že črevná mikrobiota môže byť účinne modulovaná podávaním definovanej mikrobioty. Aplikácia 33 bakteriálnych kmeňov izolovaných z ľudskej stolice alebo zmesi náhrady stolice obsahujúcej viacdruhovú komunitu baktérií, môže byť protektívna proti enterálnej infekcii C. difficile alebo S. typhimurium. Definované konzorcium 8 bakteriálnych kmeňov (zmenená Schaedlerova flóra) by mohlo byť účinné na zníženie aktivity ureázy v stolici a produkcie amoniaku (8).

Autoprobiotickú technológiu možno využiť na moduláciu črevnej mikrobioty pomocou vybraných probiotických baktérií izolovaných od zdravého darcu. Izolované baktérie sa uložia v kryobankách a hostiteľovi sa aplikujú späť v prípade, ak sa u neho vyskytnú dysbiotické stavy (9).

Jeden z nových terapeutických prístupov zameraných na črevnú mikrobiotu je založený na metabolitoch mikroorganizmov – „postbiotikách“. Metabolity sú produkované, modulované alebo degradované mikrobiotou a svojou metabolickou a signalizačnou funkciou pôsobia priamo na hostiteľa. Tieto metabolity, ako sú mastné kyseliny s krátkym reťazcom, flavonoidy alebo organická kyselina taurín, slúžia ako prostriedok komunikácie pri interakciách medzi hostiteľmi a mikroorganizmami. Postbiotiká sa zameriavajú na mikrobiálne signálne dráhy zmierňovaním negatívnych účinkov nedostatku alebo nadbytku metabolitov zapojených do signálnych dráh. Postbiotiká neovplyvňujú črevnú dysbiózu, ale majú potenciál korigovať jej negatívne účinky. Na rozdiel od aplikácie živých mikroorganizmov sa ich dávkovanie a spôsoby aplikácie riadia zásadami farmakokinetiky (10). Termínom „farmbiotiká“ sa označujú nielen živé mikroorganizmy, ale aj mŕtve alebo zmenené mikroorganizmy, ako sú baktérie, ale aj ich metabolity (11).

V súčasnosti disponujeme účinnými prostriedkami na boj proti chronickým chorobám prostredníctvom modulácie črevnej mikrobioty. Predstavuje ich vhodná strava, probiotiká, prebiotiká, postbiotiká a transplantácia črevnej mikrobioty. Predovšetkým však potrebujeme, účinnú stratégiu ich efektívneho využitia u pacienta postihnutého chronickým ochorením. Personalizovaná a cielená modulácia črevnej mikrobioty má všetky predpoklady stať sa kľúčovou stratégiou prevencie a podpornej terapie chronických ochorení (2).

 Personalizovaná a precízna medicína vytvára predpoklady pre aplikáciu nových metód liečby mnohých chronických ochorení zameraných na úpravu črevného mikrobiómu, vrátane liečby rakoviny. Zohľadnenie úlohy črevných mikroorganizmov v patogenéze chorôb by mohlo významne prispieť k zvýšeniu účinnosti ich liečby. 

Manipulácia s ľudským mikrobiómom prispôsobená pacientovi môže umožniť vývoj presnej liečby zameranej na mikrobióm pre rôzne multifaktoriálne poruchy. Účinnejšími metódami úpravy črevného mikrobiómu môžu byť personalizované probiotiká a prebiotiká, personalizovaná výživa zohľadňujúca zloženie a funkčnosť črevnej mikrobioty, postbiotiká obsahujúce metabolity mikroorganizmov ovplyvňujúce komunikáciu mikroorganizmov s hostiteľom a fágová terapia. Ich využitie v klinickej praxi si však vyžaduje stanovenie štandardných postupov odberu vzoriek, ich rozboru a interpretácie získaných výsledkov. Využitie postupov personalizovanej a precíznej medicíny tak umožní zefektívniť diagnostiku a terapiu ochorení, pri ktorých dôležitú úlohu zohráva črevný mikrobióm (12).

Vývoj presných probiotík, prebiotík novej generácie, ktoré sú výsledkom lepšieho pochopenia metabolických interakcií medzi členmi mikrobiálneho ekosystému, a personalizovaných diétnych terapií prispôsobených individuálnej mikrobiote jednotlivca vytvorí novú hranicu v oblasti personalizovanej medicíny (13). Personalizovaná a cielená modulácia črevnej mikrobioty je značne sľubná pre prevenciu a liečbu chronických ochorení. Predpokladá, že tento prístup bude v budúcnosti možno kombinovať s autotransplantáciou ex vivo modulovanej črevnej mikrobioty.

Literatúra:

1. Hasan, N., Yang, H. Factors affecting the composition of the gut microbiota, and its modulation. PeerJ. 2019; 7: e7502.
2. Haranta, M. et al. Personalised and targeted microbiome modulation - how far we are. International Scientific Conference of Probiotics, Prebiotics, Gut Microbiota and Health (IPC), 27 – 30 June, 2022.
3. Bäckhed, F. et al. Defining a healthy human gut microbiome: Current concepts, future directions, and clinical applications. Cell Host Microbe. 2012; 12(5): 611 – 22.
4. Ryšávka, P. et al. Targeted modulation of gut microbiota by personalized probiotics.
5. Gibbons, S.M. et al. Leveraging the microbiome to predict personalized responses to dietary, prebiotic, and probiotic interventions. International Scientific Conference of Probiotics, Prebiotics, Gut Microbiota and Health (IPC), 27 – 30 June, 2022.
6. El Hage et al. Emerging Trends in "Smart Probiotics": Functional Consideration for the Development of Novel Health and Industrial Applications. Front Microbiol. 2017 Sep 29: 8: 1889.
7. Cordaillat-Simmons et al. Live biotherapeutic products: the importance of a defined regulatory framework. Exp Mol Med. 2020 Sep; 52(9): 1397 – 1406.
8. DeGruttola et al. Current Understanding of Dysbiosis in Disease in Human and Animal Models. Inflamm Bowel Dis. 2016 May; 22(5): 1137 – 50.
9. Suvorov et al. Widespread introgression across a phylogeny of 155 Drosophila genomes. Current Biology. 2013 Jan; 32(1) 111 – 123.e5.
10. Wong a Levy, New Approaches to Microbiome-Based Therapies. mSystems. 2019 May – Jun; 4(3): e00122 – 19.
11. Quigley a Gajula, Recent advances in modulating the microbiome. F1000Res. 2020 Jan 27: 9: F1000 Faculty Rev-46.
12. Zmora et al. Personalized Gut Mucosal Colonization Resistance to Empiric Probiotics Is Associated with Unique Host and Microbiome Features. Cell. 2018 Sep; 174(6), 1388 – 1405.e21.
13. Kashyap et al., Microbiome at the Frontier of Personalized Medicine. Mayo Clin Proc. 2017 Dec; 92(12): 1855 – 1864.