Raziskovalec črevesne mikrobiote Martin Stražar: Napredna orodja umetne inteligence prinašajo nove rešitve za črevesne in avtoimunske bolezni

"V našem črevesju prebivajo trilijoni mikroorganizmov - bakterij, gliv in drugih organizmov - kar je po nekaterih ocenah celo več od vseh celic, ki sestavljajo človeško telo. Če bi črevesno mikrobioto šteli za organ, bi bila to verjetno največja struktura v telesu," je za STA dejal Martin Stražar z inštituta Broad v Združenih državah Amerike.

Črevesne bakterije, ki sestavljajo črevesno mikrobioto, s svojimi beljakovinami, vplivajo na zdravje posameznika. Pomagajo pri prebavi hrane in proizvajajo molekule, ki vplivajo tudi na imunski sistem, je poudaril.

Na zdravje naše črevesne mikrobiote neposredno vplivata prehrana in način življenja. "Znan pregovor 'Si to, kar ješ' še posebej velja za mikrobioto, saj je raznolikost bakterij v črevesju odvisna od raznolikosti hrane, ki jo uživamo. Bolj barvit in raznolik je naš krožnik, več različnih vrst bakterij podpira naše telo," je dejal.

Po njegovih besedah je zato pogosta napaka pri skrbi za črevesje uživanje enolične prehrane, kar zmanjšuje raznolikost bakterij v črevesju.

Čeprav so črevesne bakterije večinoma koristne za prebavo in vzdrževanje našega zdravja, pa lahko nekatere sprožijo prekomeren ali napačen imunski odziv, kar lahko nenazadnje vodi do vnetij črevesja, kroničnih črevesnih bolezni in avtoimunskih bolezni, je opozoril. "Da bi te bolezni lahko učinkoviteje preprečevali, je zato ključno natančno poznavanje tistega, kar se skriva v črevesju," je dejal.

Z umetno inteligenco napovedujejo tveganja za razvoj črevesnih in avtoimunskih bolezni

Po besedah Stražarja pa hitra evolucija in prilagajanje črevesnih bakterij predstavlja zakladnico beljakovin z mnogimi vlogami, ki jih zaradi kompleksnosti črevesne mikrobiote, raziskovalci šele spoznavajo.

"Dolgo časa tehnologija ni omogočala podrobnih analiz, vendar se je v zadnjem desetletju zaradi pocenitev in napredka v genomski analizi ter umetni inteligenci to začelo spreminjati," je dejal.

Z modernimi modeli umetne inteligence, ki določijo funkcije nepoznanim beljakovinam, je skupina znanstvenikov, ki jo je vodil ravno Stražar, nedavno tako odkrila in prvič opisala črevesne bakterije in njihove beljakovine, ki lahko učinkovito razgradijo holesterol ter tako pomagajo pri zniževanju holesterola v krvi in tveganja za bolezni srca in ožilja pri ljudeh.

S svojo ekipo pa Stražar raziskuje tudi, kako predvsem genetski dejavniki vplivajo na dovzetnost za razvoj kronične vnetne črevesne bolezni in avtoimunskih bolezni, ter razvija orodja, ki napovejo imunske odzive posameznika na bakterijske in virusne beljakovine glede na njegov genotip.

"Pri tem preučujemo zlasti gen HLA-II, ki imunskemu sistemu omogoča prepoznavanje in predstavitev tujih beljakovin," je dejal. Pri nekaterih ljudeh lahko, kot je pojasnil, določene različice tega gena povzročijo, da imunski sistem napačno prepozna lastne telesne celice kot tuje in sproži avtoimunski odziv. To lahko vodi v bolezni, kot sta multipla skleroza in revmatoidni artritis, in do vnetij črevesja, kar povečuje tveganje za kronične vnetne črevesne bolezni.

Raziskovalci z orodji, ki jih razvijajo, zato analizirajo različice tega gena in napovedujejo, kako se bodo vezale na bakterijske in virusne beljakovine. "Tako lahko prepoznamo genotipe, povezane s tveganjem za tovrstne bolezni," je povedal Stražar.

V naslednjih letih naj bi genetske analize in orodja za napovedovanje imunskih odzivov postali dostopnejši, kar bi omogočilo zgodnje ugotavljanje dejavnikov tveganja za razvoj bolezni. "S tem bi lahko že pred pojavom simptomov določili, ali bi posameznikom koristila prilagojena prehrana, ki vključuje probiotike in večjo raznolikost živil. Na ta način bi lahko razvoj bolezni celo preprečili," je dejal.

Kronične vnetne črevesne bolezni v razvitem svetu vse pogostejše

Kot je poudaril Stražar, so zlasti kronične vnetne črevesne bolezni, kamor spadata ulcerozni kolitis in Crohnova bolezen, v razvitem svetu vse pogostejše, v zadnjih letih pa narašča število bolnikov tudi v razvijajočih se državah.

Čeprav vzroki za nastanek bolezni niso povsem znani, imajo po mnenju strokovnjakov pomembno vlogo dedni dejavniki, na naraščajočo pojavnost pa vplivajo predvsem spremembe v prehrani, zmanjšana izpostavljenost različnim mikrobom iz okolja ter splošne spremembe življenjskega sloga.

"Neustrezna prehrana, ki vključuje veliko predelane hrane, sladkorjev in nasičenih maščob, lahko povzroči zmanjšanje raznolikosti mikrobiote. Na črevesje negativno vpliva tudi sedeč način življenja, pomanjkanje telesne aktivnosti in spanja ter visoka stopnja stresa. Vse to pa zato bistveno povečuje tveganje za bolezni," je poudaril Stražar.

Da je v razvitem svetu teh bolezni vse več, po njegovih besedah nakazuje t. i. higienska hipoteza, ki pravi, da smo zaradi sodobne higiene in manjšega stika z naravo v prvih tisoč dneh življenja premalo izpostavljeni raznolikim mikrobom iz okolja.

"To zgodnje življenjsko obdobje je ključno, saj imunski sistem tedaj vzorči okolje, prepoznava koristne mikroorganizme in gradi sposobnost ločevanja med lastnimi in tujimi snovmi. Zmanjšana izpostavljenost v tem obdobju tako lahko vpliva na kasnejšo občutljivost imunskega sistema," je pojasnil.

"V nedavni študiji afriških populacij smo prišli do zanimivih ugotovitev, da imajo ljudje v ruralnih skupnostih, ki so manj pod vplivom sodobnega življenjskega sloga, nižje vnetne odzive na različne mikroorganizme. To smo pripisali večji povezanosti z naravnim okoljem, kar prispeva k bolj uravnoteženemu imunskemu sistemu," je dejal Stražar.

Na tveganje za kronične vnetne črevesne bolezni sicer močno vpliva tudi pogosta uporaba antibiotikov, kar je še posebej izrazito v zahodnih državah, kjer je regulacija trga šibkejša, kot na primer v ZDA. "Tam lahko antibiotike najdemo celo v vsakodnevni prehrani, na primer v mesu, ki je zaradi tega cenejše. Vemo pa, da ima prekomerna uporaba antibiotikov nepovraten vpliv na sestavo in raznolikost črevesne mikrobiote," je poudaril.

Črevesna vnetja in s tem povezane bolezni se primarno zdravijo s protivnetnimi zdravili in biološkimi terapijami. "Pri hudih bakterijskih okužbah črevesja oz. v napredni fazi bolezni sta pogosto potrebni operacija ali presaditev mikrobioma, ki postaja vse pogostejša praksa ne samo v ZDA, temveč tudi v nekaterih državah zahodne Evrope," je dejal. Gre sicer za invaziven in tvegan postopek, ker vključuje vnos tujega mikrobioma neposredno v prebavni trakt bolnika in ima zato tudi kar nekaj etičnih pomislekov. "Kljub temu je edina poznana rešitev za hude okužbe," je opozoril.

Kot je poudaril, je zato ključno, da se razvijajo manj invazivne in bolj prilagojene metode zdravljenja. V prihodnosti so po njegovih besedah obetavne metode, kot so posebni koktejli bakterij, ki učinkovito tekmujejo s škodljivimi bakterijami in zmanjšujejo vnetja. Novo možnost zdravljenja pa vidi tudi v razvijajoči terapiji z bakteriofagi, posebnimi virusi, ki ciljno napadajo le določene vrste bakterij in puščajo koristne mikroorganizme nedotaknjene.

Priložnosti pa ponujajo tudi orodja umetne inteligence za napovedovanje imunskega odziva, ki jih razvijajo na inštitutu Broad. Čeprav so nekatere od teh metod še v razvoju, je prihodnost obetavna, meni Stražar. "Ta orodja so že uporabna na številnih področjih, med drugim tudi za odkrivanje kandidatov za cepiva proti virusnim okužbam. Nedavno smo z njimi našli novega kandidata za cepivo proti virusu SARS-CoV-2," je dejal.

Razvijajoča orodja priložnost za športnike

Raziskave črevesnega mikrobioma pa bi lahko koristile tudi vrhunskim športnikom, ki ves čas iščejo načine za nadgradnjo svojih fizičnih sposobnosti, je dejal. "Profesionalni kolesarji, že uporabljajo na primer genetske preglede, s katerimi spremljajo genetske zapise, ki vplivajo na pridobivanje energije, in tako prilagajajo vadbo ter prehrano za najboljše rezultate," je dejal.

Po njegovih besedah pa bi lahko svoje zmogljivosti izboljšali tudi s prilagajanjem bakterij v črevesju. "S tem bi lahko bakterije bolj učinkovito pretvarjale hrano v energijo, kar bi bilo še posebej koristno za tiste, ki imajo genetsko manj učinkovito presnovo določenih hranil. Tudi širša populacija bi nenazadnje lahko bolje izkoristila analizo različnih spojin v telesnih tekočinah, na podlagi katerih bi strokovnjaki priporočali spojine za boljšo energijsko učinkovitost," je dodal.