Cât din noi este, de fapt, uman? Lumea invizibilă care trăiește în corpul nostru
O amplă analiză publicată în revista științifică Gut Microbes descrie microbiomul uman drept „un ecosistem dinamic, format din trilioane de bacterii, virusuri, fungi și arhee”, cu roluri care „merg de la digestie și producerea unor vitamine până la dezvoltarea sistemului imunitar și reglarea metabolismului”. Concluzia cercetătorilor este că microbiomul trebuie privit ca un „partener esențial” al biologiei umane, și nu ca o colecție pasivă de microorganisme.
Relația cu această lume microscopică este una de schimb. Microorganismele primesc de la organismul uman un mediu în care pot supraviețui și nutrienții de care au nevoie, iar organismul beneficiază, la rândul său, de capacități metabolice pe care celulele sale nu le au.
Parteneri activi în funcționarea organismului uman
Unul dintre cele mai simple exemple se află chiar în procesul de digestie. Organismul uman dispune de un arsenal de enzime pentru a descompune alimentele, dar nu poate procesa singur toate componentele acestora. O parte ajunge în intestinul gros fără să fi fost digerată, iar acolo este prelucrată de bacteriile intestinale.
Acestea fermentează fibre și alți carbohidrați pe care enzimele umane nu îi pot digera, producând acizi grași cu lanț scurt – substanțe importante prin care activitatea microbiotei ajunge să influențeze direct funcționarea organismului. Printre aceștia se numără acetatul, propionatul și butiratul, implicați în mai multe procese biologice.
Butiratul, de exemplu, furnizează energie celulelor care căptușesc colonul, contribuie la menținerea integrității barierei intestinale și intervine în reglarea răspunsului imunitar.
Acizii grași cu lanț scurt acționează și ca semnale chimice, legându-se de receptorii celulelor umane și transmițând astfel semnale care le modifică activitatea. Prin intermediul acestor produși, bacteriile intervin direct în reglarea metabolismului și în mecanismele de apărare ale organismului.
Completează capacitățile celulelor umane
Legătura dintre acesată lume și organismul uman nu se limitează însă la procesele digestiei. Bacteriile transformă și alte substanțe care ajung în intestin, conferindu-le proprietăți și funcții biologice pe care acestea nu le au în forma produsă de celulele umane.
Un exemplu sunt acizii biliari. Produși inițial de ficat și eliberați în intestin pentru a participa la digestia grăsimilor, aceștia sunt transformați de bacterii în alte forme, numite de specialiști acizi biliari secundari. O parte dintre aceștia este reabsorbită prin peretele intestinal, ajunge în sânge și este transportată înapoi la ficat.
La fel ca acizii grași cu lanț scurt, și acești compuși acționează ca mesageri chimici, contribuind la reglarea modului în care organismul gestionează grăsimile și glucoza, dar și la reglarea activității sistemului imunitar.
Comunicarea funcționează în ambele sensuri
Dar schimbul nu se desfășoară numai dinspre microorganisme către noi. Organismul transmite, la rândul său, semnale la care bacteriile răspund. Printre substanțele implicate se numără hormoni, citokine – molecule folosite de celulele sistemului imunitar pentru a comunica între ele – dar și alți compuși produși de organism.
Un exemplu surprinzător îl oferă adrenalina și noradrenalina, a căror eliberare crește în situații de stres. Cercetările au arătat că unele bacterii reacționează la prezența lor, modificându-și activitatea.
„Interacțiunile complexe mediate de molecule, bazate pe schimbul bidirecțional de informații dintre microorganisme și celulele umane, contribuie la apărarea împotriva bolilor și la menținerea sănătății”, arată cercetătorii de la Universitatea Tianjin din China într-un studiu publicat în npj Biofilms and Microbiomes.
Comunicarea este, așadar, bidirecțională: microorganismele influențează organismul, iar semnalele produse de celulele umane influențează, la rândul lor, microorganismele.
Cele două direcții nu sunt însă cunoscute la fel de bine. Deși cercetarea modernă a microbiomului este relativ recentă, mecanismele prin care moleculele produse de microorganisme acționează asupra celulelor umane au fost studiate mai aprofundat, în timp ce modul în care moleculele umane reglează fiziologia și echilibrul microorganismelor este încă prea puțin cunoscut.
Cât din noi este, de fapt, uman?
Dimensiunile acestei lumi microscopice par greu de imaginat. Specialiști din centre universitare și de cercetare din Germania, China, Taiwan, Iran și Egipt oferă o perspectivă surprinzătoare asupra proporțiilor sale. „Numărul acestor celule microbiene este aproximativ egal cu cel al celulelor umane”, arată cercetătorii, care vorbesc despre o relație profundă de interdependență între organism și comunitățile de microorganisme pe care acesta le găzduiește.
Estimările pe care se bazează această comparație indică aproximativ 38 de trilioane de bacterii și 30 de trilioane de celule umane într-un organism adult. Numeric, raportul este astfel foarte apropiat de 1 la 1.
În ciuda numărului lor uriaș, bacteriile sunt mult mai mici decât celulele umane și cântăresc împreună aproximativ 200 de grame, potrivit calculelor cercetătorilor de la Institutul Weizmann din Israel.
Privită însă strict numeric, imaginea este spectaculoasă: în corpul uman și la suprafața lui trăiesc aproximativ tot atâtea bacterii câte celule umane alcătuiesc întregul organism.
Microbiomul nu se află doar în intestin
Deși microbiomul intestinal este cel mai intens studiat, microorganismele trăiesc în și pe corpul uman, colonizând numeroase alte zone, printre care pielea, cavitatea orală, tractul respirator și sistemul urogenital. Fiecare dintre aceste medii găzduiește microorganisme adaptate condițiilor locale, astfel încât microbiomul diferă de la o parte a corpului la alta.
Numai în microbiomul intestinal au fost identificate peste 4.500 de specii de bacterii, potrviti cercetătorilor de la Universitatea Cambridge.
Pielea oferă un exemplu concret. Staphylococcus epidermidis, o bacterie care trăiește în mod obișnuit la suprafața corpului, produce substanțe cu efect antibacterian și stimulează celulele pielii să producă propriile molecule de apărare. În acest fel, contribuie la apărarea naturală a pielii și limitează dezvoltarea unor microorganisme care îi pot fi dăunătoare.
Printre acestea din urmă se numără Staphylococcus aureus, a cărui înmulțire excesivă este frecvent întâlnită în dermatita atopică, contribuind la deteriorarea barierei pielii și alimentând astfel boala.
Un ecosistem care se schimbă odată cu noi
Microbiomul nu rămâne neschimbat de-a lungul vieții. Compoziția sa se modifică odată cu vârsta și este influențată de alimentație, mediul în care trăim, stilul de viață și medicamente.
Alimentația influențează în special microbiomul intestinal. O dietă bogată în fibre favorizează bacteriile care le fermentează, în timp ce alimentația occidentală, bogată în grăsimi și zaharuri rafinate, este asociată reducerii diversității microorganismelor care alcătuiesc microbiomul. Cu cât dispar mai multe tipuri de bacterii, cu atât se pot pierde și unele dintre funcțiile pe care acestea le îndeplinesc pentru organism.
Și medicamentele modifică acest ecosistem. Cel mai evident exemplu îl reprezintă antibioticele: ele combat bacteriile care provoacă infecții, dar le afectează și pe cele care trăiesc în organism. În funcție de antibiotic și de durata tratamentului, microbiomul poate suferi modificări importante, iar revenirea la compoziția anterioară necesită timp.
Până la refacerea lui, organismul rămâne mult mai vulnerabil în fața agenților patogeni care pot provoca diverse infecții, spun cercetătorii.
Când echilibrul se pierde
Pentru a descrie perturbarea echilibrului acestei comunități de bacterii, specialiștii folosesc termenul de disbioză. Aceasta poate însemna reducerea diversității, pierderea unor microorganisme care îndeplinesc funcții utile sau proliferarea altora care, în anumite condiții, pot deveni dăunătoare.
Studiile au asociat astfel de modificări cu numeroase afecțiuni: de la boli gastrointestinale și metabolice până la boli cardiovasculare, autoimune, neurologice sau oncologice.
Relația dintre disbioză și aceste boli este însă complexă. În unele cazuri, dezechilibrul microbiomului contribuie la apariția sau la evoluția bolii, în timp ce în altele chiar boala sau tratamentul modifică microbiomul. De asemenea, cele două procese se pot întreține reciproc.
Microbiomul poate schimba răspunsul la medicamente
Relația cu microorganismele intestinale devine importantă și atunci când luăm medicamente. După administrarea orală, unele substanțe medicamentoase pot fi transformate chimic de enzimele produse de bacteriile intestinale, fiindu-le modificată activitatea.
Microbiomul poate influența astfel absorbția, metabolizarea și eficiența unor medicamente, contribuind la diferențele de răspuns la tratament dintre persoane.
„Diferențele dintre persoane în compoziția și conținutul genetic al microbiomului contribuie semnificativ la variațiile în expunerea la medicamente, eficiența tratamentului și reacțiile adverse”, arată cercetătorii.
Această relație este studiată și în medicina de precizie, al cărei obiectiv este adaptarea prevenției și tratamentului la particularitățile fiecărui pacient.
Poate fi modificat microbiomul pentru a trata o boală?
Cercetătorii încearcă și drumul invers: dacă anumite modificări ale microbiomului participă la apariția sau la evoluția unor boli, poate intervenția asupra comunității microbiene să ajute la tratarea lor?
Unele strategii, precum probioticele și prebioticele, sunt deja folosite, iar altele, precum microorganismele concepute în scop terapeutic, sunt încă în cercetare.
Posibilitatea de a modifica microbiomul nu înseamnă însă că există un microbiom „perfect” care ar trebui reprodus la toată lumea. Compoziția comunităților microbiene diferă considerabil între oameni, iar efectele variază în funcție de afecțiune, de microorganismele implicate și de particularitățile fiecărui organism.
Viața umană depinde de trilioane de parteneri microscopici
Cercetările din ultimele decenii asupra microbiomului au schimbat imaginea corpului uman, privit ca un sistem care își îndeplinește singur toate funcțiile.
Celulele noastre și microorganismele au propriul material genetic și propriile mecanisme biologice, dar activitatea lor este permanent interconectată. Bacteriile procesează componente alimentare pe care enzimele umane nu le pot descompune, produc molecule recunoscute de celulele noastre și participă la reglarea metabolismului și a sistemului imunitar. Organismul uman, la rândul său, modelează mediul în care trăiesc microorganismele și produce molecule capabile să le influențeze comportamentul.
Iar această interdependență nu este un accident biologic. Microorganismele și gazdele lor au evoluat împreună, dezvoltând mecanisme de interacțiune care fac dificilă înțelegerea fiziologiei umane dacă microbiomul ar fi privit separat de organism.
Cercetările, începute în urmă cu doar câteva decenii, continuă să dezvăluie amploarea implicării acestuia, atât în funcționarea normală a organismului, cât și – în cazul dezechilibrelor sale – în apariția și evoluția unor boli,
Pentru că, în ciuda complexității extraordinare a corpului uman, o parte din procesele care mențin organismul nostru în funcțiune depind fundamental de relația continuă cu lumea microscopică pe care o găzduim.