Între boală și sănătate – rolul ascuns al încărcăturii microbiene

Un nou studiu arată cum influențează încărcătura microbiană sănătatea și bolile intestinale

În intestinele noastre trăiesc miliarde de microorganisme, care ne însoțesc de-a lungul întregii vieți. Acest ecosistem, numit microbiom, a devenit în ultimii ani un subiect de mare interes pentru înțelegerea sănătății și bolilor umane. Până acum însă, cercetarea microbiomului s-a concentrat asupra diversității speciilor , în timp ce încărcătura microbiană – numărul total de microorganisme din intestin – a fost adesea neglijată. Un nou studiu al grupului Bork de la Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL= European Molecular Biology Laboratory) din Heidelberg, publicat în Cell la 14 noiembrie 2024, urmărește să acopere această lacună, evidențiind efectul încărcăturii microbiene asupra sănătății intestinale.

Rezumatul grafic al studiului:

Graficul arată cum influențează încărcătura microbiană fecală (fecal microbial load) variațiile microbiomului intestinal și relațiile sale cu diferiți factori. Modelul de învățare automată dezvoltat în studiu estimează încărcătura microbiană folosind date despre compoziția microbiană. Aplicat unui set amplu de date din întreaga lume, modelul a arătat că încărcătura microbiană este un determinant important al microbiomului intestinal. Se subliniază și că modificările microbiomului observate în multe boli pot proveni din schimbările încărcăturii microbiene și pot să nu fie direct legate de boala în sine.

Secțiunile graficului:

1. Partea superioară: estimarea încărcăturii microbiene

   • Modelul de învățare automată folosește profilul relativ al microbiomului (relative microbiome profile) pentru a estima încărcătura microbiană pe gram, adică numărul de celule microbiene.
   • Modelul de estimare se bazează pe datele consorțiilor GALAXY/MicrobLiver (n=1894) și MetaCardis (n=1812).

2. Partea inferioară: relația dintre încărcătura microbiană și factorii gazdei

   • Încărcătură microbiană scăzută: A fost asociată cu boli precum boala Crohn, colita ulcerativă și ciroza hepatică. În aceste situații, diversitatea microbiomului scade, iar anumite specii de microorganisme sunt epuizate în mod comun.
   • Încărcătură microbiană ridicată: A fost asociată cu situații precum cancerul colorectal, scleroza multiplă și constipația. În aceste cazuri, diversitatea microbiomului a crescut, remarcându-se în special Akkermansia muciniphila și speciile de Alistipes.

3. Influențe demografice și de mediu:

   • Încărcătura microbiană variază în funcție de vârstă, sex, dietă, utilizarea antibioticelor și țară.

De la compoziție la analiza încărcăturii microbiomului

Cercetarea microbiomului examinează de obicei proporțiile diferitelor specii de microorganisme din intestin, adică compoziția microbiană. De exemplu, se poate observa că o specie bacteriană reprezintă 2 la sută la persoanele sănătoase, iar în boală proporția ajunge la 4 la sută. Aceasta poate conduce la concluzia că bacteria este asociată cu boala. Totuși, analiza ignoră schimbările numărului total de bacterii.

Aici intervine încărcătura microbiană. Ea reprezintă densitatea microorganismelor din intestin și se măsoară de obicei prin numărul de microorganisme pe gram de materii fecale. De exemplu, o persoană sănătoasă poate avea în total 1000 de bacterii, iar în boală numărul poate scădea la 500. Chiar dacă proporția unei anumite specii pare să crească, numărul ei real poate să fi rămas neschimbat. Evaluarea încărcăturii microbiene este necesară pentru a evita asemenea interpretări greșite.

Inteligența artificială și estimarea încărcăturii microbiene

Măsurarea încărcăturii microbiene necesită de obicei metode experimentale costisitoare și consumatoare de timp. În noul studiu însă, grupul Bork a dezvoltat o abordare inovatoare, utilizând învățarea automată pentru estimare. Primul autor, dr. Suguru Nishijima, explică obiectivul principal: „Am dorit să dezvoltăm un model care să nu necesite metode experimentale suplimentare”.

Folosind seturi de date de la peste 3700 de persoane din consorțiile GALAXY/MicrobLiver și Metacardis, grupul a dezvoltat un model care estimează încărcătura microbiană din compoziția microbiană. Modelul a obținut rezultate bune și pe un set de date nou, pe care nu îl întâlnise anterior. Ulterior, cercetătorii l-au aplicat datelor de la peste 27000 de persoane, analizând 159 de studii din 45 de țări.

Factorii care influențează încărcătura microbiană

Analizele au arătat că numeroși factori influențează încărcătura microbiană. De exemplu, diareea o reduce, iar constipația o poate crește. Femeile au în general o încărcătură microbiană mai ridicată decât bărbații, iar persoanele tinere au o încărcătură mai mică decât cele vârstnice. În plus, multe boli și medicamentele utilizate pentru tratarea lor pot produce schimbări importante.

Reevaluarea relației dintre boală și microbiom

Studiul a constatat că numeroase specii microbiene asociate anterior cu bolile sunt explicate mai bine prin schimbările încărcăturii microbiene. Aceasta indică necesitatea reevaluării relațiilor dintre boli și microbiom. Totuși, unele relații dintre boli și microbi au rămas constante, confirmându-se că sunt într-adevăr legate de boală.

Perspective: noi orizonturi în cercetarea microbiomului

Studiul subliniază că încărcătura microbiană este un indicator care nu trebuie neglijat în cercetarea microbiomului. Modelul de învățare automată a fost pus gratuit la dispoziția cercetătorilor din întreaga lume. Metoda are un potențial considerabil nu numai pentru microbiomul intestinal, ci și pentru alte ecosisteme microbiene, precum oceanele, solul și râurile.

Concluzie

Studiul grupului Bork arată că luarea în considerare a încărcăturii microbiene este esențială pentru evitarea rezultatelor fals pozitive și fals negative. Abordarea inovatoare ar putea deschide o nouă eră atât în înțelegerea sănătății umane, cât și în cercetarea microbiomurilor din mediu.