За словами мікробіоти кишечника, безпосередньо формується склад імунної системи людини
Дослідники MSK виявили важливе відкриття про взаємозв'язок між мікробіотою та імунною системою, вперше показавши, що концентрація різних типів імунних клітин у крові змінюється в залежності від наявності в ній різних штамів бактерій.
В останні роки мікробіота - спільнота бактерій та інших мікроорганізмів, що живуть у людському тілі та в ньому - привернула увагу науковців та громадськості, зокрема, тому, що їх стало легше вивчати. Це пов’язано з багатьма аспектами здоров’я людини.
Мультидисциплінарна команда з Меморіалу Слоун Кеттерінг вперше показала, що мікробіота кишечника безпосередньо формує склад імунної системи людини.
Зокрема, їх дослідження показали, що концентрація різних типів імунних клітин у крові змінюється залежно від присутності різних бактеріальних штамів у кишечнику.
Результати їх дослідження, в якому використовувались дані за понад десять років, зібрані понад 2000 пацієнтами, будуть опубліковані 25 листопада 2020 року в Природа.
"Наукове співтовариство раніше сприймало думку про те, що мікробіота кишечника важлива для здоров'я імунної системи людини, але дані, які вони використовували для висунення цієї гіпотези, походять із досліджень на тваринах", - говорить Жоао Ксав'є, системний біолог. Sloan Kettering Інститут, співавтор статті зі своїм колишнім докторантом Йонасом Шлютером, який зараз є асистентом професора NYU Langone Health. "У MSK ми маємо чудову можливість спостерігати за еволюцією складу мікробіоти у людей, які лікуються від раку крові", - додає доктор Ксав'є.
Унікальна система вивчення змін в організмі
Дані, використані в дослідженні, були отримані від людей, які отримували алогенні трансплантації стовбурових клітин та кісткового мозку (ВМТ). Після використання хіміо- або променевої терапії для знищення ракових клітин крові система крові пацієнта замінюється стовбуровими клітинами донора.
Протягом перших кількох тижнів, поки клітини крові донора - включаючи лейкоцити, що складають імунну систему - не утвердились, пацієнти надзвичайно вразливі до інфекцій. Для їх захисту в цей час пацієнтам дають антибіотики.
Але багато з цих антибіотиків мають небажаний побічний ефект знищення здорової мікробіоти, яка живе в кишечнику, дозволяючи опасним штамам опанувати. Коли імунна система пацієнта відновлюється, антибіотики припиняються і мікробіота кишечника починає повільно знову рости.
"Паралельні відновлення імунної системи та мікробіоти, пошкоджені, а потім відновлені, дають нам унікальну можливість проаналізувати зв'язки між цими двома системами", - говорить д-р Шлютер.
Багаторічне намагання знайти відповіді
Більше десяти років члени відділу БМТ МСК регулярно збирали та аналізували зразки крові та калу у пацієнтів протягом усього процесу БМТ. Бактеріальну ДНК обробляли співробітники Центру мікробів, запалення та раку Люсіль Касторі, який зіграв ключову роль у створенні масивного набору даних мікробіоти.
Наше дослідження показує, що ми можемо багато чому навчитися зі стільця - біологічних зразків, які буквально скидаються в унітаз. Результатом їх збору є те, що ми маємо унікальний набір даних з тисячами точок даних, які ми можемо використовувати для запитання про динаміку цих відносин. "
Жоао Ксав'є, співавтор дослідження та системний біолог Інституту Слоуна Кеттерінга
Цими більшими зусиллями керували Марсель ван ден Брінк, керівник відділу гематологічних ракових захворювань, та група інфекціоністів, лікарів БМТ та науковців. «Для великої кількості пацієнтів ми брали щоденні проби, щоб по-справжньому побачити, що відбувається щодня, - каже д-р ван ден Брінк. «Зміни мікробіоти швидкі та різкі, і навряд чи існує інша обстановка, в якій ви могли б їх побачити. "
Попередні дослідження з використанням зразків, відібраних в рамках цієї роботи, вивчали, як мікробіота кишечника впливає на здоров'я пацієнтів під час процесу ВМТ.
Дослідження, опубліковане в лютому 2020 року, повідомляло, що більша різноманітність видів у мікробіоти кишечника пов'язана з меншим ризиком смерті після ВМТ.
Він також виявив, що менша різноманітність мікробіоти перед трансплантацією призвела до вищої частоти захворювання на трансплантат проти господаря - ускладнення, яке загрожує життю, при якому імунні клітини донора атакують здорові тканини.
Нові підказки про складні стосунки
База даних, створена командою MSK, містить детальну інформацію про типи мікробів, які живуть у кишечнику пацієнтів у різний час. Команда розрахунків, включаючи докторів. Потім Шлютер та Ксав'є використовували алгоритми машинного навчання для вилучення значущих даних з електронних медичних карт.
Дані медичної картки включали типи імунних клітин, присутніх у крові, інформацію про ліки, що даються пацієнтам, та побічні ефекти, що виникають у пацієнтів. "Це дослідження може потенційно запропонувати шляхи зробити BMT безпечнішими шляхом більш жорсткого регулювання мікробіоти", - говорить д-р ван ден Брінк.
Аналіз такої кількості даних був величезним завданням. Доктор Шлютер, який на той час був докторантом в лабораторії доктора Ксав'є, розробив для цього нові статистичні методи.
"Оскільки експерименти з людьми часто неможливі, ми закінчуємо тим, що можемо спостерігати", - говорить доктор Шлютер. «Але оскільки ми збираємо стільки даних протягом певного періоду, коли імунна система пацієнтів, а також мікробіом різко змінюються, ми можемо почати бачити закономірності. Це дає нам хороший початок розуміння сил, на які мікробіота впливає на перебудову імунної системи. "
"Мета цього дослідження полягала не в тому, щоб визначити, чи є певні типи мікробів" добрими "чи" поганими "для імунної системи", - пояснює доктор Ксав'єр, додаючи, що це буде предметом майбутніх досліджень. “Це складні стосунки. Підтипи імунних клітин, які ми хотіли б збільшити або зменшити, змінюються з кожним днем залежно від того, що відбувається в організмі. Важливим є те, що зараз у нас є спосіб вивчення цієї складної екосистеми. "
Дослідники кажуть, що також планують застосовувати свої дані для вивчення імунної системи у пацієнтів, які отримують інші методи лікування раку.
Меморіальний онкологічний центр Слоун Кеттерінг