Nowe strategie suplementacji probiotycznej w zapobieganiu oraz leczeniu astmy

Przeciwciała w służbie mikrobiomu – innowacyjne podejście do kolonizacji jelit

Prof. Tomasz Wypych, kierownik Pracowni Badań Mikrobiomu w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, opracowuje innowacyjną metodę, która wspomoże kolonizację jelit człowieka przez szczepy bakterii, o udowodnionych pożytecznych właściwościach prozdrowotnych. W szczególności chodzi o zupełnie nowe szczepy bakterii probiotycznych, które mogą zapobiegać powstawaniu astmy oskrzelowej. Badania te realizowane są dzięki wsparciu finansowemu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, w ramach działania FIRST TEAMprogramu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG).

Mikrobiom człowieka to wszystkie mikroorganizmy zasiedlające nasze ciało. Jest ich niemalże tyle samo co, wszystkich komórek organizmu ludzkiego. Około 95% bakterii wchodzących w skład mikrobiomu bytuje w przewodzie pokarmowym, pozostałe 5% to bakterie zasiedlające skórę, drogi rodne i układ oddechowy. Mikrobiom w jelicie spełnia kilka ważnych zadań, w istotny sposób wpływając na funkcjonowanie całego organizmu człowieka. Bakterie jelitowe wpływają na wchłanianie substancji odżywczych (np. cukrów, aminokwasów, witamin), chronią błony śluzowe jelit przed różnymi toksynami, uczestniczą w produkcji wielu ważnych dla organizmu związków i wchodzą w ciągłe interakcje z układem odpornościowym, tworząc podstawy naszego zdrowia. Co ważne, mikrobiom działa nie tylko lokalnie w jelitach, ale też dystalnie w innych narządach (na przykład w płucach lub mózgu) – poprzez metabolity drobnoustrojów uwalniane do krążenia. Mikrobiom może zatem chronić przed zachorowaniem na różne choroby. Podobne funkcje przypisywane są probiotykom, czyli bakteriom o właściwościach prozdrowotnych, które podane w odpowiedniej ilości, przedostają się do przewodu pokarmowego, i zgodnie z założeniami powinny się w nim osiedlić, namnożyć i wspomóc naturalną mikroflorę jelitową.

„Obecne wyniki badań klinicznych czy metaanaliz mówią, że probiotyki nie mają wcale tak dużego, jak wcześniej sądziliśmy, wpływu na rozwój czy na modyfikowanie przebiegu różnych chorób. Nie do końca wiemy, dlaczego probiotyki nie są tak skuteczne, jak można by zakładać, ale jednym z głównych możliwych powodów, jest to, że one nie kolonizują jelita. Bakterie probiotyczne, które przedostają się do jelita, napotykają tam ogromną masę różnych innych bakterii. A zatem konkurencja o miejsce i o składniki odżywcze jest tak duża, że probiotykom bardzo trudno jest się tam zadomowić i są po prostu wydalane wraz z kałem. Dlatego naszym celem jest znalezienie metody, która skutecznie zwiększy trwałą kolonizację probiotyków w jelicie. Bo tylko trwała kolonizacja spowoduje, że probiotyk będzie działał efektywnie, wydzielając różne, pożyteczne dla nas metabolity” – mówi dr Tomasz Wypych. Opracowywana przez niego metoda zostanie sprawdzona na nowo zidentyfikowanych szczepach probiotycznych, które mogą zapobiegać zachorowaniu na astmę.

„Punktem wyjścia do tych badań była zupełnie nieoczekiwana obserwacja – zauważyliśmy, że pewien szczep myszy transgenicznych jest zupełnie chroniony przed rozwojem astmy. Były to myszy posiadające modyfikację genetyczną, która powodowała zmiany w składzie mikrobiomu jelitowego tych zwierząt. Co więcej, transfer bakterii jelitowych z myszy transgenicznych do myszy nietransgenicznych spowodował, że myszy nietransgenicznienabyły ochronę przed rozwojem astmy. Stwierdziliśmy więc, że musimy zidentyfikować te konkretne bakterie, które przekazują tę ochronę. Modyfikacja genetyczna, którą miały myszy transgeniczne powodowała wydzielanie przez ich organizmy specyficznego przeciwciała. Zauważyliśmy, że to przeciwciało wiąże się z niektórymi bakteriami jelitowymi i powoduje ich wzrost w przewodzie pokarmowym. Te obserwacje doprowadziły nas do dwóch hipotezbadawczych. Pierwsza, że możemy użyć tego przeciwciała, aby wyłowić te pożyteczne bakterie, które zapobiegają powstawaniu astmy. A druga, że za pomocą tego przeciwciała może udać się nam rozwiązać generalny problem związany ze słabą lub wręcz brakiem kolonizacji jelit przez probiotyki. Sądzimy, że użycie tych przeciwciał wspomoże kolonizację probiotyków poprzez przyłączanie się do śluzówki jelita. Jeśli to się powiedzie, będzie topierwsza metoda, która pozwoli na trwalszą kolonizację probiotyków” – wyjaśnia prof.Tomasz Wypych.

Pierwszym etapem badań będzie identyfikacja szczepów bakterii, które są przyłączane przez przeciwciało. Następnie szczepy te będą hodowane w laboratorium i szczegółowo testowane. Naukowcy zakładają, że przetestują około 50-60 szczepów. Będą sprawdzać, czy rzeczywiście mają one właściwości przeciwastmatyczne (te badania będą prowadzone na modelach mysich) i czy są bezpieczne dla zdrowia (w tym celu zostaną wykorzystane narzędzia bioinformatyczne oraz badania na zwierzętach). Szczepy o pożądanych właściwościach będą łączone w konsorcja kilkuszczepowe po to, aby uzyskać synergistyczny efekt działania. Badania będą prowadzone we współpracy z partnerem gospodarczym, a ich zakładanym końcowym efektem będzie produkt gotowy do rozpoczęcia badań klinicznych. Równie ważne jest to, że jeśli uda się skutecznie zwiększyć kolonizację probiotyków dzięki przeciwciałom, to rozwiązanie to może mieć szerokie zastosowanie nie tylko w astmie, ale i w innych chorobach zależnych od mikrobiomu.

Prof. Tomasz Wypych ukończył studia inżynieryjne z biotechnologii w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, a następnie studia magisterskie z immunologii na Uniwersytecie Amsterdamskim w Holandii (z wyróżnieniem). Stopień doktora uzyskał na Uniwersytecie Berneńskim w Szwajcarii (z wyróżnieniem), po czym odbył staże podoktorskie w Szpitalu Uniwersyteckim w Lozannie w Szwajcarii oraz na Uniwersytecie Monasha w Melbourne w Australii. W 2020 r. został laureatem otwartego konkursu „Group Leader 2020” Instytutu Nenckiego, dzięki czemu w 2021 r. otworzył Pracownię Badań Mikrobiomu. W 2022 r. otrzymał stypendium Ministra Edukacji i Nauki dla wybitnych młodych naukowców wykazujących się znaczącymi osiągnięciami w działalności naukowej.W roku 2025 otrzymał stopień doktora habilitowanego nauk oraz profesora Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk. Badania prof. Tomasza Wypycha skupiają się wokół roli mikrobiomu w kształtowaniu układu odpornościowego, ze szczególnym naciskiem na poszukiwaniu nowych rozwiązań terapeutycznych opartych na mikrobiomie.