Προσομοιώσεις του εντέρου σας προβλέπουν ποια προβιοτικά θα “πιάσουν”
Η εύρεση των βακτηρίων ή άλλων θρεπτικών συστατικών που χρειάζεται το έντερό σας μπορεί μια μέρα να είναι τόσο απλή όσο η εκτέλεση λεπτομερών προσομοιώσεων σε υπολογιστή.
Από χάπια μέχρι γιαούρτια και αναψυκτικά, τα προβιοτικά επανασυσκευάζονται και διαφημίζονται όλο και περισσότερο σε εμάς, με την υπόσχεση να ενισχύσουν την «υγεία του εντέρου» μας. Αλλά ενώ τα διαθέσιμα στο εμπόριο προβιοτικά λειτουργούν για μερικούς ανθρώπους, αυτή η προσέγγιση “ένα μέγεθος για όλους” δεν έχει ωφελήσει αξιόπιστα τους καταναλωτές. Αντίθετα, νέες προσομοιώσεις μπορούν να προβλέψουν εάν ένα συγκεκριμένο στέλεχος βακτηρίων θα εγκατασταθεί με επιτυχία στο έντερο ενός ατόμου, αναφέρουν ερευνητές στις 19 Φεβρουαρίου στο PLOS Biology.
Οι προσομοιώσεις, που ονομάζονται μεταβολικά μοντέλα μικροβιακής κοινότητας μεγάλης κλίμακας, βασίζονται σε ό,τι γνωρίζουν ήδη οι επιστήμονες σχετικά με το πώς τα βακτήρια του εντέρου τρώνε και χρησιμοποιούν την τροφή. Επιτρέπουν στους ερευνητές να προσομοιώσουν τι θα συνέβαινε εάν ένα στέλεχος βακτηρίων εισαγόταν στο έντερο ενός ατόμου «και να δουν εάν μπορεί να αναπτυχθεί ή όχι, [και] τι κάνει αν αναπτυχθεί», λέει ο Sean Gibbons, ερευνητής μικροβιώματος στο Institute for Systems Biology στο Σιάτλ. «Θεωρήσαμε ότι αυτός ο τύπος πλατφόρμας μοντελοποίησης θα μπορούσε ενδεχομένως να μας επιτρέψει να εντοπίσουμε εξατομικευμένες αντιδράσεις και ίσως ακόμη και να σχεδιάσουμε εξατομικευμένες παρεμβάσεις».
Ο Gibbons και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν υπάρχοντα δεδομένα από δύο μελέτες παρέμβασης για να δοκιμάσουν ένα νέο μεταβολικό μοντέλο μικροβιακής κοινότητας μεγάλης κλίμακας. Η πρώτη δοκίμασε το όφελος ενός συμβιωτικού – ενός μείγματος προβιοτικών, που είναι ζωντανά βακτήρια του εντέρου, και πρεβιοτικών ινών, που ενεργοποιούν την ανάπτυξη βακτηρίων – για ασθενείς με διαβήτη τύπου 2. Το δεύτερο μοντέλο δοκίμασε ένα ζωντανό βιοθεραπευτικό φαρμακευτικού βαθμού σε ασθενείς με υποτροπιάζουσες λοιμώξεις Clostridioides difficile. Και στις δύο ομάδες δεδομένων, τα πρόσθετα βακτηριακά στελέχη έδειξαν πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για την υγεία ορισμένων ατόμων και όχι άλλων, οπότε ο Gibbons και η ομάδα του ήθελαν να δουν αν μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα μοντέλα για να κατανοήσουν γιατί.
Η ομάδα χρησιμοποίησε τα βασικά προφίλ του μικροβιώματος του εντέρου των ασθενών πριν από την παρέμβαση και προέβλεψε με ακρίβεια 75 έως 80 τοις εκατό ποια βακτήρια θα “πιάσουν”, ή αλλιώς θα εμφυτευθούν. Το μοντέλο προέβλεψε επίσης με ακρίβεια πολλές από τις αυξήσεις στην παραγωγή λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου που θεωρούνται ότι υποστηρίζουν ένα υγιές έντερο.
«Εκπλάγηκα πραγματικά που θα μπορούσε να προβλεφθεί η εμφύτευση με τόσο μεγάλη ακρίβεια σε ένα τόσο πολύπλοκο πλαίσιο», λέει ο Christoph Kaleta, βιολόγος συστημάτων στο Πανεπιστήμιο του Κιέλου στη Γερμανία, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Ωστόσο, ο Kaleta σημειώνει ότι η μελέτη εξέτασε μόνο βραχυπρόθεσμες αλλαγές. «Ενώ τα προβιοτικά συχνά δείχνουν μια βραχυπρόθεσμη παρουσία του παρεχόμενου είδους, η μακροπρόθεσμη εμφύτευση παρατηρείται σπάνια… Ιδανικά, θα θέλατε αυτά τα προβιοτικά είδη να διατηρήσουν το ευεργετικό τους αποτέλεσμα για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα».
Ο Gibbons και η ομάδα του εξέτασαν επίσης τα αποτελέσματα στην υγεία από την ανάπτυξη συγκεκριμένων βακτηρίων. Βρήκαν ότι οι υψηλότεροι ρυθμοί ανάπτυξης του Akkermansia muciniphila συνδέονταν με καλύτερο έλεγχο του σακχάρου στο αίμα μετά το γεύμα.
Για να επικυρώσει το μοντέλο τους σε μια ομάδα υγιών ανθρώπων, η ομάδα χρησιμοποίησε επίσης δεδομένα από άτομα που είχαν στραφεί σε δίαιτες με υψηλή περιεκτικότητα σε φυτικές ίνες. Ακόμη και σε αυτά τα άτομα, το μοντέλο προέβλεψε με ακρίβεια πώς θα ανταποκρινόταν το έντερό τους στη νέα τους διατροφή. Η μελέτη προσφέρει μια απόδειξη της ιδέας για ένα μέλλον όπου ο γιατρός σας θα μπορούσε να «δοκιμάσει» ένα προβιοτικό σε ένα ψηφιακό μοντέλο του εντέρου σας πριν πάρετε ένα χάπι.
«Εάν μπορούμε να λάβουμε το μοντέλο ενός ατόμου και να προσομοιώσουμε χιλιάδες παρεμβάσεις σε λίγα λεπτά ή ώρες, τότε ξαφνικά έχετε ένα είδος “ψηφιακού δίδυμου” που μπορεί να αρχίσει να προσεγγίζει τις εξατομικευμένες αντιδράσεις των ανθρώπων», λέει ο Gibbons. Πριν από αυτό, αυτός και η ομάδα του σχεδιάζουν να διεξάγουν μια προοπτική κλινική δοκιμή για να δουν αν μια φανταχτερή, εξατομικευμένη παρέμβαση θα λειτουργήσει καλύτερα από μια γενική.
Η μελέτη τονίζει ότι το τι θεωρείται «καλό» βακτήριο εξαρτάται από το άτομο και το περιβάλλον. «Πολλά από αυτά τα βακτήρια είναι ωφέλιμα μόνο σε ορισμένα πλαίσια», λέει ο Nick Quinn-Bohmann, ερευνητής μικροβιώματος επίσης στο Institute for Systems. «Δεν έχει νόημα να έχουμε μια σουίτα προβιοτικών “ένα μέγεθος για όλους” για όλους».
Ο Quinn‑Bohmann λέει ότι παρόμοια μοντέλα θα μπορούσαν τελικά να βοηθήσουν στο σχεδιασμό προσαρμοσμένων θεραπειών μικροβιώματος, όχι απλώς να επιλέγουν από έτοιμα χάπια.