Właściwie, jako mikrobiolog, powinnam się cieszyć z nowin napływających od kilku lat z naukowych periodyków. Bakterie bowiem i inne drobnoustroje znowu są w nauce à la mode. A co za tym idzie – po dekadach zamilczania i nieistotności, mikrobiologia znowu jest trendy.

Okazuje się bowiem, że w płytce miażdżycowej w naczyniach krwionośnych siedzi Chlamydia pneumoniae i jeden Pan Bóg wie, co tam złego robi. Że wbrew dogmatom, mamy bakterie w mózgu. Że nasz wielomiliardowy, bakteryjny mikrobiom w jelitach zasadniczo zarządza nami od żłobka do nagrobka. Że i Parkinson zaczyna się w jelitach, a dokładnie – w wyrostku robaczkowym, którego usunięcie chroni nieco przed tą chorobą. Odkąd zaś badamy mikrobiom, ten uchyłek jelitowy przestał być uważany za zbędny, skoro jest dla biomu matecznikiem – miejscem schronienia i przetrwania niemal każdego antybiotykowego czy żywieniowego kataklizmu.

Nadużywanie antybiotyków zwłaszcza u milusińskich okazało się odpowiadać nie tylko za kryzys antybiotykoterapii, ale i za kryzys alergii, dotykających dziś połowę światowej populacji dzieci. Uczonym z Danii udało się również powiązać statystycznie częste podawanie antybiotyków w okresie niemowlęcym z chorobami umysłowymi u młodzieży i dorosłych – wszystko ponownie za sprawą drastycznego uszkadzania dziecięcego mikrobiomu.

Z tym studium można zapoznać się na łamach czasopisma medycznego „JAMA Psychiatry” z grudnia 2018. Natomiast z końcem sierpnia 2015 roku z w czasopiśmie „PeerJ” można było przeczytać, że pacjenci cierpiący na schizofrenię mają inne bakterie w nosogardzieli, niż ludzie mentalnie zdrowi. Nie znaczy to, że bakterie wywołują schizofrenię, ale znaczy co najmniej, że układ odporności, mocno powiązany z funkcjonowaniem układu nerwowego, u schizofreników działa nieco inaczej, pozwalając na rozwój innej flory bakteryjnej w gardle.

Zakażają nasz organizm. Wojna przegrana na wszystkich frontach

Kariera mikrobiologa przypomina więc sukces bankowca czy finansisty: jeszcze trzy dekady temu nudny księgowy w zarękawkach, wyśmiewany przez wielkich ekonomistów, a dziś to on kręci wielkim biznesem, on płaci i on wymaga – pan życia. W kryzysie antybiotykowym, jak i w finansowym, nie ma wyjścia – trzeba słuchać fachowca i być grzecznym, żeby chciał wyjaśnić w przystępny sposób, o co chodzi w tej materii, o której nikt nie ma pojęcia. I tak częstokroć zamknięty w swym kantorku mikrobiolog szpitalny czy uniwersytecki jest znowu na topie w hierarchii iskania, która istnieje w każdym środowisku. Niczym za czasów Roberta Kocha, Ludwika Pasteura czy sir Aleksandra Fleminga, to tu padają ważące życie i śmierć pytania i tu płyną pieniądze z grantów.

Co rusz odkrywamy, że kolejna przypadłość trapiąca rodzaj ludzki ma swą pierwotną przyczynę w jakimś mikroskopijnym stworzeniu zasiedlającym, czy raczej – jak się okazuje – zakażającym nasz organizm. Bakterie wygrywają z nami na wszystkich frontach wojny, której zakończenie bezapelacyjnym zwycięstwem ludzkości odtrąbiono już na początku lat 70. Gwiazdą śmierci miały być antybiotyki, które zabijały wszystkie bakterie. Studiowanie mikrobiologii uznano zatem za beznadziejnie nudne i – paradoksalnie – jałowe grzebanie się w krwi, kałach i moczach, na które skazywano najmniej zdolnych studentów. Genetyka i biologia molekularna to było to!

Jakże bezmyślnie i przedwcześnie. Dzisiaj mamy masową wielooporność drobnoustrojów, brak nowych przeciwbakteryjnych szczepionek o wysokiej skuteczności (nadal realnie nie potrafimy zabezpieczyć mas ludzi, zwłaszcza dzieci, przed szigellozą czy cholerą, żeby zostać jedynie przy epidemicznych biegunkach), brak oddziałów zakaźnych w szpitalach, brak oswojenia lekarzy Pierwszego Świata z chorobami tropikalnymi, które szeroką falą napływają wraz z ociepleniem klimatu i wielkimi migracjami ze Świata Trzeciego, itd. itp. Że o coraz bardziej masowym ruchu antyszczepionkowym, czyli płaskoziemcach kliniki chorób zakaźnych, nie wspomnę.

Gdyby zaś tego było mało, nawet tak „cywilizacyjne” choroby, jak wrzody na żołądku i miażdżyca, okazały się mieć, przynajmniej w jakiejś części, podłoże bakteryjne. Ostatnie zaś odkrycia, dotyczące powstawania chorób neurologicznych, jak Parkinson czy Alzheimer, to już jest nokaut. No i musieliśmy się o tym dowiedzieć dopiero wtedy, gdy stuprocentowo skutecznych antybiotyków już właściwie nie ma. Bo wcześniej nie chcieliśmy w takie odkrycia wierzyć – taki jest fakt.

Posłańcami owej wieści o bakteryjnym podłożu choroby Alzheimera byli niedawno, 23 stycznia, polscy naukowcy, a dokładnie – amerykańsko-polski zespół prof. Jana Potempy z Uniwersytetu Jagiellońskiego i University of Louisville School of Dentistry. No fajnie, że Polacy, przez chwilę łachocze to naszą dumę narodową, ale w sumie to dramat. Bo paradontozę wywołaną przez bakterię z dziąseł Porphyromonas gingivalis, która okazuje się mieć związek z chorobą Alzheimera, ma wielu z nas. Wrócę jeszcze do tej opowieści, bo jest również niezmiernie pouczająca co do metod, jakimi dzisiaj bada się udział „czynników zakaźnych” (czyli bakterii, wirusów czy patogennych grzybów i pierwotniaków) w powstawaniu chorób, których nikt o „zakaźność” by nie podejrzewał.

Cztery reguły zakaźności

W podręcznikach historii medycyny da się odnaleźć informację, że w roku 1892 Robert Koch, jeden z ojców mikrobiologii lekarskiej, noblista za odkrycie prątka gruźlicy, a prywatnie – miłośnik kiepskich ale frywolnych aktorek i rozwodnik (co wówczas było skandalem), sformułował cztery postulaty. Te reguły diagnostyczne pozwalały bez wątpienia zdecydować, czy jakaś choroba jest zakaźna, czy nie. A to ważne, bo choroby zakaźne inaczej się diagnozuje, leczy i inaczej się przed nimi zabezpiecza niż przed niezakaźnymi. Postulaty te stanowią fundament mikrobiologii klinicznej, warto zatem im się przyjrzeć, zanim pójdziemy dalej.

Po pierwsze, gdy choroba jest zakaźna, to wywołujący ją mikrob musi być obecny u wszystkich przebadanych chorych i mieć związek ze zmianami chorobowymi . Niby proste, ale czasem choroba dotyczy jednego organu, a zakażenie nastąpiło w innym – szkodliwa jest bowiem np. toksyna czy inny czynnik zjadliwości. Czasem obecność drobnoustroju była przejściowa, a skutki tego możemy zauważyć dopiero po latach, gdy nie da się go już wykryć u chorych. Zatem spełnienie tego warunku bywa niełatwe. Na szczęście mamy od jakiegoś czasu techniki molekularne, które wykryją w naszej krwi przeciwciała chroniące przed drobnoustrojami czy ich DNA lub RNA nawet wtedy, gdy ich samych już w naszym organizmie nie ma. Dziś to wystarczy.

Po drugie, drobnoustrój musi być wyizolowany w czystej kulturze od osoby chorej. A to już w czasach Kocha był problem. Mimo że jego wspaniała żona, z którą ten niecnota się rozwiódł, opracowała zestalone pożywki bakteryjne (galaretka z nóżek i głowizna!), pozwalające na wysiewanie rożnych płynów ustrojowych chorego i szukanie w nich bakterii oraz izolowanie pojedynczych kolonii bakteryjnych. Te zaś były źródłem „czystej kultury”’. Problem bowiem polega na tym, że np. w plwocinie będziemy mieli multum bakterii, a nie tylko prątki gruźlicy. Która zatem jest ta istotna? Niektóre bakterie nie dają się hodować na standardowych ani nawet wymyślnych pożywkach. Właśnie dlatego przez wiele lat nie dało się wykazać, że trąd (wywoływany przez Mycobacterium leprae, kuzyna gruźlicy) jest bakteryjną chorobą zakaźną, bo żeby hodować te bakterię potrzebna – i tu uwaga! – opuszka palców pancernika.

Po trzecie, mikroorganizm wyizolowany od chorego musi zdołać wywołać tę samą chorobę u zdrowych ludzi lub zwierząt eksperymentalnych. Ludzi w eksperymentach szybko sobie darowano, choć jeszcze wrócę do jednego, drastycznego przypadku potwierdzania trzeciego postulatu Kocha przez zdesperowanego naukowca, który sam się zakaził i sam się następnie wyleczył antybiotykiem, aby otworzyć oczy kolegom-niedowiarkom. Problem jednak często w tym, że różne laboratoryjne myszy, szczury i króliki, a nawet makaki nie chorują na ludzkie choroby.

Patogeny aktywne wobec człowieka nie są w stanie ich zakazić. Trzeba zatem – na co dziś pozwalają techniki inżynierii genetycznej – powoływać do życia tzw. zwierzęta modelowe danej choroby. Tak zmieniono ich DNA, aby dały się zakazić ludzkim drobnoustrojem. Nie znaczy jednak, że będą chorować z jego powodu tak, jak ludzie, czy też bronić się przed nim swoim – nieco innym od naszego – układem odporności dokładnie tak, jak my. Często także trzeba zwierzęta zakażać jak najbliższym kuzynem „ludzkiego” drobnoustroju. Np. w badaniach AIDS na małpach stosuje się wirus SIV, a nie HIV.

Po czwarte wreszcie, aby spełnić trzeci postulat do końca, trzeba ponownie wyizolować z zakażonego celowo zwierzęcia eksperymentalnego ów chorobotwórczy drobnoustrój. To nie zawsze jest możliwe, bo mikroby – gdy są w laboratorium przesiewane z płytki na płytkę – tracą na zjadliwości. Oczywiście mikrobiologia nie utknęła w kwestii pożywek na etapie zapewnionym jej przez pracowitą i zmyślną Frau Koch. Istnieją też dzisiaj możliwości długoterminowego, głębokiego zamrażania większości drobnoustrojów, by traciły tej zjadliwości jak najmniej. Może się jednak zdarzyć, że ponownie podany eksperymentalnemu zwierzęciu drobnoustrój ani nie wywoła choroby, ani nie da się ponownie wyizolować, zniszczony przez jego układ odporności. Jest już bowiem za mało zjadliwy.

Problemem jest także droga podania drobnoustroju. Np. Shigella wywołuje u nas poważne, czasem śmiertelne biegunki, a do zakażenia chłopa 90 kg żywej masy wystarczy połknięcie dosłownie kilku komórek tej bakterii. Konia jednak z rzędem temu, kto zdoła wywołać u myszy laboratoryjnej szigellozę drogą pokarmową. Trzeba bakterię wstrzyknąć, a to jest już – jakby na to nie patrzeć – zupełnie inne zakażenie. Badamy zatem jabłka, ale wnioskujemy o pomarańczach niestety.

Australijczyk, który sam siebie zaraził i wyleczył

Historia medycyny, zwłaszcza chorób zakaźnych, to pasjonująca nauka. I da się czytać z wypiekami na twarzy tak o średniowiecznej dżumie czy trądzie, renesansowym syfilisie albo galopujących suchotach czasów romantycznej poezji i muzyki XIX-wiecznej, na które masowo marli jej twórcy, jak i opowieści o wyścigu po antybiotyki czy szczepionki. Do mało znanych historii, a szkoda, należą jednak te właśnie, gdzie udawało się – częstokroć po latach żmudnych badań, mających na celu spełnienie tych nieszczęsnych postulatów Kocha – wykazać, że jakaś choroba, której nikt by o to nie podejrzewał, jest w istocie wynikiem zakażenia.

To, że dziś badania mikrobiologiczne przeżywają boom, że mikrobiologa muszą zatrudniać laboratoria naukowe specjalizujące się w neurobiologii, immunologii, kardiologii czy gastroenterologii, że rolę mikrobiomu postuluje się we wszelkich chorobach chronicznych – od zespołu Crohna, przez autyzm po schizofrenię – to wszystko zawdzięczamy uporowi, determinacji i brakowi mikrobiologicznego analfabetyzmu u dwóch Australijczyków. Doczekali się Nagrody Nobla w 2005 roku.

Już jednak w latach 80. jeden z nich, Barry Marshall, na sobie samym wykazał, że choroba wrzodowa żołądka nie jest wywoływana przez nadkwaśność, stres, ureazę etc., tylko w 90 proc. przypadków przez bakterię Helicobacter pylori. Wtedy wreszcie prominentni amerykańscy gastroenterolodzy uznali, że coś jest na rzeczy. A dalej już poszło: jeśli jakaś bakteria może wywołać jedną „chorobę cywilizacyjną”, „chroniczną” czy „o podłożu nerwowym”, to dlaczego nie inne?

Przyczyna długotrwałego „naukowego sceptycyzmu” była prosta. W badania „dzikusów z antypodów” – czyli Barry Marschalla i jego mentora, a później kolegi z Royal Perth Hospital Robina Warrena – nikt nie chciał wierzyć, ani dać na nie pieniędzy. Nie byli z jakiegoś renomowanego amerykańskiego centrum medycznego, a w dodatku przywracali do życia hipotezę z wczesnych lat 50., kiedy to ponoć z dobrym skutkiem leczono chorobę wrzodową żołądka penicyliną. No ale wtedy penicylina była tak modna, że leczono nią dosłownie wszystko. Działała na somę i psyche tak, jak puszczanie krwi 250 lat wcześniej. Przy każdej okazji. Wiara bowiem czyni cuda.

W roku 1982 ta dwójka zaczęła, otrzymawszy grant badawczy na jeden zaledwie rok, hodować w laboratorium Helicobacter pylori. Czy raczej szukać sposobów, jak to robić. Wyśmiewani przez środowisko naukowe własnego szpitala, bo nikt nie chciał wierzyć, że jakakolwiek bakteria jest w stanie przeżyć w atmosferze kwasu solnego, jaka panuje w żołądku – pH 2,5 i mniej.

Wtedy też Australijczycy padli ofiarą techników laboratoryjnych, niczym sir Aleksander Flaming przy okazji odkrywania penicyliny. Jemu technicy zakazili szalki z bakteriami grzybem Penicillum, co miało skutki zbawienne dla ludzkości. A im technicy wywalali naczynia hodowlane do zmywalni po dwóch dniach od przeniesienia do pożywki kawałków bioptatu żołądka, pobieranych od operowanych wrzodowców. Wszystkie były bez śladu wzrostu bakterii. Ale na szczęście, po 30 próbkach zabitych w autoklawie i wymytych do czysta, technik raz miał za dużo roboty i to, co miało zostać wylane w sobotę, rosło sobie do poniedziałku spokojnie w cieplarce. BINGO. Niezwykle wolno rosnący, jak na rutynowo hodowane w laboratorium bakterie, winowajca dał się wyhodować i wyizolować w formie czystej kultury. Pierwszy postulat Kocha spełniony.

Nie udało się tego opublikować nawet w lokalnym pisemku medycznym z zakresu gastroenterologii. Autorzy dostali oceny recenzenckie wśród najgorszych 10 proc. prac złożonych tam jako propozycje do druku w całym roku 1983. Trzeba więc było uporać się z drugim postulatem Kocha. Bakterią nie dało się zakazić zwierząt laboratoryjnych, zatem Marshall poddał się endoskopii, która nie wykazała u niego najmniejszych nawet śladów choroby wrzodowej, a następnie… wypił pożywkę zawierającą H. pylori. Liczył się z możliwością, że za jakiś rok powtórzy endoskopię i będzie miał wrzody.

Szok i niedowierzanie nastąpiły już po trzech dniach. Nudności. Kilka dni później matka zauważyła u niego „zły oddech” oraz pojawiły się bezkwaśne wymioty. Ósmego dnia endoskopia wykazała masywny stan zapalny śluzówki żołądka, a H. pylori był w pobranym bioptacie (próbce materiału uzyskanego podczas biopsji). Dnia 14. kolejna endoskopia i skuteczne rozpoczęcie kuracji antybiotykowej.

To już dało się opublikować w „Medical Journal of Australia”. Jest to najczęściej cytowana publikacja w historii tego czasopisma medycznego. I to zaczęło trwającą do dziś przygodę Marshalla z University of Virginia w USA, gdzie stworzył od podstaw laboratorium badające H. pylori – bakterię dziś uważaną za głównego winowajcę nie tylko choroby wrzodowej żołądka i dwunastnicy, ale i raka żołądka, a dokładnie chłoniaka i gruczolaka tego organu.

Co odkrył prof. Potempa?

Czy zatem nieznane rozdziały historii mikrobiologii medycznej to nie jest najlepszy thriller, a nawet kryminał? I historia Rydygiera, obmyślającego, jak zoperować wrzód żołądka, a nie zabić pacjenta, i historia Marshalla oraz Warrena pokazują, że koledzy po fachu nie uwierzą nawet, gdy zobaczą. A czasopisma naukowe albo cię nie wydrukują, albo dopiszą recenzję, od której zaboli cię serce. Zanim dobijesz się nagród, stypendiów i pomników-szpitali, często zdoła ci ono pęknąć naprawdę.

Skoro szlaki do naukowego opowiadania o roli bakterii tam, gdzie nikt by ich nie podejrzewał, są już przetarte, to żywię nadzieję, że krzywda tego typu nie dotknie wspomnianego na wstępie prof. dr hab. Jana Potempy z Wydziału Biochemii Biofizyki i Biotechnologii UJ. Mój niegdysiejszy, wspaniały mentor naukowy, biochemik, specjalista od proteaz – czyli enzymów „zjadających” inne białka – też został mikrobiologiem z wyboru. Gdy to wcale nie było takie popularne, zaczął bowiem badać te enzymy właśnie w organizmach bakteryjnych. Już w 2011 roku uhonorowany „polskim Noblem” (Nagrodą na Rzecz Nauki Polskiej) za badania nad paradontozą, jest światowej sławy specjalistą m.in. od Porphyromonas gingivalis. Bakteria ta powoduje paradontozę, a jej agresywne proteazy niszczą nam przyzębie i dziąsła wydajnie, szybko i smrodliwie.

Przesłanki, że chroniczny stan zapalny w mózgu jest źródłem zmian patologicznych towarzyszących chorobie Alzheimera, są znane i badane od co najmniej dwóch dekad. Już w 2010 roku ustalono, że utrata zębów i choroby przyzębia korelują ze słabymi funkcjami poznawczymi i objawami demencji u osób starszych. Ale oczywiście nie było wiadomo, co jest w tym wypadku skutkiem, a co przyczyną. Jednak jak dowiedzieliśmy się pod koniec stycznia tego roku z łamów „Science Advances”, zespół prof. Potempy pracujący w University of Luisville School of Dentistry złowił „złą bakterię” i produkowane przez nią proteazy, zwane gingipainami, w mózgach osób zmarłych na Alzheimera. Ich występowanie korelowało zaś z nagromadzeniem wadliwego białka Tau. To zaś wadliwe białko ulega akumulacji w mózgach dotkniętych Alzheimerem w formie włókien, obok nie mniej wadliwego amyloidu beta, tworzącego tzw. płytki starcze.

Postulaty Kocha pouczają nas, że to jednak za mało. Dalsze eksperymenty na myszach pokazały, że gdy zakazić je drogą doustną P. gingivalis, dochodzi do kolonizacji mózgu gryzoni przez tę bakterię, mimo bariery krew-mózg. Co więcej, tak zakażone myszy – specjalnie predysponowane do tego, by być modelem choroby Alzheimera – charakteryzuje zwiększone wytwarzanie i odkładanie w mózgu beta-amyloidu. Ponadto, przeciwciała przeciw gingipainom znaleziono w mózgu osób w średnim wieku, zdiagnozowanych jako cierpiące na Alzheimera, także wykazujących już płytki beta-amyloidu, ale bez żadnych jak dotąd objawów demencji. A to oznacza, że bakteria pojawia się w mózgu najpierw, nim demencja ograniczy higienę jamy ustnej osób cierpiących, co może prowadzić do katastrofalnej przyzębicy.

Czy to już dowód na sprawstwo kierownicze Porphyromonas w procesie powstawania Alzheimera? Droga ku temu może być jeszcze długa, ale jak na kumulację zbiegów okoliczności to trochę za dużo. Nie dziwi zatem, że we współpracy z firmą Cortexyme (startup, którego współzałożycielem jest Stephen Dominy, pierwszy autor pracy wykonanej pod kierunkiem prof. Potempy), zakażonym Porphyromonas myszom podano lek zakodowany jako COR388. Zmniejsza on u myszy tak obecność samej bakterii, jak i akumulację beta-amyloidu. Lek jest już testowany klinicznie na ludziach. A to dobra wiadomość, bo od 15 lat nie pojawił się żaden nowy środek farmakologiczny pomagający chorym na Alzheimera.

– Magdalena Kawalec-Segond,
doktor nauk medycznych, biolog molekularny, mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii”

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Źródła:
https://www.sciencealert.com/antibiotic-overuse-might-be-why-so-many-kids-have-allergies
https://www.sciencealert.com/antibiotics-for-childhood-infections-may-have-increased-your-risk-of-mental-illness
https://www.sciencealert.com/study-finds-people-with-schizophrenia-have-different-throat-bacteria