ЯК НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ МІКРОБІОМУ ЛЮДИНИ ВПЛИВАТИМУТЬ НА РОЗВИТОК МЕДИЦИНИ? ЩО ВІДБУВАЄТЬСЯ ВЖЕ ЗАРАЗ? (ЧАСТИНА ІІ)

До вашої уваги продовження бесіди з директором Науково-дослідницького і навчального Центру молекулярної мікробіології та імунології слизових оболонок (надалі – Центру), доктором біологічних наук, завідувачкою кафедри клініко-лабораторної діагностики і фармакології Ужгородського національного університету Надією Бойко

ДОСЬЄ

д. біол. н., проф., завідувачка кафедри клінічної лабораторної діагностики та фармакології Ужгородського національного університету, директор Науково-дослідницького та навчального Центру молекулярної мікробіології та імунології слизових оболонок. Провідний науковий співробітник у Касовія Лайф Саєнс і співзасновник компанії Едієнс.

Наукові інтереси: індивідуальне харчування, фармабіотики, мікробіом людини, інфекційні та неінфекційні захворювання; безпека харчових продуктів, П4 медицина.

Додаткова експертиза: передача знань, співзасновник і координатор технологічних платформ «Агро-продовольча» та «Здоров’я і Добробут».

Проекти ЄС: BaSeFood, JSO-ERA, ODiN (FP7), CAPINFOOD (CEE), FoodWARD (Erasmus+), BacFoodNet (COST), SKIN (Horizon 2020).

Член товариств: SMI, SOMED, ASA, SMU.

Редактор: SOMED, Мікробіологічний журнал.

Посилання:

linkedin.com/in/nadiya-boyko-principal-investigator-09533326;

uzhnu.edu.ua/en/cat/deps-ndi_molecular; cassovialifesciences.eu/uk;

ediens.info; researchgate.net/profile/Nadiya_Boyko3; twitter.com/BoykoNadiya

Наші наукові дослідження

Н. Б.: І останній наш напрямок (або перший?!) – це наукові дослідження, потрібні для забезпечення ідейного й теоретичного підґрунтя нашої практичної діяльності.

Ми виконуємо кілька наукових проєктів. Один із них стосується здорового харчування, а точніше – сучасних інструментів для його забезпечення. У розвинених країнах у якості основного такого інструменту використовують національні композиційні бази даних їжі. Що стосується України, то ми не маємо нічого подібного. Тому відсутня задовільна аналітична оцінка харчової продукції, що виробляється, практично не ведеться адекватне оцінювання її безпечності (на вміст антибіотиків, пестицидів тощо), а якість їжі залишає бажати кращого. Ми започаткували і формуємо таку базу даних для України. Поки що ми орієнтуємося на регіон, але плануємо поширити цю базу даних на інші області (залучаючи співробітництво) і надати до неї широкий доступ. Паралельно ми виконуємо дотичний проект про кращі практики коротких харчових ланцюгів (SKIN), що фінансується Європейським Союзом у рамках програми Горизонт 2020.

З огляду на складність і комплексність наукових завдань нам потрібна налагоджена наукова співпраця. Наразі створюється новий міжнародний альянс, до якого входитимуть, окрім нас, спільна українсько-болгарська компанія BioME, а також Словацькі колеги та, ймовірно, партнери з Німеччини. Ми разом вивчатимемо етнічну їжу та модифікуватимемо її, фактично створюючи функціональні продукти нового покоління. Ця заздалегідь збалансована національна їжа матиме виключно природне походження і аналітично доведену якість. Її можна буде композиційно варіювати для задоволення індивідуальних потреб. Такі перспективні продукти недалекого майбутнього дозволять замінити практично всі відомі на сьогодні численні дієти (у тому числі кетодієти, дієти з персоніфікованим підбором продуктів за їх глікемічним впливом тощо) одним гармонійним підходом. Він не обмежуватиме харчові вподобання людини. Натомість забезпечуватиме можливість науковоємкого формування та компонування персоніфікованих продуктів здорового харчування з урахуванням індивідуальних харчових вподобань. Ці продукти найкраще відповідатимуть відомій ще з часів Гіпократа істині, що їжа – це ліки.

– Як це можливо виконати у наш час, коли відбувається така міграція населення? Якщо людина змінює місце проживання, клімат, часовий пояс, це удар по мікробіому?

Н. Б.:Так, далекі подорожі, міграція – будь-які суттєві зміни середовища проживання – завдають удар по мікробіому, тобто серйозно впливають на організм. Як же при цьому не нашкодити своєму здоров’ю? Вихід полягає у підтримці наявного стану мікробіому, наприклад, через дотримання звичного режиму харчування. Це хоча й непросто, але можливо зробити, використовуючи вищезгадані національні композиційні бази даних їжі (food composition database).

Відзначимо, що ними займається FAO (Продовольча та Сільськогосподарська Організація ООН), а також Європейська мережева структура EuroFIR, партнерами якої ми є тривалий час. Сьогодні цей напрямок стрімко розвивається. Ці бази даних дозволяють у випадку зміни середовища проживання уникнути порушення дієт будь-якої складності, у тому числі персоніфікованих. Але навіть якщо просто узгодити при переїзді своє звичне харчування з композиційною базою даних нового місця проживання, то це вже буде великою запорукою збереження вихідного стану мікробіому і, відповідно, здоров’я.

З’ясовуючи наше питання про міграцію, подорожі і мікробіом, важливо розуміти, що кожна людина має власне ядро мікробіому, одержане від пращурів з їх етнічними звичками і численними особливостями середовища проживання. Дане ядро унікальне і його потрібно оберігати від всяких випадковостей. Для цього ми пропонуємо створити банк власних коменсальних мікроорганізмів – тих, які людина отримує при народженні. Не дивлячись на змінність мікробіому, деякі його представники є стабільними, тож варто мати шанс відновлювати їх, наприклад, після тривалої антибіотикотерапії.

Популярна на сьогодні трансплантація фекальної мікробіоти від донора – це чудово, але у більшості випадків значно кращим вибором буде застосування власних клітин із банку коменсальних мікроорганізмів. Зауважу, що для визначення мікробіотного спектру і співвідношення складових мікробіому немає необхідності їхати до нас у Центр на діагностику. Достатньо надіслати нам біологічний матеріал на аналіз. А вже маючи результати аналізу, можна, подорожуючи чи змінюючи місце проживання, адаптувати вживання різних локальних продуктів харчування з огляду на ці дані.

За результатами аналізу в Центрі можна також отримати вичерпні відомості про продукти, що підтримують чи конфліктують з персональним мікробіомом, та про те, які з цих активних продуктів краще не вживати, а котрі, навпаки, потрібно їсти (та у якій кількості), аби мікробіом залишався у нормі. Нарешті, дуже коротко зазначу психологічний аспект обговорюваної проблеми: міграція – це завжди стрес, який також може виступити потужним чинником порушень мікробіому.

– У чому, на ваш погляд, «слабкі місця» ПЛР-діагностики та переваги визначення чи секвенування мікробіому?

Н. Б.: Ми вже торкалися питання різниці класичного підходу – ПЛР-оцінки в реальному часі і секвенування мікробіому. Основна відмінність між ними полягає не лише у підібраних тих чи інших праймерах, чи навіть у їх кількості, а у відсутності даних про зміни індивідуального мікробіому в динаміці. Тому в ідеалі і до звичайної типової ПЛР-діагностики потрібно додавати математичні моделі, здатні враховувати динаміку змін основних ідентифікованих представників мікробіому.

Крім того, є ще низка інших нюансів. Наприклад, кількість ізольованої ДНК опосередковано визначає результати ПЛР-аналізу. І тут завжди є місце для помилки визначення дольової частки того чи іншого представника мікробіому. До того ж, визначаються лише найбільш типові представники того чи іншого нішевого мікробіому.

Однак саме різноманітність і співвідношення мікроорганізмів є діагностично важливими.

Ситуація ускладнюється ще й тим, що навіть точне кількісне визначення усіх наявних представників мікробіому не дає всієї потрібної діагностичної інформації.

Адже згідно із сучасними уявленнями, функції, що виконують мікроорганізми у мікробіомі, суттєво визначаються продуктами їх метаболізму. На жаль, ПЛР-діагностика не дозволяє виявляти ці продукти.

Нові підходи у діагностиці мікробіому полягають у визначенні у наданому біоматеріалі конкретного співвідношення усіх його наявних представників, що не обмежене кількістю наперед заданих праймерів, зібраних у тій чи іншій ПЛР-системі.  Нові підходи дозволяють визначити і застосувати як унікальні праймери – типові для даного індивідууму, так і мають на меті визначати основні діагностично значимі продукти метаболізму мікроорганізмів.

Таким чином, базуючись на комплексному підході виявлення усіх мікроорганізмів, їх унікальному для конкретної персони співвідношенні, і наборі специфічних продуктів метаболізму, продукованих ними, ми можемо сказати, які мікроорганізми у даному випадку є корисними, у якому співвідношенні, а які з них зумовлюють те чи інше порушення в організмі людини. Саме на індивідуальному рівні, оскільки власне самі поняття норми та патології є суворо індивідуальними. Не можна, наприклад, визначати норму, орієнтуючись лише на присутність або відсутність лактобактерій у мікробіомі.

Для оцінки стану ендометрію, досить інформативною є оцінка мікробіоти вагінальних змивів або виділень, адже зрозуміло, що саме вона формує «здоров’я» ендометрію. Інше джерело надходження мікроорганізмів у статеві шляхи – мікробіота кишечника, шкіри. Знову ж таки, як і у випадку вагінального мікробіому, мікробіота ендометрію навіть в нормі (як у дівчат-підлітків, наприклад) не обов’язково буде представлена лактобактеріями. Є різні типи здорового ендометрію і різні відхилення від норми,  які теж можна класифікувати за групами, що відповідають за ту чи іншу нозологію.

На сьогодні розроблено новий тест – EMMA (Endomentrial Microbiome Metagenomic Analyses), котрий розробниками називається повним, і який має визначати стан ендометрію шляхом знаходження співвідношення лактобактерій до ряду інших представників мікробіоти (представлених родиною Enterobacteriaceae та родами Enterococcus, Streptococcus, Staphylococcus, Mycoplasma і Ureaplasma). Все ж таки цей тест не враховує усього різноманіття мікроорганізмів і продуктів їхнього метаболізму, що вкрай необхідно для успішного індивідувального попередження чи лікування неплідності. Також ми часто при неплідності ігноруємо можливий зв’язок цього стану з негативним емоційним фоном (невпевненістю, страхами тощо) і незбалансованим харчуванням.

Здоров’я локального мікробіому визначається індивідуальними характеристиками і функціями, які виконує те чи інше співвідношення мікроорганізмів. Тим і відрізняється наш підхід, що він базується не тільки і не стільки на теоретичних напрацюваннях, скільки на аналізі локальної імунної відповіді, пов’язаної із діагностикою мікробіому, яка може бути виконана і за аналізом тканин чи рідин/виділень. Визначається співвідношення основних представників мікробіоти ендометрю з врахуванням їх функцій, далі відбувається стратифікація пацієнтів у відповідності до їх індивідуальних показників. Таким чином відбувається доказова персоніфікована валідація цих даних. Наразі для визначення діагностичних співвідношень ми використовуємо власні клінічні дані, а також інші надійні дані, доступ до яких маємо. Саме коли індивідуально «зчитується» мікробіом ендометрію і/чи вагінальний мікробіом, оцінка співвідношень показників прив’язана до локальних маркерів запалення – імунних, у першу чергу – гуморальних і клітинних. А вже ґрунтуючись на цих даних, можна робити прогноз, підбирати препарат і обирати напрям корекції виявленого стану (нозології) для отримання бажаного результату.

– Як може змінитися найближчим часом діагностична панель для визначення мікробного балансу людини?

Н. Б.:Зміни можливі і вони назріли. Але питання у тому, чи готова клінічна медицина на це орієнтуватися. Скажімо, оцінка мікробіому вже пропонується кількома компаніями для того чи іншого спрямування, зокрема для визначення індивідуальної відповіді на продукти харчування.

Щодо подальшого розвитку подій у нас та у світі. Наразі набралася достатня кількість даних, які дозволять у недалекому майбутньому перейти до якісних змін, здійснити суттєвий крок уперед. На мій погляд, то це справа одного-двох років. Зараз є доступ до великої кількості джерел інформації і будь-який лікар сьогодні може користуватися якщо не всією системою знань, то бодай потрібними йому елементами нового підходу.

Скажімо, при призначенні антибактеріальних препаратів можна скористатися можливістю індивідуального підбору таких засобів. Так само і при призначенні пре- і пробіотиків, біопрепаратів тощо – переваги персоніфікованого підходу очевидні, а можливість його застосування реальна.

Отже, до змін готові як медична спільнота (принаймні більшість), так і споживачі медичних послуг – пацієнти і пересічні громадяни, що переймаються станом свого здоров’я.

Є багато компаній, що володіють надсучасним обладнанням і здійснюють за його допомогою надскладну діагностику. Але результати останньої часто не відображають об’єктивний стан мікробіому, коли для здійснення аналізу доводиться застосовувати референтні значення (кордони норми) того чи іншого показника. Справа у тому, що використання референтних значень значною мірою суперечить послідовному впровадженню ідеї персоніфікації з її вимогами врахування найрізноманітніших впливів та індивідуальних факторів. Натомість доводиться застосовувати значно складніше поняття індивідуальної норми, формування якої потребує застосування відповідних даних і ІТ-інструментів.

Сьогодні і у нашій країні (у Києві та Одесі) є спеціалісти, які прекрасно розуміються на інтерпретації геному. Ми започатковуємо сервіс з визначення мікробіому, його валідації, визначення діагностичного співвідношення і створення рекомендацій для корекції відповідно до багатьох факторів: пацієнта, нозології, ніші локалізації мікробіому. Це реальний практичний доступний сервіс, який можна вже застосовувати. Більше того, він не вимагає персональних відвідувань саме до нашого Центру, адже є пакет з інструкцією для лікаря чи користувача стосовно відбору матеріалу на аналіз. Важливо додати, що цей аналіз передбачає одержання наших рекомендацій з урахуванням індивідуального профілю пацієнта.

– Хто складає цей профіль?

Н. Б.:Користувач сервісу може зробити це самостійно, чи за допомогою лікаря, або нашого консультанта. Важливо лише, щоб інформація була достовірною і вичерпною, тож консультація лікаря чи консультанта тут не завадить.

– Тобто пацієнт від самого початку залучений у процес?

Н. Б.:Так, тому акцент робиться саме на користувачеві послуг. Цей сервіс загальнодоступний. Він не виключає можливості професійних рекомендацій, однак система, коли лікар рекомендує щось пацієнтові за певну винагороду, не передбачається у нашому сервісі. Бонусом для лікаря тут є сам інноваційний інструмент, здатний позитивно вплинути на результат лікування або забезпечити достовірний ефект профілактичної роботи. Іншими словами, це інструмент для лікаря, пацієнта чи просто користувача. При цьому, зауважу, ніхто не заперечує ані ерудицію лікаря, ані протоколи лікування, однак при сучасній системі, коли лікар має певну обмежену кількість часу на кожного пацієнта, чому б не скористатися готовим алгоритмом діагностики, який передбачає комплексний аналіз (а не окремо геном, мікробіом, біохімію тощо), який відповідає профілю пацієнта. Це, до речі, сприятиме і зменшенню вартості діагностики, адже не потрібно здавати силу-силенну панелей, якщо є профіль, який чітко вказує на те, які показники необхідні у цьому конкретному випадку для даного індивідууму. До того ж, якщо будуть призначені якісь препарати, то це будуть препарати вибору, які обґрунтовані критеріями, що відповідають профілю пацієнта, враховують і можливий сайд-ефект тощо.

Отже, наразі потрібно було б провести освітню кампанію для населення. Адже, як ви правильно зауважили, новий підхід передбачає повну задіяність і співпрацю з пацієнтом чи користувачем послуг.

Сподіваюся, що нова діагностика не буде високовартісною. Ми, принаймні, намагаємося зробити її доступною. Адже відомо, що у деяких країнах світу, у США, наприклад, вже використовують мікрочіпи, які роблять аналіз за краплею крові чи слини. Їх недоліком часто є висока вартість. Ми ж хочемо запропонувати максимально дешеву і доступну систему. Для цього зараз ми працюємо над тим, щоб користувачі мали доступ до алгоритму через  iCloud-сервіс.

Тож, знаходячись у будь-якому куточку світу, ви можете зайти, ввести свої дані, отримати пакет і виконати аналіз. Якщо це експрес-тести, результат буде готовий за 2 години, якщо це певні імунні маркери – за 4 години. Визначення за маркерами – до 1 дня, повного мікробіому – від 3 до 6 тижнів з біоінформатичною інтерпретацією. Отже, це ще не чіпи, але вже касети.

Таким чином, ми поступово відходимо від приблизних, незрозумілих, не інтерпретованих аналізів. А лікарі отримають адекватний інструмент, який значно підвищить точність діагностики, а відтак і якість та ефективність лікування. У нас готові вже всі пакети, є приладдя і спеціалісти, можливим є застосування індивідуальних ДНК-праймерів і є ІТ-інструмент.

Нещодавно ми підписали контракт з компанією SELUR pharma з Болгарії. Ця компанія відкрита для впровадження інновацій, тому ми сподіваємося, що починаючи з вересня, ми вже зможемо запропонувати споживачам свої перші персоніфіковані фармабіотики.

Почнемо з тих, на які вже маємо доказову базу та бренди (зокрема ProPhyLactOr). Зараз затримка лише за інформаційною складовою. Ми маємо представити цю продукцію, пояснити людям, як вона працює.

Крім того, Центр скоро має перейти у нове приміщення, планується його облаштування за усіма вимогами ISO-сертифікації. На першому поверсі буде розміщено комплекс для навчання студентів з можливістю трансляції усіх робіт, що виконуються в Центрі, та проведення тренінгів.

Загалом, зовсім у недалекому майбутньому на нас чекає бурхливий розвиток у напрямках вивчення геному, мікробіому людини. Дуже сподіваюся, що паралельно відбуватиметься і процес витіснення всього недоказового, невалідованого, неправильно інтерпретованого і непотрібного з медичної практики і нашого повсякденного життя.

Бесіду вела
Людмила Чуприна.