Za to, jací jsme, mohou naši mikrobi

Rob Knight je průkopníkem studia lidského mikrobiomu: kultury drobných jednobuněčných organismů, kteří žijí uvnitř našich těl a mají ohromný - i když dosud jen málo probádaný - vliv na naše zdraví. "Těch jeden a půl kila mikrobů, které si s sebou nesete, je možná důležitější než libovolný gen vašeho genomu," prohlašuje Rob Knight. Přesvědčte se, proč to tvrdí.

Lidé odjakživa dbali na to,
aby měli zdravé tělo.

Občas ale neodhadli,
o co vlastně mají dbát.

Jako třeba staří Egypťané.

Jednotlivé části těla pečlivě
připravovali pro život v zásvětí,

ale některé orgány vynechávali.

Třeba tenhle.

Zatímco žaludek, plíce, játra
a další orgány pečlivě uchovávali,

mozek jen rozmělnili,
vytáhli ho nosem ven

a pak ho zahodili.

A proč vlastně ne?

Bůhví, k čemu nám nějaký
mozek vůbec je.

Ale co když stejně přehlížíme
další lidský orgán,

o stejné hmotnosti jako mozek,

který je pro nás
zrovna tak zásadní,

jenže jsme ho opomíjeli,
protože nebyl probádáný?

A teď díky vědeckému pokroku

najednou začínáme chápat,

jak je ten orgán pro nás důležitý?

Nezaujalo by vás to?

Něco takového totiž skutečně máme:

náš zažívací trakt,

či přesněji: mikroby, co tam jsou.

A vlastně nejde jen o mikroby
v zažívacím traktu.

Mikroby máme po celém těle
a díky jejich variabilitě

existují i rozdíly mezi lidmi.

Všimli jste si například,

že komáři útočí na některé lidi
mnohem víc než na jiné?

Zní to jako otřepaná historka
z letního tábora, ale je to opravdu tak.

Na mě například komáři
skoro nejdou,

ale moji přítelkyni vždy
úplně obsypou.

Je to dáno tím, že máme
na pokožce jiné mikroby,

a ti vytvářejí jiné chemické látky,
které z nás komáři cítí.

Mikrobi jsou důležití také
z lékařského hlediska.

Stačí mít v útrobách nesprávné mikroby

a prášky na bolest vám mohou
poškozovat játra.

Na mikrobech také záleží,
jestli vám zaberou léky na srdce.

A kdybyste byli muška octomilka,

mohli by mikrobi i za to,
kdo vás sexuálně přitahuje.

U lidí jsme nic takového
zatím neprokázali,

ale třeba jsme se jen
nekoukali pořádně.

(Smích.)

Mikrobi toho dělají hrozně moc.

Pomáhají nám trávit potravu.

Školí náš imunitní systém.

Zvyšují naši odolnost,

a dost možná mají vliv
i na naše chování.

A tak nás napadlo zachytit
mikrobiální kultury na mapě.

Tohle je sice trochu jiná mapa,

ale můžeme si na ní ilustrovat
rozmanitost života.

Každý kout světa má jiný ráz

a je charakteristický jinými organismy.

Ať už žijí tady,

nebo tady,

nebo tady.

A totéž platí pro mikrobiologii.

I když mikroby, popravdě řečeno,

vypadají i pod mikroskopem skoro stejně.

Jenže my je nerozlišujeme
podle jejich vzhledu,

nýbrž podle jejich DNA.

Máme k tomu "Projekt lidského mikrobiomu".

Národní institut zdraví na něj
vyčlenil 173 mil. dolarů.

Stovky výzkumníků mapují

sekvence všech písmen DNA

veškerých mikrobů lidského těla.

A když to udělají,

dostanou takovýto výsledek.

Jenomže z toho zrovna nevyčtete,
kde který mikrob žije.

A tak naše laboratoř s pomocí
výpočetní techniky

zpracovává terabajty
sekvenovaných dat,

abychom vytvořili něco
jako přehlednou mapu.

Vyšli jsme z dat o mikrobiomech

získáných od 250 zdravých dobrovolníků.

A tohle je výsledná mapa.

Každá tečka představuje
samostatnou mikrobiální kulturu.

Já vám říkal, že mikroby
jsou k nerozeznání.

Každá tečka tedy odpovídá
samostatné mikrobiální kultuře

z jiné části těla,
či od jiného dobrovolníka.

Jednotlivé části mapy jsou
od sebe barevně odlišené,

jako různé kontinenty.

To proto, že mikroby žijící
na různých částech těla

se od sebe výrazně odlišují.

Takže zelená barva například
označuje mikroby z úst.

Na druhé straně jsou
modří mikrobi z pokožky.

Kultura z vagíny je fialová.

A úplně dole je hnědou barvou
fekální kultura.

Zjistili jsme to teprve nedávno,

ale mikrobi z různých částí těla
se ohromně odlišují.

Stačí téže osobě odebrat mikroby

z úst a ze zažívacího traktu.

Rozdíly mezi oběma kulturami budou obrovské.

Větší než mezi mikroby

z korálového útesu

a mikroby odsud z prérie.

Vlastně je to až k nevíře.

V mikrobiální ekologii vašeho těla

znamená pár decimetrů větší rozdíl
než stovky kilometrů na Zemi.

Z toho ovšem neplyne,

že mikroby ze stejných částí těla
vypadají u všech lidí stejně.

Asi víte,

že podle DNA jsme všichni
skoro stejní.

Vaše DNA je z 99,99 % úplně
stejná jako DNA člověka,

který sedí vedle vás.

O střevních mikrobech to neplatí.

Vaši střevní mikrobi se shodují

s mikroby vašeho souseda jen asi z 10 %.

Tedy jako bakterie odtamtud prérie

a bakterie z tohoto lesa.

Mikrobi jsou tedy rozmanití,

a jak jsem říkal,
plní rozmanité role:

tráví potravu,

hrají roli při různých nemocech,

pomáhají vstřebávat léky atd.

Jak to všechno dělají?

Zčásti díky tomu,

že i když jich ve střevech
máme jen jeden a půl kila,

jsou proti nám v přesile.

Jak moc jsou v přesile?

Přijde na to, jak chápete své tělo.

Jako souhrn buněk?

Každý z nás sestává asi
z 10 bilionů lidských buněk.

Jenže mikrobiálních buněk
máme 100 bilionů.

Jsou v přesile deset ku jedné.

Možná si říkáte,

že lidmi nás činí naše DNA.

Jenže lidských genů máme
(podle různých kritérií) jen asi 20 tisíc,

kdežto mikrobiálních genů
je v nás 2 až 20 milionů.

Mikrobiální symbionti tak nad námi

mají značnou převahu.

Dokonce se ukázalo,
že když se něčeho dotknete,

zůstane na tom DNA vašich mikrobů.

Před pár lety jsme dokázali,

že lze s 95% přesností určit,

kdo pravidelně užívá
určitou počítačovou myš.

Vyšlo to před pár lety
ve vědeckém časopise,

ale hlavně se to objevilo
v "Kriminálce Miami",

takže sami vidíte,
že je to pravda.

(Smích.)

Odkud se ale naši mikrobi
vůbec berou?

Pokud máte jako já děti nebo psy,
asi máte neblahé tušení.

A nejste daleko od pravdy.

Tak jako podle mikrobů poznáme,
jakou užíváte počítačovu myš,

poznáme i vašeho psa.

Ale mikrobiální kultury u dospělých
jsou poměrně stabilní.

I když s někým žijete,

vaše mikrobiální identita zůstává

po celé týdny, měsíce i roky neměnná.

Naše počáteční mikrobiální kultura

však hodně záleží na tom,
jak se narodíme.

Děti narozené klasicky

mají mikroby podobné
vaginální kultuře,

kdežto děti narozené císařským řezem

mají mikroby podobné
pokožkové kultuře.

Důsledkem toho je patrně i to,

že děti narozené císařským řezem

jsou náchylnější k astmatu,
alergiím či obezitě.

To vše je dnes
spojováno s mikroby.

Koneckonců, každý savec až donedávna

přicházel na svět porodním kanálem.

S vaginálními mikroby jsme tedy
evolučně spjatí,

a pokud na nás při porodu nepřejdou,

může to souviset s určitými chorobami.

Moje dcera přišla před pár lety na svět

akutním císařským řezem.

My jsme však dohlédli na to,

aby na ni byli vaginální mikrobi
dodatečně přeneseni.

Těžko s jistotou říct,
zda to mělo na její zdraví nějaký vliv.

Jedno dítě, i když vám na něm moc záleží,

není dostatečný vzorek,

abychom vyvodili obecné závěry.

Ale zatím naše dcerka
například nedostala zánět uší,

a už jí jsou dva roky.

Hlavně však začínáme klinicky
testovat další děti.

Chceme ověřit,

zda vaginální mikroby obecně
zvyšují jejich imunitu.

Porod tedy zásadně ovlivňuje,

s jakými mikroby vstoupíme do života.

Ale co se děje potom?

Tohle je další mapa podle dat

"Projektu lidského mikrobiomu".

Každá tečka je vzorek
z určité části těla

jednoho z 250 zdravých dospělých.

Jistě už jste viděli, jak se u dětí
vyvíjí tělo či intelekt.

Teď ale poprvé v životě uvidíte,

jak se u dítěte vyvíjí mikrobiom.

Ze stolice dítěte mého kolegy
jsme totiž pravidelně

odebírali vzorky fekálních mikrobů.

Sbírali jsme je každý týden
po dobu necelých 2,5 let.

Tady je první den.

Kulturu dítěte znázorňuje ta žlutá tečka.

Fekální mikroby dítěte se
zpočátku podobají vaginálním,

což odpovídá způsobu porodu.

Během dalších dvou a půl let se však
kultura dítěte přesune sem dolů,

takže bude vypadat jako fekální
kultura zdravého dospělého.

Teď se podíváme,
jak k tomu dochází.

Každý krok představuje změnu
během pouhého týdne.

Vidíte tedy,

jak se fekální kultura dítěte
každý týden mění.

Každá změna je mnohem větší,

než jaké jsou rozdíly mezi jednotlivými,

zdravými dospělými jedinci,

což jsou ty hnědé tečky úplně dole.

Když jsou dítěti asi dva roky,

jeho mikrobi se už blíží dospělým.

Jenže teď se něco stane.

Dítě dostane antibiotika
na zánět ucha.

Dojde k prudké změně,

načež se vše opět rychle
vrací do normálu.

Pustím vám to ještě jednou.

Vidíte, že stačilo pár týdnů

a radikální proměna nejprve vývoj
o celé měsíce vrátila,

jen aby se výchylka
opět rychle dorovnala.

Video končí dnem 838,
kdy je fekální kultura dítěte

plně srovnatelná s kulturou
dospělého jedince,

a to i přes zásah v podobě antibiotik.

To nás dovádí k zásadní otázce:

jaký vliv mají zásahy v různých
etapách života dítěte.

Pokud se mikrobiom u dětí
tak bleskově vyvíjí,

není vnější zásah

jenom bezvýznamný plivanec

do rozbouřeného moře?

Kupodivu se ukázalo,

že když dítěti mladšímu půl roku

podáte antibiotika,

bude mít větší sklony k obezitě

než děti, které antibiotika
poprvé dostanou ve starším věku.

Zásahy v raném věku tak mohou

výrazně souviset s naším
pozdějším zdravím,

a my to teprve začínáme odhalovat.

Riziko antibiotik tak možná není jen

v narůstající rezistenci bakterií,

což je také důležité,

ale možná i v tom,

že nabourávají ekosystém našich mikrobů.

Jednou pro nás antibiotika
možná budou strašák -

tak jako kovové nástroje,

jimiž Egypťané rozmělňovali mozek,

než ho vytáhli ven.

Řekl jsem, že mikrobi plní
řadu důležitých úloh.

Během pár posledních let
se rovněž ukazuje,

že souvisejí s rozmanitými chorobami.

Patří sem střevní záněty,

srdeční choroby,
rakovina tlustého střeva,

ale i obezita.

Na tu mají mikrobi výrazný efekt.

Dnes už podle střevních mikrobů

s 90% přesností poznáme,

zda patří štíhlému či obéznímu člověku.

Přesto je problematické zakládat
na tom lékařské testy.

Sami přece i bez mikrobů poznáte,

která z těchto žen je obézní.

Zajímavé ale je, že kdybyste to zkoušeli
poznat podle jejich DNA,

měli byste jen 60% šanci to uhodnout.

Jinak řečeno,

jeden a půl kila mikrobů,

které si s sebou nesete,

možná ovlivňuje vaše zdraví

víc než libovolný gen vašeho genomu.

Pokusy ukázaly,

že přinejmenším u myší

mikrobi souvisejí se vznikem
řady dalších chorob,

jako je roztroušená skleróza,

deprese, autismus

a již zmiňovaná obezita.

Jak ale poznáme, že mikrobiální změny

jsou příčinou, a nikoli následkem choroby?

Například tak,

že ve sterilním prostředí chováme myši,
které nemají vlastní mikroby.

Pak jim určité konkrétní mikroby dodáme

a čekáme, co se stane.

Když například mikroby z obézní myši

předáme geneticky normální myši,

která nemá vlastní mikroby,

bude ta myš o dost tlustší,

než kdyby dostala mikroby
od normální myši.

A děje se to z pozoruhodných příčin.

Někteří mikrobi jenom myším pomáhají

účinněji trávit potravu,

takže z ní získají více energie.

Ale jiní mikrobi přímo ovlivňují,
jak se myši chovají.

Takové myši se prostě
stávají žravějšími,

takže sice tloustnou, ale jen pokud
mají neomezeně potravy.

A to určitě stojí za pozornost.

Plyne z toho,

že mikrobi dokáží ovlivňovat
chování savců.

A funguje to dokonce napříč
živočišnými druhy.

Pokud například vezmete
mikroby obézního člověka

a přenesete je na myši,
které nemají vlastní mikroby,

tak budou tlustější než myši,

které dostanou mikroby
od štíhlého člověka.

Umíme však uměle vytvořit
mikrobiální kulturu,

která myším přibrat zabrání.

A stejně lze zabránit i podvýživě.

V rámci projektu sponzorovaného
manžely Gatesovými

se věnujeme dětem v Malawi,

které trpí syndromem podvýživy
zvaným "kwashiorkor".

Když přeneseme kwashiorkorowou
kulturu na myši,

během pouhých tří týdnů
ztratí 30 % tělesné hmoty.

Dokáží je však vyléčit přípravky
na bázi burákového másla,

které podáváme i dětem.

Potvrdily to i pokusy, kdy jsme na myši

přenášeli kultury z jednovaječných dvojčat,

To svědčí o tom,

že myši můžeme využít,

abychom na nich testovali

léčebné účinky konkrétních kultur,

a vytvářeli tak léčebné postupy

šité na míru konkrétnímu jedinci.

Klíčové je, aby se do našich aktivit
mohl zapojit úplně kdokoli.

Proto jsme spustili

projekt "Do útrob Ameriky".

Každý zájemce se může ocitnout
na této mikrobiální mapě.

Jde o největší vědecký projekt
na bázi crowdfundingu.

Podpořilo nás zatím přes 8 000 lidí.

Posílají nám vzorky

a my sekvenujeme DNA jejich mikrobů
a posíláme jim výsledky.

Anonymizované výsledky zároveň posíláme
vědcům, pedagogům,

zainteresovaným veřejným činitelům
a tak dál.

Data jsou tedy přístupná komukoli.

Je ovšem pravda, že když bereme
lidi na exkurzi po našem ústavu

a vykládáme,

jak s pomocí robotů
a laserů zkoumáme hovínka,

ne každý to unese.

(Smích.)

Ale přeci jen jsem vám přinesl výbavu,

kdybyste si to chtěli vyzkoušet sami.

Proč nás to vlastně zajímá?

Protože mikrobi jsou nejen
důležitými indikátory

našeho zdraví,

ale dokáží choroby i léčit.

Tohle je jeden z nejnovějších počinů.

Vytvořili jsme ho s kolegy
z Minnesotské univerzity.

Je to další mapa
lidského mikrobiomu.

Ale teď vám na ní ukážu

kulturu získanou od lidí nakažených
bakterií Clostridium difficile.

Ta způsobuje příšerný průjem –
musíte na záchod až 20x za den.

Pacienti se dva roky bezvýsledně
léčili antibiotiky,

načež podstoupili náš pokus.

Transplantovali jsme jim
část stolice zdravého dárce,

to je ta hvězdička dole.

Jak myslíte, že se souboj
hodných a zlých mikrobů

projevil na zdraví pacientů?

Ukažme si, co se stalo.

Tady máme čtyři pacienty
a úplně dole zdravého dárce.

Ve střevní kultuře okamžitě

nastává zásadní změna.

Pouhý den po transplantaci
všechny potíže ustupují,

průjem mizí

a pacienti jsou opět zdraví.

Jejich kultura se podobá kultuře dárce
a zůstává stabilní.

(Potlesk.)

Naše objevy teprve začínají.

Už víme, že mikrobi mají vliv

na rozmanité choroby,

od střevních zánětů až po obezitu,

a možná i autismus a depresi.

Pro práci s mikroby však musíme
vyvinout systém navigace.

Abychom nejen věděli,
kde zrovna jsme,

ale i kam se chceme posunout
a kudy se tam dostaneme.

A ta navigace musí být tak jednoduchá,

aby ji mohlo používat i dítě.
(Smích.)

Děkuji.

(Potlesk.)