Materské mlieko, antibiotiká a črevné baktérie. Ako môžu rané vplyvy súvisieť s vývojom mozgu?
Črevný mikrobióm sa začína formovať už v ranom období života a jeho význam môže siahať oveľa ďalej než len k tráveniu. Medzinárodný výskum sa zameria na to, či a ako môžu črevné mikroorganizmy v období tehotenstva a prvých dvoch rokov po narodení súvisieť s vývojom mozgu. Výskumníci chcú preskúmať aj možné spojitosti s neurovývinovými odlišnosťami vrátane poruchy autistického spektra.
Interdisciplinárny tím Kalifornskej univerzity v Santa Barbare (UCSB) získal grant od neziskovej organizácie Wellcome Leap. Zapojí sa do rozsiahleho medzinárodného projektu, ktorý skúma vplyv raných biologických procesov na vývoj človeka. Financovanie získal v rámci programu Foundations of Resilient Microbiome (FORM), ktorý sa sústreďuje na obdobie od tehotenstva do druhého roku života, keď sa črevný mikrobióm intenzívne vyvíja.
Čoraz viac výskumov naznačuje, že mikroorganizmy žijúce v čreve zohrávajú dôležitú úlohu pri formovaní imunitného, metabolického aj nervového systému. Zatiaľ však nie je dostatočne objasnené, aké konkrétne mechanizmy za týmito súvislosťami stoja.
Prvé dva roky môžu byť rozhodujúce
Výskumný program FORM chce zistiť, či narušenie črevného mikrobiómu v ranom veku môže prispievať k vzniku neurovývinových odlišností. Zároveň skúma, či možno odolnosť črevného mikrobiálneho prostredia v tomto citlivom období merať a cielene podporovať.
Projekt na UCSB povedie Michelle O’Malleyová, profesorka chemického inžinierstva a dočasná vedúca katedry bioinžinierstva. Jej tím bude vytvárať experimentálne systémy, v ktorých bude možné vo veľkom rozsahu skúmať, ako črevné mikroorganizmy reagujú na rôzne vplyvy prostredia v ranom živote. Následne bude sledovať, ako tieto zmeny ovplyvňujú biologické procesy spojené s vývojom mozgu.
„Tento program nám umožňuje robiť odvážne kroky, ktoré tradičné modely financovania výskumu podporujú len zriedka. Chceme zistiť, či mikrobióm v ranom veku zohráva priamu úlohu v neurovývoji a ako možno v tomto kritickom období podporiť jeho odolnosť,“ vysvetlila O’Malleyová.
V laboratóriu vytvoria tisíce miniatúrnych čriev
Dôležitú úlohu v projekte bude zohrávať špecializované pracovisko ExFAB, ktoré sa zameriava na výskum húb, archeónov a baktérií. Moderné automatizované laboratórium vzniklo vďaka grantu vo výške 22 miliónov dolárov od americkej Národnej vedeckej nadácie.
Výskumníci v ňom budú pestovať komplexné spoločenstvá črevných mikroorganizmov v prostredí bez kyslíka. Vytvoria tak tisíce miniatúrnych modelov čreva, na ktorých budú môcť kontrolovane skúmať rôzne podmienky raného vývoja.
Testovať chcú napríklad vplyv zložiek materského mlieka či vystavenia antibiotikám. Budú sledovať, ako sa mení zloženie mikrobiálnych spoločenstiev, ich fungovanie a látky, ktoré pri svojich procesoch vytvárajú.
„V podstate vytvárame miniatúrne, presne kontrolované modely čreva, ktoré vystavujeme rôznym podmienkam prostredia v ranom živote. Môžeme tak pozorovať, ako sa tieto mikrobiálne spoločenstvá vyvíjajú,“ priblížila O’Malleyová.
Umelá inteligencia pomôže hľadať súvislosti
Obrovské množstvo získaných údajov si vyžiada nové analytické prístupy. Výskumný tím preto nebude sledovať iba to, ktoré mikroorganizmy sa v čreve nachádzajú. Zaujímať ho bude predovšetkým ich správanie v čase – ako spolu komunikujú, reagujú na stres, obnovujú sa po narušení alebo prechádzajú do nových stavov.
Modelovanie povedú profesorky Jean Carlsonová z oblasti fyziky a Holly Moellerová z ekológie, evolúcie a morskej biológie. Výskumníci plánujú kombinovať experimentálne údaje s matematickým modelovaním, poznatkami z fyziky a ekológie, systémovou biológiou aj metódami strojového učenia a umelej inteligencie.
„Keď dokážeme sledovať, ako sa systém vyvíja, môžeme začať rozlišovať, ktoré skoré zmeny sú skutočne dôležité a ktoré nie. To nám umožňuje prepájať biologické mechanizmy s výsledkami vývoja,“ uviedla Carlsonová.
Súčasťou projektu bude aj spolupráca s odborníkmi z Koegelovho centra pre autizmus na UCSB. Zapojení budú klinickí odborníci Ty Vernon a Fernanda Castellónová, ktorí majú zabezpečiť, aby výskum vychádzal aj zo skúseností ľudí s neurovývinovými odlišnosťami, ich rodín a klinickej praxe.
Vedúca projektu Michelle O’Malleyová zdôraznila, že zámerom nie je „vyliečiť“ autizmus. Výskumníci chcú lepšie pochopiť biologické mechanizmy neurodivergencie a na základe získaných poznatkov zlepšiť podporu ľudí s neurovývinovými odlišnosťami a ich blízkych.
Zatiaľ ide o výskumnú otázku, nie o potvrdený dôkaz, že zmeny črevného mikrobiómu spôsobujú autizmus alebo iné neurovývinové poruchy. Ak sa podarí objasniť mechanizmy, ktoré prepájajú črevné mikroorganizmy s vývojom mozgu, poznatky by v budúcnosti mohli pomôcť pri vytváraní účinnejších foriem podpory zdravia a pohody detí.
