A beteg mikrobióta egyesített elmélete

Jesse Zaneveld, Ryan McMinds és Rebecca Vega Thurber Lev Tolsztoj Anna Karenina című regényének híres első mondatát –  „A boldog családok mind hasonlók egymáshoz, minden boldogtalan család a maga módján az.”– használták fel hipotézisükhöz, amellyel, úgy vélik, sikerült megmagyarázniuk a mikrobiomkutatás eddigi eredményeinek ellentmondásait (Stress and stability: applying the Anna Karenina principle to animal microbiomes; Nature Microbiology).

A mikrobiológusok 2009-ben a floridai korallzátonyokat kezdték tanulmányozni, hogy kiderítsék, miként befolyásolja azok mikrobiomját a mezőgazdasági szennyeződés (a műtrágyákból származó nitrogén, foszfor) és a túlhalászat, írja az eredményekről beszámoló cikkében Ed Yong (A Grand Unified Theory of Unhealthy Microbiomes; The Atlantic). A vizsgálat hasonlóan zajlott a többszáz humán vizsgálathoz, amelyekben egészséges és beteg emberek mikrobiomját hasonlítják össze: nem speciális patogéneket kerestek, hanem az egyensúly felborulásának jeleit, amikor egyes fajok a többiek fölé kerekednek, más fajok egyedszáma jelentősen lecsökken, és a mikrobiom egésze válik kórossá.

A három éven át tartó korall-vizsgálat először nagy csalódással zárult: a kutatók jelentős változásokat detektáltak, azonban a változásokban semmilyen konzisztens mintázatot nem sikerült kimutatniuk. A stresszelt korallok mikrobiomja változatosabbá vált, de a változás nem speciális irányban történt, hanem minden irányban. Zaneveld – a csapat matematikusa – azonban összehasonlító elemzésbe kezdett: először egy HIV-szerű vírussal fertőzött csimpánzok mikrobiomját tanulmányozó kutatásban, majd hamarosan más mikrobiom-vizsgálatok eredményeiben is hasonló eltérésekre lett figyelmes: a stresszelt állatok mikrobiomjában minden esetben megnőtt a változatosság. A mikrobiológusok most úgy vélik, ez a trend mindenféle mikrobiomra igaz, akár korall, akár csimpánz, akár ember a gazdaállat: stressz vagy betegség hatására a gazdaállat elveszti az ellenőrzést a mikrobiomja felett, és a mikrobiom változása nem megjósolható módon, hanem véletlenszerűen történik – minden egészségtelen mikrobiom a saját egyedi módján beteg.

Az Ed Yongnak nyilatkozó Vega Thurber elmondja: ma már ezt a mintázatot látják szinte valamennyi olyan tanulmányban is, ami egészséges és beteg emberek (alkoholisták, dohányosok, HIV-betegek, cukor-, Crohn- vagy egyéb autoimmun betegségben szenvedők) mikrobiomját hasonlítja össze, vagyis az Anna Karenina hipotézis a beteg mikrobióta egyesített elmélete lehet.

Nem minden korábbi vizsgálat eredménye illeszkedik az Anna Karenina hipotézishez, némelyikben találtak speciális mikrobiom-változásokat, azonban Vega Thurber szerint az ilyen eredmények leginkább redukcionista kísérletekből származnak, amelyekben a laboratóriumi állatok szigorúan kontrollált körülmények között élnek. Az Anna Karenina-mintázat kialakulásához pedig nagyban hozzájárul a való élet zavarossága: ha egy gazdaállat képtelenné válik arra, hogy kontroll alatt tartsa a mikrobiomját, azok a baktériumfajok fognak felszaporodni a szervezetében, amelyek aktuálisan fellelhetők a környezetben vagy az ételben. Márpedig a potenciális támadók szignifikánsan különböznek a különböző környezetekben.

A beteg mikrobióta egyesített elmélete a mikrobiomkutatás számos ellentmondását is megmagyarázhatja. Így pl. a korai vizsgálatok azt találták, hogy az elhízott és a sovány emberek mikrobiomja két fő bélbaktériumcsalád előfordulási arányában különbözik (elhízottak: több Firmicutes és kevesebb Bacteroidetes). A későbbiekben azonban nem sikerült az F/B arány szerepét igazolni, sőt semmilyen más mikrobióta-mintázatot sem találtak az obezitás hátterében. Az obez – és a normál testsúlyú – emberek mikrobiomja minden vizsgálatban más és más.

Az Anna Karenina hipotézisnek fontos következménye lehet, ugyanis sokan próbálják a különböző betegségeket (a lista hosszú: az allergiától, asztmától kezdve, a gyulladásos bélbetegségeken át a rákig) a mikrobiom módosításával, egyre jobb probiotikumokkal és egészségesekből származó széklet transzplantációjával kezelni. Ha azonban a mikrobióta véletlenszerűen alakul, nehéz megállapítani, hogy mi számít egészségesnek, és mi alapján standardizálható a kezelés.

Az egészséges mikrobiomok között is hatalmas az eltérés; a humán mikrobiomok messze nagyobb variábilitást mutatnak, mint a genomok, és ennek senki nem tudja az okát. Két nagyméretű vizsgálat, ami többszáz faktor (pl. táplálkozás, életkor, testsúly, kórtörténet) befolyását elemezte, a humán mikrobiom variábilitásának mindössze 8–19%-a mögött talált okot (Alexandra Zhernakova és munkatársai: Population-based metagenomics analysis reveals markers for gut microbiome composition and diversity, valamint Gwen Falony és munkatársai: Population-level analysis of gut microbiome variation; Science). Vagyis, nem mondható meg, hogy az egyik variáció egészségesebb-e a többinél, és bizonyosan nem jelenthető ki, hogy a szervezetünkben élő mikrobák csak egy módon képesek kialakítani azt a bizonyos boldog családot.