Naukowcy opracowują najnowocześniejsze modele komputerowe, które mogą przewidzieć, czy szczep probiotyczny skolonizuje jelita danej osoby, co potencjalnie zakończy erę uniwersalnych suplementów zdrowotnych jelit. Nowe podejście, szczegółowo opisane w czasopiśmie PLOS Biology, wykorzystuje istniejącą wiedzę na temat metabolizmu bakterii do modelowania interakcji różnych szczepów z unikalnym mikrobiomem jelitowym człowieka.
Problem z probiotykami
Obecny rynek probiotyków opiera się na podejściu uniwersalnym. Reklamowane tabletki, jogurty, a nawet napoje gazowane obiecują poprawę zdrowia jelit, ale produkty te często nie zapewniają spójnych rezultatów. Wynika to z faktu, że każda osoba ma inny mikrobiom jelitowy; to, co działa dla jednego, może nie działać dla innego. Modelowanie rozwiązuje ten problem poprzez przewidywanie, czy szczep bakteryjny zadomowi się w konkretnym ludzkim jelicie i jak będzie się zachowywał po zadomowieniu się.
Jak działają symulacje
Modele te, zwane modelami metabolicznymi społeczności drobnoustrojów, symulują wzrost bakterii w oparciu o istniejącą wiedzę na temat sposobu, w jaki bakterie jelitowe konsumują i przetwarzają składniki odżywcze. Naukowcy wstawiają symulowany szczep bakteryjny do cyfrowej reprezentacji mikrobiomu jelitowego danej osoby, aby określić, czy może on przetrwać i jakie będzie to miało skutki. „Sądziliśmy, że ten model może potencjalnie pozwolić nam zidentyfikować indywidualne reakcje, a nawet opracować spersonalizowane interwencje” – wyjaśnia Sean Gibbons, badacz mikrobiomu w Instytucie Biologii Systemów.
Walidacja dokładności modelu
Modele przetestowano na danych z dwóch badań klinicznych: jednego z użyciem synbiotyków (probiotyki i błonnik prebiotyczny) u pacjentów z cukrzycą typu 2 i drugiego, w którym zastosowano żywy lek bioterapeutyczny w leczeniu nawracających infekcji Clostridioides difficile. W obu przypadkach model dokładnie przewidział, które bakterie kolonizują jelita, z dokładnością 75–80%, w tym przewidywał zwiększoną produkcję korzystnych krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych.
W badaniu potwierdzono także dokładność modeli w oparciu o rzeczywiste zmiany w diecie. Nawet gdy ludzie przeszli na dietę bogatą w błonnik, model dokładnie przewidywał reakcję ich jelit. Sugeruje to, że modelowanie może wykraczać poza skutki krótkoterminowe i przewidywać długoterminowe zmiany w mikrobiomie.
Co to oznacza dla przyszłości
Implikacje są znaczące: Lekarze wkrótce będą mogli „przetestować” interwencje probiotyczne na cyfrowych modelach jelit pacjenta przed przepisaniem ich. Naukowcy przewidują przyszłość, w której spersonalizowane terapie mikrobiomowe będą opracowywane przy użyciu tych modeli, zamiast polegać na produktach generycznych dostępnych na półce sklepowej.
„Jeśli możemy wziąć model jednej osoby i zasymulować tysiące interwencji w ciągu kilku minut lub godzin, nagle mamy do czynienia z czymś w rodzaju cyfrowego bliźniaka, który może zacząć zbliżać się do indywidualnych reakcji ludzi” – mówi Gibbons. Jego zespół planuje obecnie badanie kliniczne mające na celu porównanie skuteczności spersonalizowanych interwencji ze standardowymi terapiami probiotycznymi.
Badanie utwierdza pogląd, że to, jakie bakterie są najlepsze dla zdrowia jelit, zależy od danej osoby i jej środowiska. „Wiele z tych bakterii jest pożytecznych tylko w określonych sytuacjach” – mówi Nick Quinn-Bomann, badacz mikrobiomu. „Nie ma sensu mieć zestawu uniwersalnych probiotyków”.
Symulacje te stanowią znaczący krok w kierunku prawdziwie spersonalizowanych rozwiązań w zakresie zdrowia jelit, wykraczający poza obecne podejście prób i błędów.
