Ještě před pár desetiletími, kdy se mohly různé mikroorganismy pěstovat jen na speciálních živných půdách, znala medicína jen zlomek mikrobiálních organismů, které žijí na nás a v nás a přednostně se zaměřovala na patogenní organismy.

Díky novým molekulárně genetickým metodám lze získávat fragmenty nukleových kyselin (DNA a RNA), které odráží složené celého mikrobiálního ekosystému daného vzorku. Tyto metody umožnily odhalit obrovské množství mikrobiálních organismů v lidském těle, ale i prostředí.

Souhrn veškeré mikrobiální DNA ze vzorku se označuje jako mikrobiom. Někdy je tento termín používán jen pro genetickou informaci bakterií, které jsou z mikroorganismů nejpočetnější a nejčastěji studované.

Mikroflóra má vliv i na nemoci

Předpokládá se, že na jednu lidskou buňku připadá 10 buněk různých mikroorganismů. Nejbohatší lidská mikrobiální společenstva jsou v tlustém střevě. Symbiotické mikroorganismy se významně podílí na fungování imunitního systému a ovlivňují například i naši náladu.

Specifické složení střevních mikrobiálních komunit je také spojeno s některými poruchami, typicky například s různými zánětlivými nemocemi střev. Jedním z očividných aspektů střevního mikrobiomu je i vliv jeho složení na trávení potravy a metabolismus. Různá mikrobiální společenstva se podílí na vzniku a rozvoji obezity a souvisejících metabolických poruch nebo poskytují proti obezitě ochranu.

Změny mikrobiomu v různých podmínkách můžeme pozorovat u lidí, ale laboratorní studie na pokusných zvířatech umožňují výrazně omezit vliv náhodných faktorů. Vědci si mohou například vybrat stejně stará a stejně zdravá zvířata a držet je v podmínkách, kde jedinou proměnnou, která bude ovlivňovat složení mikrobiomu, bude například typ stravy.

Výsledky takové studie jsou pak mnohem přesnější než u lidí, kdy je ve hře mnohem více proměnlivých faktorů. Problém je, že výsledky jsou přesnější pro studovaný modelový organismus a interpretace pro lidský mikrobiom nemusí být jednoznačná. 

Zvířecí model pro studium mikroflóry

Nejčastěji se na experimentování používají myši a v menší míře potkani. V současnosti ale probíhá diskuze o tom, na kolik je vhodné používat hlodavce jako model pro lidský mikrobiom. Jako jedna z alternativ byla navržena prasata. Prasata mají trávicí soustavu podobnou lidské, a proto se zdají být vhodnými kandidáty, i když je jejich laboratorní chov těžší než u hlodavců.

Autoři nové studie se nyní pokusili ověřit nový modelový druh. Tímto druhem je pes. Psi byli domestikováni podle některých odhadů již před 30 tisíci lety v Evropě a od té doby sdílí s lidmi potravní zdroje. Proto se předpokládá, že by mohli mít i mikrobiom podobný lidskému.

Z těchto tří modelových zvířat jsou lidem nejpříbuznější myši. Prasata a psi jsou lidem příbuzní zhruba stejně. Vliv sdílených potravních zdrojů by měl však hrát v evolučním formování mikrobiomu větší roli než příbuznost.

Psí mikrobiom

Vědci analyzovali bakteriální DNA ze stolice 32 labradorských retrívrů a 32 bíglů. Z těchto vzorků sestavili katalog zhruba jednoho a čtvrt milionu neopakujících se unikátních bakteriálních genů. Tento katalog vědci srovnávali s podobnými genovými katalogy vytvořených z dat starších studií, které použily velmi podobné molekulárně biologické a výpočetní postupy.

Ukázalo se, že katalog psích bakteriálních genů se překrývá s lidským z 26 procent. Myší mikrobiom se s lidským kryje jen ze 4,9 procenta a prasečí z jedenácti procent.

V dalším průběhu studie doplnili vědci ke všem genům jejich známé funkční charakteristiky z dříve publikovaných studií. Jde například o typ informace o tom, který gen je nezbytný pro vznik konkrétních enzymů. I ve funkčních vlastnostech byl psí mikrobiom nejpodobnější lidskému.

Ze srovnání tedy vychází, že psí mikrobiom je tomu lidskému mnohem podobnější, než mikrobiom ostatních běžně používaných laboratorních zvířat.

Vědci si ale ještě potřebovali ověřit, že tento výsledek není čistě důsledkem života ve sdíleném prostředí a přenosu lidských bakterií na psy. Z toho důvodu provedli další analýzu, kdy použily mapy známých jednobodových mutací.

Tyto mutace se liší jedním písmenem genetického kódu na konkrétní pozici. Seznamy těchto mutací byly v nedávné minulosti vytvořeny pro nejčastější lidské bakterie. Vědci je nyní srovnali s genetickou informací stejných druhů bakterií u psů.

Bakteriální druhy se rozlišují na nižší úrovně zvané kmeny a kmeny stejných druhů bakterií v lidských a psích střevech se v analýze lišily. Podobné mikrobiomy lidí a psů jsou tedy tvořeny různými kmeny bakterií.

Pokus s dietou

Když už vědci měli katalog unikátních psích genů, tak se rovnou rozhodli zopakovat i jednoduchou studii, která byla v různých obměnách prováděna u lidí i různých laboratorních zvířat. Oněch 64 dříve zmiňovaných psů bylo nejdříve čtyři týdny krmeno stejnými základními granulemi. Na konci této periody byl odebrán první vzorek stolic.

Potom byli psi náhodně rozděleni do dvou skupin bez ohledu na rasu a hubenost nebo tloušťku. Jedna skupina dostávala granule s vyšším obsahem živočišných proteinů a menším obsahem sacharidů. Druhá skupina měla granule s menším množstvím proteinů a vyšším obsahem sacharidů.

Po dalších čtyřech týdnech jim byl odebrán další vzorek stolice. Psi byli krmeni tak, aby se jim v průběhu experimentu neměnila hmotnost, takže se bohužel nedovíme, která dieta vede u psů ke zhubnutí. Dozvěděli jsme se však, jak se změnilo složení mikroflóry.

Změnilo se stejným způsobem, jaký byl pozorován při podobné změně stravy u lidí. U psů s dietou s vyšším obsahem proteinů se zvýšily početnosti bakterie Bacteroides a u psů s dietou s více uhlovodíky se zvýšil výskyt bakterií rodu Prevotella. Rod Bacteroides má je početnější u lidí, kteří jí normální stravu a Prevotella je u lidí, v jejichž dietě je více zastoupeno ovoce a zelenina.

Z pozorování vyšlo mimo jiné to, že nejvýrazněji se složení mikrobiomu změnilo obézním psům ve skupině s proteinovou dietou. Také lidské studie ukázaly, že obézní lidé mají chudší mikrobiotu a chudší mikrobiální společenstva se snáze mění.

Co z toho všeho plyne

Vysoká taxonomická i funkční podobnost lidského a psího genomu znamená, že výsledky lidských studií lze do určité míry aplikovat na psy a naopak. Pomůže to jak lidské tak i veterinární medicíně. Manipulace mikrobiomu je jeden z perspektivních způsobů pro regulaci současné epidemie obezity a civilizačních chorob. Obezita ale netrápí jen lidi. Odhaduje se, že vyšší než optimální váhu má v současnosti více než polovina psů v západních zemích.