Kolm kilo baktereid inimese kehas ei ole lihtsalt ruumitäide

Geeniteaduses ei saa enam rääkida inimese genoomist üksi. Selle ühe genoomi kõrval on inimesel veel tuhandeid teisi genoome – jutt käib erakordsest hulgast mikroorganismidest tema sees.

Inimene on superorganism. See tähendab, et inimeses elab miljoneid mikroorganisme, kes tegutsevad süsteemselt, moodustades tohutu suure organi – mikrobioomi.Bakterid on eksisteerinud Maal sadu miljoneid aastaid enne inimest ning nüüdki ei ole nad kuhugi kadunud, elades inimesega tihedas sümbioosis.Kuigi me neid ei näe, asuvad nad kõikjal inimese kehas ja keha pinnal. Nende mass ühes inimorganismis ulatub kolme kilogrammini, nad kõik suhtlevad omavahel ning aitavad reguleerida meie tervist ja heaolu.Geeniteadlane Elin Org võib bakteritest haaravalt rääkida tunde ning on väga uhke, et juba teist aastat on geenifoorumil oma, mikrobioomi sessioon.Kui varem uuriti mikroobe eelkõige kui haigustekitajaid ning neid üritati iga hinna eest hävitada, siis viimaste aastate tehnoloogia areng on andnud võimalusi eristada mikroobe nende DNA-alusel. On selgunud, et enamik neist on vajalikud ja kasulikud.Niisiis lisaks meie enda genoomile eksisteerib meis tuhandeid teisi genoome, kes kõik kuidagimoodi meid mõjutavad.Suur osa headest bakteritest elab inimese soolestikus. Elin Org rõhutab, et mida mitmekesisem on nende liigirikkus, seda parem. «Näiteks toodavad mikroorganismid B- ja K-grupi vitamiine, hormoone ja mitmeid olulisi signaalmolekule,» selgitab ta. «Soolestiku mikroobid toodavad inimesele koguni neurotransmittereid ehk virgatsaineid, mille puhul arvati, et neid toodetakse vaid inimese ajus.»Head bakterid aitavad lagundada toitaineid, mille lagundamiseks inimesel endal ensüümid puuduvad. Seda tehes toodavadki nad üliolulisi ja spetsiifilisi signaalmolekule, mida organismi muidu ei tekiks, need aga reguleerivad inimese immuunsüsteemi arengut ja mõjutavad tervist laiemalt.

Baktereid tuleb hästi toita

Kui rääkida lääne ühiskonna inimeste soolestikus elavate bakterite mitmekesisusest, siis seal on see sadu kordi väiksem kui teatud Aafrika populatsioonides, kus toitutakse sellest, mida inimene on söönud tuhandeid aastaid tagasi. Seda, mida pakub loodus.

Miks see nii on?

Elin Org vastab, et inimese mikrobioom muutub kogu eluea vältel ja on mõjutatud väga paljudest faktoritest, millest peamine on toit.

Selles, kui mitmekesine on soolestiku mikrobioom, saab inimene palju ära teha, kui ta mõistab baktereile süüa anda.

Kuna enamik bakteritest asub inimese jämesooles, on näiteks kiudainerikas toit oluline sellepärast, et see jõuab jämesoolde pärale. Süües lihtsuhkruid või ainult rasvu, jätab inimene oma head bakterid nälga.

Personaalne toit ja ravimid

Neid aineid, mis baktereid toidavad, nimetatakse prebiootikumideks. Väga tugevad prebiootikumid on kiudainerikkad toidud, komplekssed taimsed ühendid, mida inimene ise ära ei seedi ja mis jõuavad soolestikku – teraviljad, pähklid, artišokid.

Palju räägitakse ka probiootikumidest, aga probiootikumid on elus bakterikultuurid, mida inimestel süüa soovitatakse ning siinkohal tuleb kindlasti meelde professor Marika Mikelsaare avastatud Helluse bakter ja sellega rikastatud piimatooted.

Iga inimese mikrobioom on unikaalne. «Seepärast me ei saagi jagada samasuguseid soovitusi kõikidele inimestele,» kõneleb Elin Org. «Kui kaks inimest söövad mõlemad ära ühe banaani, võib selle mõju olla sõltuvalt ühe või teise inimese mikroobikooslusest erinev. Sellepärast hakatakse tulevikus kindlasti rääkima personaalsest toidust, kuna meie soolestiku mikroobikooslus mõjutab toitainete omastamist.»

On aga näidatud ka seda, et sarnase geneetilise koodiga inimestel, näiteks kaksikutel, on mikroobikooslused sarnased ning ka koos elavatel inimestel on sarnasem mikrobioom, kuna nende toidulaud ja elukeskkond on sarnane.Edaspidi tahab Elin Org oma teadlasetöös keskenduda sellele, kuidas inimese genoom ja bakterite genoom koos tegutsevad. Tema sõnul on maailmas sellel teemal uurimistöid juba ilmunud.On uuritud, kas teatud bakteriliigid võiksid olla kuidagi mõjutatud inimese DNAst ehk kas bakteriliigid võivad olla päritavad või kuidas haigused inimese mikrobioomi muudavad ning kuidas bakterid ravimite võtmist mõjutavad.Kui seni on personaalsest meditsiinist rääkides vaadeldud ainult inimese enda genoomi ja otsitud sealt geenivariante, mis võivad ravimi võtmisel rolli mängida, siis selle kõrval pööravad teadlased üha rohkem tähelepanu inimese soolestiku mikroobikooslusele.Juba on teada terve hulk ravimeid, mille toimemehhanismis mängib mikrobioom rolli.

Üks väga huvitav teema on fekaaltransplantatsioon ehk ühe inimese väljaheite üleviimine teisele.

Kui mõni ravim ei avalda oodatud mõju või tekitab seedehäireid, võibki põhjus olla selles, et inimese sooltes elab mikroobikooslusi, kes näiteks ei luba ravimit ainevahetusse või mõjutavad mõnel muul viisil ravimite toimet.Kui aga teada, kes seal soolestikus täpselt elavad ning mis on nende bakteriliikide kompleksne toime, siis selles on võimalik alati midagi ette võtta ja inimest aidata.

Soolestik ja aju

Elin Org märgib, et soolestiku bakterid ei ole kaugeltki seotud ainult selliste seedehaigustega nagu näiteks haavandiline koliit või rasvumine.

Kui üllatav see ka ei tundu, mõjutavad bakterid isegi neurodegeneratiivsete haiguste, nagu Alzheimeri ja Parkinsoni tõve teket. Org osutab ühe California professori uurimisrühma paar kuud tagasi avaldatud tööle, kus on otsitud Parkinsoni tõve seost mikrobioomiga ning see seos ka leitud. Sama uurimisrühm on varem leidnud seoseid soolestiku mikroobide ja autismi vahel. Soolestiku ja aju omavaheline seotus mikroorganismide tegevuse kaudu on praegu väga põnev ja aktuaalne uurimisvaldkond.

Elin Org toob huvitavaid näiteid, kuidas bakterite mõju hindamiseks on loodud täiesti bakterivabad hiired, keda hoitakse steriilsetes tingimustes, kuna tavalises keskkonnas nad hukkuksid.

Aga just selliste hiiremudelite abil on leitud seoseid bakterite tegevuse ja haiguste, sealhulgas Parkinsoni tõve vahel.

Kuna hiired on koprofaagid ehk väljaheidete sööjad, anti bakterivabale hiirele selle inimese väljaheidet, kes põdes Parkinsoni tõbe, ja vaadati, mis juhtub. Need hiired said Parkinsoni haiguse.

Rasvumise puhul on täheldatud sedasama.

On uuritud erimunarakukaksikuid, kellest üks on rasvunud ja teine ei ole. Hiir, kes sõi paksu kaksiku väljaheidet, muutus peagi paksuks, teine hiir jäi kõhnaks.

Siis pandi need hiired kokku elama, nii et nad said süüa teineteise väljaheidet ja bakterikooslusi vahetada. Siis selgus, et kui paks hiir, kes elas koos kõhnaga, sai süüa normaalset toitu, mitte ülirasvast ega ülearu magusat, muutus ta uuesti kõhnaks.

Veelkordne tõestus, et oluline ei ole mitte ainult see, mida me ise sööme, vaid see, kuidas me toidame oma baktereid.

Vastuolulised ravimid

Äärmiselt suur roll mikroorganismide elus on antibiootikumidel, mida on viimase 50 aasta jooksul kasutatud palju rohkem, kui pidanuks.

Peamiselt on tegu laia spektri toimega ravimitega, mis tapavad ära ka enamiku soolestiku mikroobidest. Uuringud on näidanud, kuidas pärast üht antibiootikumikuuri võib minna aega terve aasta, enne kui soolestiku normaalne mikrobioomi kooslus taastub.

Eriti ohtlik on antibiootikumide kasutamine varases lapseeas, mil lapse immuunsüsteem alles areneb, kuna plats tehakse siis puhtaks ka neist organismidest, kes lapse immuunsüsteemil areneda aitaksid. Ja kui neid mikroorganisme seal ei ole, võivad tekkida väga rasked haigused.

Kaka siirdamine

Üks väga huvitav teema on Elin Orgi sõnul fekaaltransplantatsioon ehk ühe inimese väljaheite üleviimine teisele. Ning ta toob näite ühest Clostridium’i perekonda kuuluvast antibiootikumiresistentsest bakterist, kes võib hakata vohama siis, kui antibiootikumidega on ära tapetud kogu soolestiku mikrobioom.

Tulemuseks on kõhulahtisus, millele seni head ravimit pole leitud. Ainus, mis on näidanud häid tulemusi, on fekaaltransplantatsioon.

Sama efekt toimib ka mitmete teiste haiguste puhul. Niisiis on bakterikooslust muutes inimesel võimalik muuta oma tervist.

Inimese gluteenitalumatus võib olla samuti seotud mitte ainult inimese genoomi eripäraga, vaid hoopis sellega, et tema soolestikus puuduvad need bakterid, kes lõhuvad gluteeni. Aga kui mõelda, et bakterite kooslust saab ju muuta, see tähendab inimest bakteritega ravida, siis saab see inimene tulevikus süüa kõiki teraviljatooteid.

Kui inimese genoomi on põhjalikult uuritud viimased 17 aastat, siis inimese soolestikus toimuva kohta on pilt veel ebaselge. Teatakse küll, et seal elab üle tuhande bakteriliigi ning et inimese igas kehaosas paiknevad erinevad kooslused. Mida aga bakterid täpselt toodavad või kuidas need molekulid, millest enamikku ei ole veel kindlaks määratudki, omavahel suhtlevad – selle kohta on infot vähe.

Elin Org ei alahinda inimese enda genoomi tähtsust, aga ta rõhutab, et kõik on omavahel seotud. Kui inimesel on umbes 20 000 geeni, siis meie organismi kõikidel bakteritel on hinnanguliselt 500 korda rohkem geene ning need mõjutavad paratamatult meid ja meie tervist.

Üks tänavuse geenifoorumi mikrobioomi sessiooni esinejatest on ka Tartu ülikooli kliinikumi lastekliiniku professor Vallo Tillmann, kes on oma uurimisrühmaga vaadelnud, kuidas mikroobid mõjutavad lapseeas esimest tüüpi diabeedi arengut.

«See töö ilmus paar aastat tagasi ning see veel jätkub,» kirjeldab Org. «Valimisse on haaratud nii Eesti, Soome kui ka Venemaa Karjala lapsed sünnist saati ning uuriti, kuidas nende soolestiku mikroobid võiksid mõjutada esimest tüüpi diabeedi teket.»

Karjala terved lapsed

Esimest tüüpi diabeet on autoimmuunne haigus, mille täpset tekkemehhanismi veel ei teata, kuid üsna tõenäoliselt on mikroobid selles osalised.

Lapsed peavad juba varases eas kokku puutuma võimalikult paljude mikroobidega, et oma immuunsüsteemi õpetada nii, et see hilisemas eas ära tunneks, mis on oma ja mis võõras.Päris esimesed mikroobid saab laps emalt. Seepärast on ka väga tähtis, millises keskkonnas ema raseduse ajal elab ning kuidas toitub. Emast sõltub see, kas laps saab sündides kaasa talle kõige vajalikumad mikroobid.Vallo Tillmanni uurimisrühma tööst selgus see, mida võiski arvata. Need lapsed, kes elasid Karjala Venemaal, kus pered puutuvad puhastusvahenditega vähe kokku, haigestusid võrreldes heaoluühiskonna Soome lastega esimest tüüpi diabeeti väga harva.Eesti kohta võib öelda, et meil on laste esimest tüüpi diabeeti haigestumus järsult tõusmas.

Geenivaramu alustab geenidoonorite soolestiku bakterite uurimist

Kui seni on Tartu ülikooli Eesti geenivaramus vaadeldud inimese enda genoomi ja elustiili, siis nüüd soovivad teadlased täiustada biopanga andmeid ning alustada inimese mikroobikoosluste uuringuid, keskendudes nii suu kui ka soolestiku mikrobioomile.

Sel sügisel võtavad geenivaramu töötajad ühendust 2000 kuni 3000 doonoriga ja kutsuvad neid uusi analüüse andma. Valimi fookuses on metaboolsed haigused, nagu rasvumine, diabeet ja muu.

Ka soovitakse uurida farmakogenoomikat ehk vaadelda inimeste rühmi, kes kasutavad teatud kindlaid ravimeid, ning otsida nende ravimite mõju seoseid inimese soolestiku mikrobioomiga.

Soolestiku bakterite DNA-profiili saab kätte inimese väljaheiteproovist. Seejärel võetakse vereproov ja otsitakse sealt metaboliite ehk neid molekule, mida soolestiku bakterid on vereringesse tootnud. Seejärel vaadeldakse inimese genoomi ja bakterite genoomi ning veres ringlevate molekulide omavahelisi seoseid.

Geeniteadlane Elin Org loodab, et tulevikus saavad geenivaramu teadlased sellesama valimiga läbi viia ka toitumisuuringuid, et vaadelda, kuidas üks või teine toit mõjub soolestiku mikrobioomile.

Teadlane uurib kõhumikroobide põnevat elu

Elin Org / Kristjan Teedema

Eesti geenivaramu genoomika ja mikrobioomika vanemteadur Elin Org ütleb, et lisaks inimese pärilikkusainele või muutustele DNAs tuleb rääkida kindlasti mikrobioomist ehk inimeses elavatest miljonitest mikroorganismidest, kel kõigil on samuti oma genoom, mis omakorda mõjutab inimese tervist.

Elin Org on teinud doktoritöö Tartu ülikoolis professor Andres Metspalu juures. Pärast väitekirja kaitsmist töötas ta uurimisrühmas kõrgvererõhu pärilikku geneetilist komponenti otsides.

Kui ta kuus aastat tagasi läks Californiasse Los Angelese ülikooli järeldoktorit tegema, alustas ta mikrobioomi uuringuid, keskendudes soolestikus esinevate mikroobide rolli uurimisele südame-veresoonkonna- ja ainevahetushaiguste kujunemisel.

Täna ja homme Tartus peetaval rahvusvahelisel geenifoorumil juhib Elin Org mikrobioomi sessiooni.