SZ nr 77–84/2019z 10 października 2019 r.
Polski sposób na HELICOBACTER
Halina Pilonis
Badania nad Helicobacter pylori przynoszą wciąż zaskakujące odkrycia, ale i rodzą kolejne pytania. O pracach badawczych prowadzonych w Łodzi nad tą wyjątkowo przebiegłą bakterią, która potrafi nie tylko ukrywać się przed mechanizmami odporności, ale nawet nimi manipulować – opowiada dr Karolina Rudnicka – mikrobiolog z Pracowni Gastroimmunologii Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego, kierowanej przez prof. dr hab. Magdalenę Mikołajczyk-Chmielę.
Halina Pilonis: Czy od czasu, kiedy Marshall i Warren odkryli H. pylori w ludzkiej błonie śluzowej żołądka nasza wiedza o tej bakterii znacząco się poszerzyła? Czy warto więc nadal prowadzić nad nią badania?
Karolina Rudnicka: Badania profesorów B. Marshalla i R. Warrena były bardzo odważne, a uzyskane wyniki przełomowe. Dlatego droga, jaką przebyli od uzyskania wyników do ich publikacji oraz zaakceptowania tych odkryć przez lekarzy i innych badaczy, była długa i wyboista. Po pierwsze B. Marshall i R. Warren w bioptatach błony śluzowej żołądka pobranych od pacjenta z objawami choroby wrzodowej zaobserwowali Gram-ujemne spiralnie skręcone pałeczki. Następnie badacze postanowili wyhodować drobnoustrój z próbek błony śluzowej żołądka, a potem zdefiniować cechy morfologiczne i metaboliczne drobnoustroju. Zwykle standardowa procedura izolacji drobnoustrojów z próbek klinicznych przewiduje inkubację 24–48-godzinną. Uczeni więc po upływie tego czasu analizowali wzrost na podłożach mikrobiologicznych i nie stwierdzili obecności drobnoustrojów. Nagroda Nobla przeszłaby im koło nosa, gdyby nie przerwa świąteczna. Właśnie z tego powodu pozostawili posiewy nie na jeden, a na pięć dni i po tym czasie ze zdziwieniem zaobserwowali wzrost Helicobacter pylori (H. pylori ). Okazało się, że H. pylori to niestandardowy drobnoustrój, który wymaga określonych warunków inkubacji oraz, w porównaniu do innych drobnoustrojów, dużo więcej czasu na utworzenie kolonii na podłożach mikrobiologicznych. Tutaj historia kontrowersyjnych badań laureatów Nagrody Nobla się nie kończy. Otóż Marshall, chcąc spełnić tzw. postulaty Kocha, przygotował zawiesinę drobnoustrojów, a następnie… wypił ją. Po kilku tygodniach w badaniu gastroskopowym stwierdzono u niego nadżerki i zapalenie błony śluzowej żołądka. Miał szczęście – szczep H. pylori , którego zawiesinę wypił, okazał się wrażliwy na antybiotyki, dzięki czemu wyeliminowano zakażenie. Dziś takie badania nie byłyby możliwe do przeprowadzenia bez rozwoju techniki endoskopowej, a i w latach 80. zostały uznane za kontrowersyjne. Tak wyglądały początki badań nad pałeczką H. pylori . Kolejne dekady badań nad tym drobnoustrojem przyniosły odpowiedzi na wiele stawianych pytań, ale jednocześnie pojawiły się kolejne.
H.P.: Jak bakteria zapewnia sobie przetrwanie w kwaśnym środowisku żołądka?
K.R.: Odkrycie B. Marshalla i R. Warrena otworzyło nowy rozdział w gastroenterologii. Dotychczas uważano, że środowisko żołądka człowieka jest tak niekorzystne dla drobnoustrojów, że żaden „mikrob” nie przetrwa, a tym bardziej nie skolonizuje tej niszy w naszym organizmie. H. pylori wykształcił wiele mechanizmów pozwalających na przetrwanie w błonie śluzowej żołądka, m.in. spiralny kształt oraz rzęski odporne na kwaśne pH soku żołądkowego, pozwalające bakterii na swobodne przemieszczanie się w gęstym śluzie pokrywającym komórki nabłonkowe żołądka. Co więcej, ureaza H. pylori – enzym hydrolizujący mocznik do dwutlenku węgla i amoniaku, alkalizuje otoczenie drobnoustroju, powodując lokalne podwyższenie pH, co umożliwia namnażanie się H. pylori i kolonizację błony śluzowej żołądka przez ten drobnoustrój. H. pylori to drobnoustrój, który towarzyszy ludzkości od przeszło 50 000 lat, co wykazano w badaniach genetycznych. Przez ten czas nauczył się sprytnie „unikać” mechanizmów odporności, a nawet nimi manipulować w taki sposób, że staje się niewidoczny dla komórek immunokompetentnych człowieka.
H.P.: Jak zareaguje układ odpornościowy w odpowiedzi na zakażenie H. pylori ?
K.R.: W pierwszym etapie kolonizacji H. pylori wiąże się z receptorami komórek nabłonka żołądkowego oraz do mucyn obecnych w błonie śluzowej żołądka. Po tym etapie antygeny H. pylori , tj. lipopolisacharyd, toksyna wakuolizująca VacA, białko CagA i inne komponenty w kontakcie z komórkami nabłonkowymi oraz immunokompetentnymi gospodarza wywołują ostrą reakcję zapalną, której towarzyszy gromadzenie się granulocytów, monocytów, limfocytów, w tym komórek NK (ang. natural killer – naturalni zabójcy). Okazuje się, że ta pierwsza linia obrony organizmu jest nieskuteczna w walce z zakażeniem, które przybiera formę przewlekłą. Na tym etapie dochodzi do gromadzenia i pobudzenia limfocytów T i B oraz wytwarzania przeciwciał swoiście skierowanych przeciwko pałeczkom H. pylori . I tym razem odpowiedź humoralna, której elementem są przeciwciała, jest nieskuteczna. Jednak obecność przeciwciał skierowanych przeciwko H. pylori jest ważnym wskaźnikiem diagnostycznym. Na podstawie ich obecności w surowicy krwi można wnioskować o aktualnym lub przebytym zakażeniu. Badania prowadzone w Pracowni Gastroimmunologii przez zespół pod kierunkiem prof. dr hab. Magdaleny Mikołajczyk-Chmieli we współpracy z klinicystami wskazują, że przeciwciała skierowane przeciwko H. pylori mogą wiązać się krzyżowo ze strukturami i białkami obecnymi w naszych tkankach i wywoływać szkodliwe reakcje o charakterze autoimmunologicznym. Wykazano również, że H. pylori potrafi także manipulować mechanizmami odpornościowymi, osłabiając zdolność pochłaniania i niszczenia bakterii przez komórki żerne, jakimi są makrofagi i ich zdolność do prezentacji antygenów bakteryjnych limfocytom, oraz obniżając właściwości cytotoksyczne komórek NK i NKT.
H.P.: Dziś przypisuje się jej coraz więcej win, nie tylko wrzody i rak żołądka?
K.R.: Helicobacter pylori w 1994 roku została uznana przez Światową Organizację Zdrowia za czynnik kancerogenny klasy I zwiększający ryzyko rozwoju raka żołądka oraz chłoniaka tkanki limfatycznej typu MALT. Za właściwości kancerogenne odpowiadają główne czynniki patogenności tego drobnoustroju, w tym białko CagA, które jest „wstrzykiwane” do komórek nabłonkowych i wywołuje zmiany o charakterze nowotworowym. Dodatkowo przewlekły charakter takich zakażeń sprawia, że komórki gospodarza przez długi czas są narażone na oddziaływanie czynników bakteryjnych i wzbudzanych przez nie komórek odpornościowych. Należy pamiętać, że u około 1–2% osób zakażonych H. pylori dochodzi do rozwoju raka żołądka spowodowanego zakażeniem. Natomiast ok. 10–15% osób z zakażeniem H. pylori cierpi na przewlekłe zapalenie i/lub wrzody żołądka. U pozostałych 80–85% osób zakażonych H. pylori nie występują żadne objawy związane z zakażeniem, choć nie wiadomo czy w takiej formie jest ono obojętne. Co determinuje przebieg i konsekwencje zakażenia – nadal pozostaje w sferze intensywnych badań. Wiemy już, że czynniki predysponujące leżą zarówno po stronie gospodarza (podatność genetyczna np. polimorfizm IL-1B-511), jak i zjadliwości szczepu H. pylori (zakażenie szczepem vacAs1). Zakażenie H. pylori , mimo że zlokalizowane w błonie śluzowej żołądka, wywołuje nie tylko miejscową reakcję zapalną, ale wywiera także efekty ogólnoustrojowe. Najlepszym tego dowodem jest udowodniony związek między występowaniem zakażenia H. pylori a zwiększonym ryzykiem wystąpienia anemii z braku żelaza o nieokreślonej etiologii. Podobnie przewlekła reakcja zapalna wywołana zakażeniem może nasilać przebieg innych chorób o podłożu immunologicznym, takich jak choroba niedokrwienna serca, na co wskazują wyniki badań prowadzonych w Pracowni Gastroimmunologii we współpracy z klinicystami. Obecnie w niektórych krajach rozpatruje się wprowadzenie eradykacji H. pylori u osób z ryzykiem rozwoju choroby niedokrwiennej serca lub wskaźnikami świadczącymi o postępującej miażdżycy, po potwierdzeniu zakażenia.
H.P.: Czy całkowita eradykacja jest w ogóle możliwa i czy na pewno korzystna?
K.R.: Zgodnie z najnowszymi ustaleniami konferencji Maastricht IV (Florencja, 2012 r.), w krajach, w których częstość zakażeń przekracza 20% powinno się wdrażać działania diagnozuj i lecz, co oznacza, że w Polsce po zdiagnozowaniu zakażenia należy wprowadzić jeden z obowiązujących schematów antybiotykoterapii. O ile szczep jest wrażliwy na zastosowane antybiotyki, dojdzie do jego eliminacji i pozbędziemy się H. pylori . Problem w tym, że skuteczność takiej eradykacji po przebytej antybiotykoterapii nie jest rutynowo sprawdzana. Reinfekcje, czyli nawrót zakażenia występują dość często, szczególnie jeśli przebywamy na co dzień z osobą zakażoną bezobjawowo lub jeśli szczep H. pylori , którym byliśmy zakażeni, był oporny na zastosowane antybiotyki. Nie wszyscy jednak badacze popierają leczenie zakażeń, które nie powodują objawów. Stoją na stanowisku, że tylko tzw. zakażenia objawowe powinny być leczone.
H.P.: Jak wygląda oporność tej bakterii na antybiotyki w Polsce i na świecie?
K.R.: Najwięcej danych w zakresie antybiotykooporności H. pylori dotyczy klarytromycyny. W Japonii odnotowano wzrost oporności z 1,8% w 1996 r., do 27,1% w 2008 r.
Dane dotyczące spadku wrażliwości H. pylori na metronidazol także są niepokojące. Problem ten narasta w wielu krajach. Średni odsetek szczepów niewrażliwych na metronidazol w Europie przekracza 30%. Problem oporności na antybiotyki szczepów H. pylori dotyczy również Polski. Szczególnie wysoki odsetek szczepów wykazuje oporność na klarytromycynę (24%), a także na metronidazol (42%). Dodatkowo jednoczesna oporność na oba antybiotyki występuje u 26% szczepów. Narastanie oporności jest szczególnie widoczne na przestrzeni lat. Oporność na tetracyklinę, klarytromycynę oraz metronidazol w latach 1998/1999 wynosiła odpowiednio 0%, 9% oraz 36%, a w latach 2013/2014 odpowiednio – 14%, 31% oraz 83%.
H.P.: Skąd pomysł na wspieranie walki z H. pylori ziołami?
K.R.: Problem narastającej antybiotykooporności H. pylori jest zjawiskiem o zasięgu światowym. Jest to związane z coraz powszechniejszym nadużywaniem antybiotyków, zwłaszcza tych o szerokim spektrum działania. Wykazano, że w latach 2000–2010 spożycie antybiotyków wzrosło na świecie o ponad 30%. Szczególnie często stosowane są makrolidy, których zużycie wzrosło w ostatnim dziesięcioleciu o 20%. Z tego powodu, aby poprawić skuteczność schematów eradykacyjnych w leczeniu zakażenia H. pylori , potrzebne jest wdrożenie działań mających na celu racjonalizację antybiotykoterapii na świecie oraz wspieranie terapii pre-, probiotykami oraz naturalnymi substancjami, które łagodzą objawy towarzyszące zakażeniu. Należy jasno podkreślić, że racjonalna antybiotykoterapia jest niezbędna do kontroli tych i innych zakażeń, jednak nadużywanie leków przeciwdrobnoustrojowych generuje oporność drobnoustrojów na znane nam antybiotyki, co może w przyszłości ograniczyć ich skuteczność. Zastosowanie naturalnych substancji o udowodnionym działaniu wspierającym terapię zakażeń
H. pylori oraz łagodzenie negatywnych skutków takich zakażeń umożliwia uzupełnienie stosowanych schematów leczenia, a nie ich zastąpienie.
H.P.: Projekt, o którym rozmawiamy, jest chyba doskonałym przykładem współpracy nauki z biznesem. Proszę opowiedzieć o nim?
K.R.: Zdecydowanie. Współpraca z Ośrodkiem Badawczo-Produkcyjnym Politechniki Łódzkiej ICHEM opierała się na wzajemnym zrozumieniu: potrzeb naukowych i przemysłowych. Wielu spośród pracowników i członków zarządu firmy wywodzi się z Politechniki Łódzkiej, a badania naukowe i środowisko akademickie nie było im obce. Nasz zespół miał już też pewne doświadczenie we współpracy przy projektach wdrożeniowych. Chyba ziarno w postaci wspólnie podjętego wyzwania padło na właściwy grunt.
Inspiracją do poszukiwania naturalnych immunomodulatorów pobudzających aktywność komórek odpornościowych do eliminacji zakażenia H. pylori były wyniki badań prowadzonych w naszej Pracowni. W toku wieloletnich badań wykazaliśmy, że komponenty H. pylori hamują aktywność komórek odporności wrodzonej – w szczególności monocytów oraz limfocytów NK, a osłabienie ich aktywności może ograniczać możliwości organizmu do eliminacji zakażenia. Przedstawiciele Ośrodka Badawczo-Produkcyjnego Politechniki Łódzkiej ICHEM poszukiwali partnera mającego wieloletnie doświadczenie w badaniach nad H. pylori . Skierowali się do Pracowni Gastroimmunologii na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UŁ z pomysłem zbadania naturalnych ekstraktów roślinnych i ich potencjału przeciwdrobnoustrojowego względem pałeczek H. pylori i otrzymali propozycję kompleksowych badań zaprojektowanych przez nasz zespół. W ten sposób rozpoczęła się współpraca, która zaowocowała trzema projektami badawczymi, wspólnymi zgłoszeniami patentowymi oraz opracowaniem produktu przeznaczonego do łagodzenia objawów i negatywnych efektów towarzyszących zakażeniu H. pylori .
Badania te pozwoliły na oznaczenie aktywności bakteriobójczej, immunostymulującej, przeciwadhezyjnej i pronaprawczej szeregu ekstraktów roślinnych i selekcję tych najbardziej efektywnych oraz zaproponowania ich kompozycji. Wzięliśmy pod uwagę nie tylko działanie przeciwdrobnoustrojowe badanych ekstraktów, ale także wspomaganie procesów naprawczych, w odpowiedzi na uszkodzenie komórek, co ma istotne znaczenie w zakażeniach H. pylori , które skutkują uszkodzeniem nabłonka żołądka.
H.P.: Będziecie dalej badać H. pylori ? Czego chcecie się dowiedzieć?
K.R.: Pomimo wielu lat badań przed naszym zespołem stoją wciąż nowe wyzwania. Będziemy dalej zgłębiać patogenezę zakażeń H. pylori , w celu znalezienia dobrych wyznaczników odpornościowych i molekularnych takich zakażeń, co może być kluczowe dla procesu diagnozowania i ich leczenia, ale także wczesnego przewidywania ich skutków. Będziemy dążyć do wyjaśnienia roli tych zakażeń w rozwoju ogólnoustrojowej reakcji zapalnej, która może predysponować lub nasilać objawy już rozwijającej się choroby niedokrwiennej serca. Angażujemy się w badania nad naturalnymi związkami, które wspomagają aktywność komórek odpornościowych w walce z czynnikami zakaźnymi, w tym H. pylori . Jest to nowa idea tzw. treningu odpornościowego. W ramach projektu SONATA 12 (2016/23/D/NZ6/02553) staramy się poznać mechanizmy i konsekwencje interakcji komórek NKT ze strukturami powierzchniowymi H. pylori oraz ich wpływ na skuteczność komórek odpornościowych. Potencjał zespołu, a także udział uzdolnionych studentów kierunku mikrobiologia i biotechnologia medyczna Wydziału BiOŚ UŁ, jak również współpraca z klinicystami, a także krajowymi i zagranicznymi ośrodkami badawczymi przybliża nas do „zrozumienia” bakterii H. pylori i poznania nowych możliwości leczenia takich zakażeń.
Projekt „Opracowanie suplementu diety wspomagającego leczenie objawowych zakażeń bakterią Helicobacter pylori” współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Poddziałania 2.3.2 „Bony na innowacje dla MŚP”, (Działania 2.3 Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014–2020) był realizowany pod kierownictwem dr Karoliny Rudnickiej przez zespół w składzie: dr hab. Agnieszka Krupa, dr Agnieszka Matusiak, dr Adrian Gajewski, dr Eliza Mnich, dr Maria Walencka i mgr Weronika Gonciarz, a także prof. dr hab. Magdalena Mikołajczyk-Chmiela jako konsultant.