Разговарао: Ђорђе Петровић
Када размишљамо о људском телу, прво помислимо на људске ћелије, ткива и органе. Али да ли смо заиста тако заокружена и самосвојна бића као што нам се чини? Или још нешто живи у нама – осим нас самих?
Испоставило се да је наше тело дом огромног броја заједница микроорганизама. Све оне заједно чине оно што научници називају микробиомом – невидљиви екосистем који не само да утиче на наше здравље, већ игра важну улогу у правилном функционисању читавог нашег организма.
Један од истраживача који проучавају овај скривени свет је италијански научник др Едоардо Пазоли. Занимљиво је да његов пут ка истраживању микробиома није започео у биологији или медицини. Студирао је инжењерство и докторирао на теми из области машинског учења, а затим се окренуо компјутерској биологији и биоинформатици, где је почео да примењује вештачку интелигенцију у биолошким истраживањима. Данас се првенствено бави разумевањем односа између људског микробиома и здравља.
„Истраживању микробиома привукла ме је могућност да применим машинско учење и рачунарске науке на решавање биолошких питања. То је изузетно интердисциплинарна област која захтева знања из различитих наука – од биологије и медицине до рачунарских наука и инжењерства“, каже др Пазоли.
Он је данас ванредни професор на Универзитету „Федерико II“ у Напуљу. Почетком јуна боравио је у Београду као један од главних предавача на шестој међународној биоинформатичкој конференцији BelBi 2026 (Belgrade Bioinformatics Conference), коју организује Институт за молекуларну генетику и генетичко инжењерство Универзитета у Београду.
Током конференције у београдском хотелу Метропол палас, са др Пазолијем смо разговарали о фасцинантном свету људског микробиома, његовој улози у здрављу и болести, начину на који се развија у најранијем животном добу, као и о томе како вештачка интелигенција мења савремена истраживања микробиома.
Шта је заправо микробиом?
Микробиом је назив који се најчешће користи за заједницу микроорганизама и њихов укупни генетички материјал који живе у нашем телу и на његовој површини. Различити делови нашег тела имају своје специфичне микробне заједнице. Највише је проучаван микробиом црева, али постоје и микробиом усне дупље, коже и вагинални микробиом.
Ове микробне заједнице тесно су повезане са нашим организмом и учествују у бројним процесима који су од суштинског значаја за наше здравље.
Наравно, oво није својствено само људима. Микроорганизми живе у заједници са многим другим животињама, а могу се пронаћи готово свуда у природи. Они имају важну улогу у функционисању готово сваког екосистема.
Научници данас интензивно истражују да ли нестанак појединих микроорганизама може да има последице по људско здравље, нарочито када је реч о хроничним болестима које су веома честе у индустријализованим земљама. Ипак, и даље је тешко утврдити да ли су промене у микробиому саме по себи један од узрока тих болести или су, пак, пре свега, последица наглашених разлика у начину живота и условима средине
Шта нам микробиом може рећи о нашем здрављу?
Велики број истраживања довео је микробиом у везу са различитим болестима и здравственим стањима. Ипак, већина тих сазнања и даље се заснива на корелацијама. Савремена истраживања све више настоје да разумеју биолошке механизме који стоје иза тих веза, односно због чега су одређени микроорганизми повезани са одређеним болестима. У већини случајева још увек немамо јасне одговоре.
С друге стране, састав микробиома може бити повезан са појединим болестима, што је подстакло велико интересовање за његову примену као предиктивног алата. Идеја је да бисмо једног дана анализом нечијег микробиома могли да проценимо ризик од развоја одређених болести или да, у појединим случајевима, помогнемо у постављању дијагнозе. То је област истраживања која се и даље интензивно развија.
Ви и ваше колеге анализирали сте хиљаде узорака из целог света и реконструисали више од 150.000 микробних генома, чиме сте створили једну од најобимнијих мапа људског микробиома до сада. Шта вас је подстакло на то истраживање и која су његова најзначајнија открића?
У свом раду волим да спроводим истраживања великих размера. То значи да не анализирамо само податке које сами прикупимо у оквиру одређеног експеримента, већ их повезујемо са већ постојећим скуповима података како бисмо проверили да ли се исти резултати добијају и у другим популацијама. Кад год је то могуће, настојимо да анализе обухвате што већи број популација и географских подручја.
То је посебно важно у истраживањима микробиома, јер се састав микробних заједница може значајно разликовати у зависности од различитих чинилаца, као што су географско подручје, начин живота, исхрана или употреба лекова, пре свега антибиотика.
У споменутом истраживању ми смо прикупили и анализирали огромну количину података и, затим, направили свеобухватан каталог људског микробиома. Једно од највећих изненађења било је откриће великог броја до тада непознатих бактеријских врста. Иако је људски микробиом најдетаљније проучаван од свих микробиома, пронашли смо многе врсте које никада раније нису биле изоловане нити описане. У то време готово ништа нисмо знали о њиховој биолошкој улози нити о томе како би могле да утичу на људско здравље.
Још једно важно откриће било је да су многе од тих до тада непознатих врста бактерија биле знатно распрострањеније у земљама у развоју и неиндустријализованим друштвима. То је указало на велике разлике између популација које живе различитим начином живота. Многе микробне врсте које су данас ретке или су готово ишчезле у индустријализованим друштвима и даље се могу наћи у другим деловима света.
Научници данас интензивно истражују да ли нестанак појединих микроорганизама може да има последице по људско здравље, нарочито када је реч о хроничним болестима које су веома честе у индустријализованим земљама. Ипак, и даље је тешко утврдити да ли су промене у микробиому саме по себи један од узрока тих болести или су, пак, пре свега, последица наглашених разлика у начину живота и условима средине.
Колико микробиом може да нам открије о нечијем животу? Може ли нам рећи нешто о нашем начину живота?
Већ знамо да је микробиом црева уско повезан са исхраном. Начин исхране у великој мери утиче на састав микробиома, а његовом анализом често можемо да препознамо обрасце који су карактеристични за различите типове исхране, од којих су неки повезани са здравијим, а неки са мање здравим животним навикама.
Вештачка интелигенција помаже нам да уочимо везе у подацима које би људима било изузетно тешко – ако не и немогуће – да сами открију
Још једна важна област истраживања јесте предвиђање болести. Постоји велико интересовање за примену микробиома као предиктивног алата за препознавање особа које имају или су под повећаним ризиком од развоја одређених болести.
Ипак, то је и даље велики изазов, јер микробиом за сада не пружа биомаркере који су довољно поуздани и клинички потврђени као што је то случај у неким другим областима медицине. Зато, упркос охрабрујућим резултатима, предстоји још много истраживања пре него што овакви приступи постану део свакодневне клиничке праксе.
Како су биоинформатика и вештачка интелигенција промениле истраживања микробиома?
Истраживање микробиома данас је нераскидиво повезано са компјутерском биологијом. Усудио бих се чак да кажем да је оваква истраживања готово немогуће спроводити без снажне подршке рачунарских метода и биоинформатике.
Један од разлога јесте огромна количина података са којом радимо. Не располажемо само подацима великог броја испитаника, већ и различитим врстама информација. То могу бити подаци о секвенцирању микробиома, исхрани, клиничким параметрима и многим другим факторима. Повезивање свих тих података захтева напредне рачунарске методе и, све више, примену вештачке интелигенције.
Посебан изазов представља велики број променљивих које треба истовремено узети у обзир. Алати засновани на вештачкој интелигенцији могу да повежу овако сложене скупове података, издвоје променљиве које су најзначајније за предикције у оквиру одређеног аналитичког модела, занемаре оне које су мање релевантне и препознају обрасце који су најважнији за доношење предвиђања. На тај начин, вештачка интелигенција помаже нам да уочимо везе у подацима које би људима било изузетно тешко – ако не и немогуће – да сами открију.
Проучавали сте и намирнице које су богате микроорганизмима, попут јогурта, сирева и других ферментисаних производа. Да ли ваша истраживања мењају начин на који размишљамо о храни? Можемо ли на храну гледати не само као на извор хранљивих материја, већ и као на начин на који микроорганизми доспевају у наш организам?
Микробиологија хране је добро утемељена научна област. Деценијама су истраживања била усмерена, пре свега, на проучавање састава намирница, унапређење начина њихове производње и повећање безбедности хране. Тек у новије време се више пажње посвећује разумевању тога како микроорганизми присутни у храни делују на људски организам након што је конзумирамо.
Намирнице попут сирева, јогурта и многих других ферментисаних производа природно су богате микроорганизмима. Када их једемо, ти микроорганизми доспевају у наш дигестивни систем. У већини случајева они су само привремени становници црева и не насељавају га трајно. Ипак, и као такви могу да имају одређени утицај, било краткотрајан или потенцијално дуготрајнији.
На основу онога што данас знамо, да ли би ферментисане намирнице требало да буду редован део здраве исхране?
Многе ферментисане намирнице могу бити корисне за здравље ако се конзумирају као део балансиране исхране. Управо зато данас постоји велико интересовање да се, на основу чврстих научних доказа, утврди које од њих доносе највеће здравствене користи.
Ипак, у овој области је потребно још много истраживања. Иако се генерално може рећи да су ферментисане намирнице највероватније корисне и да свакако могу бити део здраве исхране, још увек не можемо са сигурношћу да кажемо које су конкретне намирнице или напици најповољнији за здравље. Биће потребно још истраживања пре него што будемо могли да дајемо препоруке засноване на поузданим научним доказима.
Били сте коаутор студије о томе како се развија микробиом у најранијем животном добу. На који начин рођење, дојење, антибиотици и окружење у којем дете одраста обликују микробиом током првих месеци живота?
То је био заједнички истраживачки пројекат и био је посебно занимљив јер се бавио оним што се данас често назива друштвеном компонентом микробиома. Другим речима, микроорганизме непрестано размењујемо са људима са којима смо у блиском контакту.
Ова идеја одавно је позната када је реч о патогенима који изазивају заразне болести, али је све до скора била далеко мање истражена када су у питању бројни други микроорганизми који природно живе у нашем телу и на његовој површини. Један од разлога за то био је недостатак одговарајућих биоинформатичких и аналитичких метода.
Наше истраживање, као и сличне студије других научних група, показало је да се микробиом веома брзо мења током првих недеља и месеци живота. Док се микробиом новорођенчета развија, његов организам постепено насељавају различити сојеви микроорганизама из бројних извора, који зависе од људи и средине са којима долази у контакт.
Мајка је, наравно, један од најважнијих извора микроорганизама, како током порођаја тако и током дојења, али у обликовању микробиома учествују и отац, браћа и сестре, други чланови породице, као и окружење у којем дете одраста.
Микробиом који носимо у себи настаје као резултат деловања бројних различитих чинилаца. Не обликују га само процеси који се одвијају у нашем организму, већ и контакти са другим људима, животињама, храном, земљиштем и другим утицајима из средине
Антибиотици су још један веома важан чинилац. Они могу значајно да промене микробиом. Иако су, наравно, незаменљиви у лечењу бактеријских инфекција, истовремено могу изазвати велике промене у структури микробне заједнице. Све је више доказа да би такве промене могле да имају дугорочне последице по здравље, мада је то и даље област која се интензивно истражује.
Проучавање тих дугорочних последица посебно је захтевно, јер оне понекад постају видљиве тек после десет или двадесет година. Зато оваква истраживања захтевају дуготрајно праћење и много времена.
Многи данас полажу велике наде у пробиотике, терапије засноване на микробиому, па чак и комерцијалне тестове микробиома. Чини се да ову област тренутно прати велики оптимизам који понекад превазилази научне доказе. Шта су, по вашем мишљењу, највеће заблуде када је реч о микробиому?
Несумњиво је да се пробиотици данас интензивно промовишу, али у многим случајевима научни докази о благотворном дејству конкретних бактеријских сојева и даље су ограничени. Управо зато научна заједница настоји да утврди које врсте микроорганизама, који конкретни сојеви, па чак и које ферментисане намирнице заиста имају мерљиве здравствене користи.
Слична је ситуација и са комерцијалним тестовима микробиома. Данас постоји више компанија које омогућавају да пошаљете свој узорак и добијете својеврсну „слику“ сопственог микробиома, често праћену персонализованим препорукама. Само профилисање микробиома може бити технички поуздано, али многе здравствене препоруке које се на основу тих резултата дају још увек немају довољно чврсту научну потврду.
У овом тренутку не можемо доносити важне одлуке о свом здрављу искључиво на основу резултата теста микробиома. Биће потребно још истраживања пре него што овакве анализе буду могле да пруже заиста поуздане препоруке које ће имати практичну примену у медицини.
Традиционална медицина дуго је на болест гледала као на последицу напада спољашњег патогена на организам. Да ли истраживања микробиома нуде другачији поглед на болест – онај који, поред патогена, у први план ставља и очување равнотеже микробних заједница које живе у нама?
Деценијама је микробиологија била усмерена, пре свега, на проучавање патогена, и то с добрим разлогом. Патогени микроорганизми могу за кратко време озбиљно да угрозе људско здравље.
Истраживања микробиома проширила су ту перспективу показујући да у нашем организму живи и огроман број микроорганизама који су природни становници нашег тела и који могу имати веома важну улогу у очувању здравља. Они доприносе стабилности читавог микробног екосистема, представљају природну заштиту од насељавања патогених микроорганизама и учествују у бројним процесима важним за функционисање организма. Чини се да је њихова улога нарочито значајна када је реч о хроничним болестима.
На једном ширем, филозофском плану, истраживања микробиома као да доводе у питање традиционалну западну представу о нама као издвојеним субјектима. Она као да показују да је граница између нас и света много пропустљивија него што смо првобитно мислили.
Мислим да је то веома занимљива перспектива. Микробиом који носимо у себи настаје као резултат деловања бројних различитих чинилаца. Не обликују га само процеси који се одвијају у нашем организму, већ и контакти са другим људима, животињама, храном, земљиштем и другим утицајима из средине.
Према досадашњим сазнањима, већина микроорганизама насељава наш организам током и након рођења, мада је питање у којој мери смо микроорганизмима изложени још пре рођења и даље предмет интензивних истраживања. Међутим, чињеница је да се наш микробиом мења током читавог нашег живота и то је, по мени, фасцинантан пример колико је људско здравље тесно повезано са светом који нас окружује.