Razgovarao: Đorđe Petrović
Kada razmišljamo o ljudskom telu, prvo pomislimo na ljudske ćelije, tkiva i organe. Ali da li smo zaista tako zaokružena i samosvojna bića kao što nam se čini? Ili još nešto živi u nama – osim nas samih?
Ispostavilo se da je naše telo dom ogromnog broja zajednica mikroorganizama. Sve one zajedno čine ono što naučnici nazivaju mikrobiomom – nevidljivi ekosistem koji ne samo da utiče na naše zdravlje, već igra važnu ulogu u pravilnom funkcionisanju čitavog našeg organizma.
Jedan od istraživača koji proučavaju ovaj skriveni svet je italijanski naučnik dr Edoardo Pazoli. Zanimljivo je da njegov put ka istraživanju mikrobioma nije započeo u biologiji ili medicini. Studirao je inženjerstvo i doktorirao na temi iz oblasti mašinskog učenja, a zatim se okrenuo kompjuterskoj biologiji i bioinformatici, gde je počeo da primenjuje veštačku inteligenciju u biološkim istraživanjima. Danas se prvenstveno bavi razumevanjem odnosa između ljudskog mikrobioma i zdravlja.
„Istraživanju mikrobioma privukla me je mogućnost da primenim mašinsko učenje i računarske nauke na rešavanje bioloških pitanja. To je izuzetno interdisciplinarna oblast koja zahteva znanja iz različitih nauka – od biologije i medicine do računarskih nauka i inženjerstva“, kaže dr Pazoli.
On je danas vanredni profesor na Univerzitetu „Federiko II“ u Napulju. Početkom juna boravio je u Beogradu kao jedan od glavnih predavača na šestoj međunarodnoj bioinformatičkoj konferenciji BelBi 2026 (Belgrade Bioinformatics Conference), koju organizuje Institut za molekularnu genetiku i genetičko inženjerstvo Univerziteta u Beogradu.
Tokom konferencije u beogradskom hotelu Metropol palas, sa dr Pazolijem smo razgovarali o fascinantnom svetu ljudskog mikrobioma, njegovoj ulozi u zdravlju i bolesti, načinu na koji se razvija u najranijem životnom dobu, kao i o tome kako veštačka inteligencija menja savremena istraživanja mikrobioma.
Šta je zapravo mikrobiom?
Mikrobiom je naziv koji se najčešće koristi za zajednicu mikroorganizama i njihov ukupni genetički materijal koji žive u našem telu i na njegovoj površini. Različiti delovi našeg tela imaju svoje specifične mikrobne zajednice. Najviše je proučavan mikrobiom creva, ali postoje i mikrobiom usne duplje, kože i vaginalni mikrobiom.
Ove mikrobne zajednice tesno su povezane sa našim organizmom i učestvuju u brojnim procesima koji su od suštinskog značaja za naše zdravlje.
Naravno, ovo nije svojstveno samo ljudima. Mikroorganizmi žive u zajednici sa mnogim drugim životinjama, a mogu se pronaći gotovo svuda u prirodi. Oni imaju važnu ulogu u funkcionisanju gotovo svakog ekosistema.
Naučnici danas intenzivno istražuju da li nestanak pojedinih mikroorganizama može da ima posledice po ljudsko zdravlje, naročito kada je reč o hroničnim bolestima koje su veoma česte u industrijalizovanim zemljama. Ipak, i dalje je teško utvrditi da li su promene u mikrobiomu same po sebi jedan od uzroka tih bolesti ili su, pak, pre svega, posledica naglašenih razlika u načinu života i uslovima sredine
Šta nam mikrobiom može reći o našem zdravlju?
Veliki broj istraživanja doveo je mikrobiom u vezu sa različitim bolestima i zdravstvenim stanjima. Ipak, većina tih saznanja i dalje se zasniva na korelacijama. Savremena istraživanja sve više nastoje da razumeju biološke mehanizme koji stoje iza tih veza, odnosno zbog čega su određeni mikroorganizmi povezani sa određenim bolestima. U većini slučajeva još uvek nemamo jasne odgovore.
S druge strane, sastav mikrobioma može biti povezan sa pojedinim bolestima, što je podstaklo veliko interesovanje za njegovu primenu kao prediktivnog alata. Ideja je da bismo jednog dana analizom nečijeg mikrobioma mogli da procenimo rizik od razvoja određenih bolesti ili da, u pojedinim slučajevima, pomognemo u postavljanju dijagnoze. To je oblast istraživanja koja se i dalje intenzivno razvija.
Vi i vaše kolege analizirali ste hiljade uzoraka iz celog sveta i rekonstruisali više od 150.000 mikrobnih genoma, čime ste stvorili jednu od najobimnijih mapa ljudskog mikrobioma do sada. Šta vas je podstaklo na to istraživanje i koja su njegova najznačajnija otkrića?
U svom radu volim da sprovodim istraživanja velikih razmera. To znači da ne analiziramo samo podatke koje sami prikupimo u okviru određenog eksperimenta, već ih povezujemo sa već postojećim skupovima podataka kako bismo proverili da li se isti rezultati dobijaju i u drugim populacijama. Kad god je to moguće, nastojimo da analize obuhvate što veći broj populacija i geografskih područja.
To je posebno važno u istraživanjima mikrobioma, jer se sastav mikrobnih zajednica može značajno razlikovati u zavisnosti od različitih činilaca, kao što su geografsko područje, način života, ishrana ili upotreba lekova, pre svega antibiotika.
U spomenutom istraživanju mi smo prikupili i analizirali ogromnu količinu podataka i, zatim, napravili sveobuhvatan katalog ljudskog mikrobioma. Jedno od najvećih iznenađenja bilo je otkriće velikog broja do tada nepoznatih bakterijskih vrsta. Iako je ljudski mikrobiom najdetaljnije proučavan od svih mikrobioma, pronašli smo mnoge vrste koje nikada ranije nisu bile izolovane niti opisane. U to vreme gotovo ništa nismo znali o njihovoj biološkoj ulozi niti o tome kako bi mogle da utiču na ljudsko zdravlje.
Još jedno važno otkriće bilo je da su mnoge od tih do tada nepoznatih vrsta bakterija bile znatno rasprostranjenije u zemljama u razvoju i neindustrijalizovanim društvima. To je ukazalo na velike razlike između populacija koje žive različitim načinom života. Mnoge mikrobne vrste koje su danas retke ili su gotovo iščezle u industrijalizovanim društvima i dalje se mogu naći u drugim delovima sveta.
Naučnici danas intenzivno istražuju da li nestanak pojedinih mikroorganizama može da ima posledice po ljudsko zdravlje, naročito kada je reč o hroničnim bolestima koje su veoma česte u industrijalizovanim zemljama. Ipak, i dalje je teško utvrditi da li su promene u mikrobiomu same po sebi jedan od uzroka tih bolesti ili su, pak, pre svega, posledica naglašenih razlika u načinu života i uslovima sredine.
Koliko mikrobiom može da nam otkrije o nečijem životu? Može li nam reći nešto o našem načinu života?
Već znamo da je mikrobiom creva usko povezan sa ishranom. Način ishrane u velikoj meri utiče na sastav mikrobioma, a njegovom analizom često možemo da prepoznamo obrasce koji su karakteristični za različite tipove ishrane, od kojih su neki povezani sa zdravijim, a neki sa manje zdravim životnim navikama.
Veštačka inteligencija pomaže nam da uočimo veze u podacima koje bi ljudima bilo izuzetno teško – ako ne i nemoguće – da sami otkriju
Još jedna važna oblast istraživanja jeste predviđanje bolesti. Postoji veliko interesovanje za primenu mikrobioma kao prediktivnog alata za prepoznavanje osoba koje imaju ili su pod povećanim rizikom od razvoja određenih bolesti.
Ipak, to je i dalje veliki izazov, jer mikrobiom za sada ne pruža biomarkere koji su dovoljno pouzdani i klinički potvrđeni kao što je to slučaj u nekim drugim oblastima medicine. Zato, uprkos ohrabrujućim rezultatima, predstoji još mnogo istraživanja pre nego što ovakvi pristupi postanu deo svakodnevne kliničke prakse.
Kako su bioinformatika i veštačka inteligencija promenile istraživanja mikrobioma?
Istraživanje mikrobioma danas je neraskidivo povezano sa kompjuterskom biologijom. Usudio bih se čak da kažem da je ovakva istraživanja gotovo nemoguće sprovoditi bez snažne podrške računarskih metoda i bioinformatike.
Jedan od razloga jeste ogromna količina podataka sa kojom radimo. Ne raspolažemo samo podacima velikog broja ispitanika, već i različitim vrstama informacija. To mogu biti podaci o sekvenciranju mikrobioma, ishrani, kliničkim parametrima i mnogim drugim faktorima. Povezivanje svih tih podataka zahteva napredne računarske metode i, sve više, primenu veštačke inteligencije.
Poseban izazov predstavlja veliki broj promenljivih koje treba istovremeno uzeti u obzir. Alati zasnovani na veštačkoj inteligenciji mogu da povežu ovako složene skupove podataka, izdvoje promenljive koje su najznačajnije za predikcije u okviru određenog analitičkog modela, zanemare one koje su manje relevantne i prepoznaju obrasce koji su najvažniji za donošenje predviđanja. Na taj način, veštačka inteligencija pomaže nam da uočimo veze u podacima koje bi ljudima bilo izuzetno teško – ako ne i nemoguće – da sami otkriju.
Proučavali ste i namirnice koje su bogate mikroorganizmima, poput jogurta, sireva i drugih fermentisanih proizvoda. Da li vaša istraživanja menjaju način na koji razmišljamo o hrani? Možemo li na hranu gledati ne samo kao na izvor hranljivih materija, već i kao na način na koji mikroorganizmi dospevaju u naš organizam?
Mikrobiologija hrane je dobro utemeljena naučna oblast. Decenijama su istraživanja bila usmerena, pre svega, na proučavanje sastava namirnica, unapređenje načina njihove proizvodnje i povećanje bezbednosti hrane. Tek u novije vreme se više pažnje posvećuje razumevanju toga kako mikroorganizmi prisutni u hrani deluju na ljudski organizam nakon što je konzumiramo.
Namirnice poput sireva, jogurta i mnogih drugih fermentisanih proizvoda prirodno su bogate mikroorganizmima. Kada ih jedemo, ti mikroorganizmi dospevaju u naš digestivni sistem. U većini slučajeva oni su samo privremeni stanovnici creva i ne naseljavaju ga trajno. Ipak, i kao takvi mogu da imaju određeni uticaj, bilo kratkotrajan ili potencijalno dugotrajniji.
Na osnovu onoga što danas znamo, da li bi fermentisane namirnice trebalo da budu redovan deo zdrave ishrane?
Mnoge fermentisane namirnice mogu biti korisne za zdravlje ako se konzumiraju kao deo balansirane ishrane. Upravo zato danas postoji veliko interesovanje da se, na osnovu čvrstih naučnih dokaza, utvrdi koje od njih donose najveće zdravstvene koristi.
Ipak, u ovoj oblasti je potrebno još mnogo istraživanja. Iako se generalno može reći da su fermentisane namirnice najverovatnije korisne i da svakako mogu biti deo zdrave ishrane, još uvek ne možemo sa sigurnošću da kažemo koje su konkretne namirnice ili napici najpovoljniji za zdravlje. Biće potrebno još istraživanja pre nego što budemo mogli da dajemo preporuke zasnovane na pouzdanim naučnim dokazima.
Bili ste koautor studije o tome kako se razvija mikrobiom u najranijem životnom dobu. Na koji način rođenje, dojenje, antibiotici i okruženje u kojem dete odrasta oblikuju mikrobiom tokom prvih meseci života?
To je bio zajednički istraživački projekat i bio je posebno zanimljiv jer se bavio onim što se danas često naziva društvenom komponentom mikrobioma. Drugim rečima, mikroorganizme neprestano razmenjujemo sa ljudima sa kojima smo u bliskom kontaktu.
Ova ideja odavno je poznata kada je reč o patogenima koji izazivaju zarazne bolesti, ali je sve do skora bila daleko manje istražena kada su u pitanju brojni drugi mikroorganizmi koji prirodno žive u našem telu i na njegovoj površini. Jedan od razloga za to bio je nedostatak odgovarajućih bioinformatičkih i analitičkih metoda.
Naše istraživanje, kao i slične studije drugih naučnih grupa, pokazalo je da se mikrobiom veoma brzo menja tokom prvih nedelja i meseci života. Dok se mikrobiom novorođenčeta razvija, njegov organizam postepeno naseljavaju različiti sojevi mikroorganizama iz brojnih izvora, koji zavise od ljudi i sredine sa kojima dolazi u kontakt.
Majka je, naravno, jedan od najvažnijih izvora mikroorganizama, kako tokom porođaja tako i tokom dojenja, ali u oblikovanju mikrobioma učestvuju i otac, braća i sestre, drugi članovi porodice, kao i okruženje u kojem dete odrasta.
Mikrobiom koji nosimo u sebi nastaje kao rezultat delovanja brojnih različitih činilaca. Ne oblikuju ga samo procesi koji se odvijaju u našem organizmu, već i kontakti sa drugim ljudima, životinjama, hranom, zemljištem i drugim uticajima iz sredine
Antibiotici su još jedan veoma važan činilac. Oni mogu značajno da promene mikrobiom. Iako su, naravno, nezamenljivi u lečenju bakterijskih infekcija, istovremeno mogu izazvati velike promene u strukturi mikrobne zajednice. Sve je više dokaza da bi takve promene mogle da imaju dugoročne posledice po zdravlje, mada je to i dalje oblast koja se intenzivno istražuje.
Proučavanje tih dugoročnih posledica posebno je zahtevno, jer one ponekad postaju vidljive tek posle deset ili dvadeset godina. Zato ovakva istraživanja zahtevaju dugotrajno praćenje i mnogo vremena.
Mnogi danas polažu velike nade u probiotike, terapije zasnovane na mikrobiomu, pa čak i komercijalne testove mikrobioma. Čini se da ovu oblast trenutno prati veliki optimizam koji ponekad prevazilazi naučne dokaze. Šta su, po vašem mišljenju, najveće zablude kada je reč o mikrobiomu?
Nesumnjivo je da se probiotici danas intenzivno promovišu, ali u mnogim slučajevima naučni dokazi o blagotvornom dejstvu konkretnih bakterijskih sojeva i dalje su ograničeni. Upravo zato naučna zajednica nastoji da utvrdi koje vrste mikroorganizama, koji konkretni sojevi, pa čak i koje fermentisane namirnice zaista imaju merljive zdravstvene koristi.
Slična je situacija i sa komercijalnim testovima mikrobioma. Danas postoji više kompanija koje omogućavaju da pošaljete svoj uzorak i dobijete svojevrsnu „sliku“ sopstvenog mikrobioma, često praćenu personalizovanim preporukama. Samo profilisanje mikrobioma može biti tehnički pouzdano, ali mnoge zdravstvene preporuke koje se na osnovu tih rezultata daju još uvek nemaju dovoljno čvrstu naučnu potvrdu.
U ovom trenutku ne možemo donositi važne odluke o svom zdravlju isključivo na osnovu rezultata testa mikrobioma. Biće potrebno još istraživanja pre nego što ovakve analize budu mogle da pruže zaista pouzdane preporuke koje će imati praktičnu primenu u medicini.
Tradicionalna medicina dugo je na bolest gledala kao na posledicu napada spoljašnjeg patogena na organizam. Da li istraživanja mikrobioma nude drugačiji pogled na bolest – onaj koji, pored patogena, u prvi plan stavlja i očuvanje ravnoteže mikrobnih zajednica koje žive u nama?
Decenijama je mikrobiologija bila usmerena, pre svega, na proučavanje patogena, i to s dobrim razlogom. Patogeni mikroorganizmi mogu za kratko vreme ozbiljno da ugroze ljudsko zdravlje.
Istraživanja mikrobioma proširila su tu perspektivu pokazujući da u našem organizmu živi i ogroman broj mikroorganizama koji su prirodni stanovnici našeg tela i koji mogu imati veoma važnu ulogu u očuvanju zdravlja. Oni doprinose stabilnosti čitavog mikrobnog ekosistema, predstavljaju prirodnu zaštitu od naseljavanja patogenih mikroorganizama i učestvuju u brojnim procesima važnim za funkcionisanje organizma. Čini se da je njihova uloga naročito značajna kada je reč o hroničnim bolestima.
Na jednom širem, filozofskom planu, istraživanja mikrobioma kao da dovode u pitanje tradicionalnu zapadnu predstavu o nama kao izdvojenim subjektima. Ona kao da pokazuju da je granica između nas i sveta mnogo propustljivija nego što smo prvobitno mislili.
Mislim da je to veoma zanimljiva perspektiva. Mikrobiom koji nosimo u sebi nastaje kao rezultat delovanja brojnih različitih činilaca. Ne oblikuju ga samo procesi koji se odvijaju u našem organizmu, već i kontakti sa drugim ljudima, životinjama, hranom, zemljištem i drugim uticajima iz sredine.
Prema dosadašnjim saznanjima, većina mikroorganizama naseljava naš organizam tokom i nakon rođenja, mada je pitanje u kojoj meri smo mikroorganizmima izloženi još pre rođenja i dalje predmet intenzivnih istraživanja. Međutim, činjenica je da se naš mikrobiom menja tokom čitavog našeg života i to je, po meni, fascinantan primer koliko je ljudsko zdravlje tesno povezano sa svetom koji nas okružuje.