Rewolucja w medycynie: cząsteczka produkowana przez bakterie jelitowe powoduje miażdżycę, która jest przyczyną milionów zgonów

Zespół hiszpańskich naukowców ogłosił 15 lat temu zaskakującą nowinę: poszukiwali tysięcy ochotników spośród pracowników Banco Santander w Madrycie, którzy przez dziesięciolecia prowadziliby dogłębne badania, aby zrozumieć mechanizm powstawania chorób sercowo-naczyniowych u zdrowych osób. Wyniki są jeszcze bardziej zaskakujące. Naukowcy odkryli, że bakterie jelitowe produkują cząsteczkę, która nie tylko indukuje, ale także powoduje miażdżycę, czyli gromadzenie się tłuszczu i cholesterolu w tętnicach, co może prowadzić do zawałów serca i udarów mózgu. Ten nieoczekiwany związek między drobnoustrojami a chorobami sercowo-naczyniowymi – główną przyczyną zgonów ludzkości – stanowi zmianę paradygmatu. Praca została opublikowana w najbliższą środę w czasopiśmie „Nature” , prezentującym najlepsze osiągnięcia naukowe na świecie.

Dogłębne badanie pracowników Santander z wykorzystaniem zaawansowanego sprzętu do obrazowania medycznego wkrótce ujawniło kolejne szokujące odkrycie: miażdżyca była wszechobecna. Ochotnicy byli pozornie zdrowi, w wieku od 40 do 55 lat, ale u 63% uczestników stwierdzono objawy choroby. Nowe wyniki pokazują, że niektóre bakterie jelitowe, w pewnych stanach, produkują propionian imidazolu, prostą cząsteczkę z sześcioma atomami węgla, ośmioma atomami wodoru, dwoma atomami azotu i dwoma atomami tlenu (C₆H₈N₂O₂). Związek ten przenika do krwi, oddziałuje z niedojrzałymi białymi krwinkami i wywołuje reakcję zapalną w tętnicach, co sprzyja odkładaniu się blaszek miażdżycowych.

„Propionian imidazolu sam w sobie wywołuje miażdżycę. Istnieje związek przyczynowo-skutkowy” – podsumowuje biolog David Sancho , kierownik nowego badania w Narodowym Centrum Badań Sercowo-Naczyniowych (CNIC) w Madrycie. Jego zespół podał cząsteczkę myszom, u których rozwinęła się choroba. Co więcej, naukowcy zaobserwowali podwyższony poziom propionianu imidazolu u jednego na pięciu ochotników z aktywną miażdżycą, czyli typem choroby, w której blaszki tłuszczowe są bardziej podatne na pękanie i tworzenie zakrzepów krwi, które powodują zawały serca i udary mózgu. Nowe wyniki dowodzą, że miażdżyca jest nie tylko chorobą wywoływaną przez tłuszcz, ale ma również komponent zapalny i autoimmunologiczny, według Sancho, który urodził się 53 lata temu w Cartagenie w Murcji.

Dobra wiadomość jest taka, że jeśli C₆H₈N₂O₂ powoduje problem u znacznego odsetka pacjentów, można podjąć interwencje, aby mu zapobiec. Naukowcy zidentyfikowali receptor, z którym wiąże się ta cząsteczka i udało im się go zablokować za pomocą leku, zmniejszając postęp miażdżycy u myszy karmionych dietą bogatą w cholesterol. „Dzięki temu inhibitorowi całkowicie zapobiegamy rozwojowi choroby” – mówi Sancho, który opatentował eksperymentalne leczenie wraz z innymi współautorami, takimi jak włoska farmakolog Annalaura Mastrangelo , jego kolega Iñaki Robles i kardiolog Valentín Fuster , dyrektor generalny CNIC w Madrycie i prezes szpitala kardiologicznego Mount Sinai Fuster w Nowym Jorku, który od dwóch lat nosi jego imię .

Inny z autorów badania, szwedzki biolog Fredrik Bäckhed , odkrył już w 2018 roku, że poziomy propionianu imidazolu były wyższe u osób z cukrzycą typu 2. Zaledwie trzy miesiące temu niezależne badania prowadzone przez kardiologa Arasha Haghikię rozwinęły powiązanie między cząsteczką bakteryjną a miażdżycą. „Fakt, że dwie różne grupy doszły do tego samego wniosku, wzmacnia nasze przekonanie, że jest to znaczące i istotne odkrycie” – argumentuje Haghikia z Uniwersytetu Ruhry w Bochum (Niemcy). „Szczególnie uderzające jest to, że propionian imidazolu wydaje się sprzyjać miażdżycy nawet przy prawidłowym poziomie cholesterolu. Może to pomóc wyjaśnić, dlaczego u niektórych osób rozwija się choroba serca, mimo że mają niewiele lub nie mają tradycyjnych czynników ryzyka, takich jak wysoki poziom cholesterolu lub wysokie ciśnienie krwi” – podkreśla.

Choroby układu krążenia zabijają 18 milionów ludzi każdego roku. Prezes Banco Santander, Emilio Botín, zmarł na zawał serca cztery lata po podpisaniu projektu, który umożliwił analizę ponad 4000 wolontariuszy , z których 400 zostało objętych tym nowym badaniem. Badania, przeprowadzone z wykorzystaniem kosztownych i złożonych technik, takich jak tomografia komputerowa osiowa (CAT) i pozytonowa tomografia emisyjna (PET), umożliwiły wykrycie wysokiego poziomu propionianu imidazolu w bardzo wczesnych stadiach miażdżycy, co może znacznie ułatwić diagnozę w tym niewidocznym stadium, gdy dana osoba jest nieświadomie narażona na ryzyko.

David Sancho i jego współpracownicy przyznają, że konieczne będą dalsze badania w celu zidentyfikowania konkretnych szczepów bakterii zdolnych do produkcji tej cząsteczki, ale wskazują na „zmiany w ekologii mikroflory jelitowej” po zmianach w diecie, ze wzrostem liczby rodzajów bakterii takich jak Escherichia , Shigella i Eubacterium . Kiedy kardiolog Valentín Fuster prezentował projekt w 2010 roku, zażartował , jak trudno jest wcześnie diagnozować problemy sercowo-naczyniowe i jak łatwo im zapobiegać, stosując takie środki jak ćwiczenia fizyczne, zdrowa dieta i niepalenie. Nowe badanie pokazuje, że poziom propionianu imidazolu we krwi jest niższy u osób stosujących dietę bogatą w warzywa, owoce, produkty pełnoziarniste, ryby, herbatę i niskotłuszczowe produkty mleczne.

Argentyński mikrobiolog Federico Rey i indyjski patolog Vaibhav Vemuganti z uznaniem przyjęli „ekscytujące możliwości”, jakie nowe badanie otwiera w zakresie zapobiegania i leczenia chorób układu krążenia. W komentarzu opublikowanym również w środę w czasopiśmie „Nature” obaj eksperci podkreślają, że ekspozycja na propionian imidazolu nasila powstawanie blaszek miażdżycowych w tętnicach myszy. „Efekt ten występuje niezależnie od zmian poziomu cholesterolu, co jest zaskakującym wynikiem, biorąc pod uwagę kluczową rolę cholesterolu w rozwoju miażdżycy” – zauważają dwaj specjaliści z Uniwersytetu Wisconsin-Madison w Stanach Zjednoczonych. „To odkrycie dostarcza interesującej wskazówki na temat potencjalnego nowego czynnika zaangażowanego w rozwój miażdżycy. Jest to bardzo istotne, ponieważ chociaż obniżenie poziomu cholesterolu – na przykład za pomocą leków zwanych statynami – może skutecznie zmniejszyć ryzyko chorób układu krążenia, znaczna część osób nadal doświadcza niepożądanych zdarzeń sercowo-naczyniowych, takich jak zawały mięśnia sercowego czy udary mózgu” – ostrzegają. CNIC w swoim oświadczeniu stwierdziło, że nowe badanie „może zrewolucjonizować” diagnostykę i leczenie miażdżycy.

Sancho podkreśla, że praca była możliwa dzięki współpracy tysięcy wolontariuszy z Banco Santander w Madrycie, a także dzięki wsparciu w wysokości 1 miliona euro od Fundacji „la Caixa”, 150 000 euro od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych i 100 000 euro od Państwowej Agencji Badań Naukowych.

Odkrycie decydującego wpływu propionianu imidazolu na miażdżycę zbiegło się z odkryciem przez społeczność naukową nieznanej dotąd roli mikroorganizmów jelitowych w niektórych chorobach człowieka. Hiszpański biotechnolog Cayetano Pleguezuelos i jego współpracownicy z Instytutu Hubrechta (Holandia) wykazali w lutym 2020 roku, że szczep bakterii Escherichia coli wytwarza toksyczną cząsteczkę zwaną kolibaktyną , która uszkadza DNA ludzkich komórek i powoduje nowotwory złośliwe.

Liczba zachorowań na raka jelita grubego gwałtownie rośnie u osób poniżej 50. roku życia, z nieznanych przyczyn, podwajając się w wielu krajach w ciągu ostatnich dwóch dekad. Inne badanie , przeprowadzone zaledwie trzy miesiące temu przez biologa obliczeniowego Marcosa Díaza Gaya , sugerowało, że toksyna Escherichia coli jest przyczyną tej epidemii raka jelita grubego. „U młodych pacjentów, do 39. roku życia, obserwujemy ten wzorzec kolibaktyny w co trzecim przypadku” – podkreślił Díaz Gay z Narodowego Centrum Badań nad Rakiem, instytucji położonej zaledwie kilka metrów od CNIC.