Záhadný lidský mikrobiom

Nedávný výzkum ukazuje, že naše tělo je domovem mikrobů, se kterými se věda předtím nesetkávala. Možná, že se kvůli nim bude i přepisovat strom života. Navíc může mít tato mikrobiální „temná hmota“ i vliv na zdraví. Naše tělo poskytuje domov pro 39 trilionů mikrobů, kteří převyšují i počet 30 trilionů lidských buněk. Naše kůže obsahuje trilion (10¹⁸) bakterií na cm². Studie z počátku roku 2019 zjistila, že ve střevech může žít až 200 různých druhů bakterií.

Po mnoho let se předpokládalo, že tito mikrobi jsou škodliví. Dnes víme, že mnozí z nich jsou našimi spojenci, těsně spjatí s naším zdravím a pohodou. Díky novým technologiím je nyní můžeme studovat do velkých podrobností. Ještě před několika desítkami let museli mikrobiologové nejdříve mikroby vypěstovat v laboratoři, aby je potom mohli identifikovat a studovat. Dnes je možno využít metagenomické sekvencování, což je technika používaná k identifikaci mikrobů z jejich DNA – například ze vzorku lidských výkalů – aniž by se mikrobi museli rozmnožit v kulturách. Po identifikaci vzorku DNA je možno použít software k rekonstrukci celého genomu. Díky tomuto přístupu lze každý měsíc objevit nové skutečnosti o dříve neznámých mikrobech, kteří žijí v nás nebo na nás.

Kyanobakterie

Například v roce 2013 výzkumníci z University of California a z Cornell University New York zjistili, že v našich střevech žije zcela nová skupina organismů, které mají něco společného s kyanobakteriemi - to jsou mikrobi nezbytní pro vývoj vyššího života. Výzkumníci nazvali nově objevené mikroby Melainabakteriemi, pojmenovanými podle řecké mytologie. Vztah mezi těmito bakteriemi a kyanobakteriemi je velmi zajímavý, protože kyanobakterie jsou jedinými organismy, které si vyvinuly fotosyntézu, v rámci níž je jako vedlejší produkt produkován kyslík (rostliny mají tuto schopnost jen díky tomu, že kyanobakterie začlenily do svých buněk). Tato inovace přetvořila atmosféru naší planety a vydláždila cestu pro vznik složitého života.

Co usnadnilo vznik života

Melainabakterie pomohly mikrobiologům i geologům prokázat, že se fotosyntéza produkující kyslík v historii života objevila relativně později, než se dříve myslelo. Tyto bakterie mohou navíc hrát důležitou úlohu i v lidském zdraví. V roce 2018 odhalila studie, že lidé s Parkinsonovou nemocí mají ve svých střevech méně Melainabakterií než lidé bez této nemoci. Mikrobi nás mohou chránit tím, že přemohou kyanobakterie, které produkují neurotoxiny. Tento poznatek naznačuje něco důležitého, co se týká lidského mikrobiomu: jsou to složité ekosystémy, které obsahují celou řadu vzájemně působících mikrobů. Uvedená diverzita vychází ze tří hlavních větví stromu života. Kyanobakterie patří například do větve bakteriální. Naše těla jsou rovněž domovem mikrobů, kteří zdánlivě vypadají jako bakterie, ale ve skutečnosti patří do větve nazývané „archaea“, jejíž zástupci se obvykle vyskytují v extrémních prostředích, například v horkých pramenech. Dosud se mělo za to, že tělo domovem těchto jednoduchých organismů nemůže být, avšak v roce 2018 byla uveřejněna zpráva, že „archaea“ jsou stejně početné jako bakterie ve slepém střevě a v nosních dírkách. Naše těla hostí velký počet mikrobů (včetně hub).

Je možné, že v nás žijí kompletně nové formy života?

Žijí v nás mikrobi, kteří nespadají do známých tří větví stromu života (archaea, bakterie, eukaryota)? V roce 2015 Eric Bapteste, evoluční biolog z Pierre and Marie Curie University, zkoumal vzorky výkalů s pomocí genové sekvence a získal DNA, která byla tak odlišná, že to naznačovalo existenci čtvrté záhadné větve života. Tato práce má sice ještě daleko do důkazu, že naše těla obsahují tak podivné organismy, ale nedávné výzkumy naznačují, že tato myšlenka není zase tak daleko od skutečnosti. V roce 2010 výzkumný tým zkoumající formy života v našich ústech – lidský orální mikrobiom – nalezl genetický materiál patřící do dvou zřídka se vyskytujících skupin bakterií, které jsou známé jako TM7 a SR1. Tyto bakterie byly poprvé nalezeny před několika lety v rašelinovém močálu, resp. v říčních sedimentech. V roce 2013 byly získány kompletní genomy TM7 z odpadní vody čistírny vod a v případě SR1 to byly bakterie žijící v podzemní vodě. Všechny genomy byly velmi nepatrné, přibližně 4 × menší než genomy bakterie Escherichia coli, které se obvykle vyskytují ve střevech a v širším okolí. Protože jsou tak malé, zdá se, že těmto genomům chybí některé geny, což by mohlo znamenat, že patří k bakteriím, které přežívají jen v symbióze s jinými buňkami, které jim poskytují to, co si samy nemohou získat. V roce 2015 byly uveřejněny další poznatky o těchto podivných bakteriích. S použitím elektronového mikroskopu bylo zjištěno, že jednotlivé buňky nejsou delší než několik set nanometrů. V témže roce se objevily ještě méně očekávané informace. Bylo studováno na 800 bakterií s malými genomy, a to včetně TM7 a SR1. Bylo konstatováno, že tyto bakterie patří do evoluční větve o pracovním názvu Candidate Phyla Radiation (CPR). Bylo zjištěno, že CPR obsahují až polovinu známé bakteriální diverzity.

Žijí s námi

Závěr je takový, že v našem těle máme celou sadu neobvyklých mikrobů. Jedná se o nového hráče, ultramalé bakterie s nepatrnými genomy, které teprve začínáme poznávat. Nelze je ještě kvalifikovat jako čtvrtou větev, ale podvětev CPR doplňuje strom života a ovlivňuje naše poznání o lidském genomu. Existují tři rozdílné typy bakterií CPR, které žijí v lidském těle – TM7, SR1 a třetí označovaná jako GNO2. Máme je v ústech, střevech, na kůži. Dnes víme, že existovaly také u Neandertálců. V zubech Neandertálců z období před 48 000 lety byly nalezeny kmeny bakterií CPR, včetně TM7.

Zdroj: Colin Barras: Your mystery microbiome. New Scientist, 2019, ač. 3225, s. 28-31