Благодаря последним усовершенствованиям возможностей изучить и понять микробиом кишечника человека, ученые-медики получают захватывающую информацию о том, как микробиота пищеварительного тракта влияет на здоровье человека — от здоровья кишечника до практически каждого аспекта здоровья и благополучия.
В настоящее время эти сведения способствуют разработке новых методов лечения, в том числе прецизионных препаратов, которые подбирают с учетом уникального состава микроорганизмов, а также услуги и технологии клинических лабораторий, применяемых как для научных исследований, так и для лечения.
Соучредитель и генеральный директор AMILI, первой в Юго-Восточной Азии компании, занимающейся прецизионной микробиомикой кишечника, д-р Джереми Лим (Jeremy Lim) содействует инициативе проведения исследований микробиома в Азиатско-Тихоокеанском регионе и расширению доступа к подходящим для населения Азии услугам по исследованию микробиома.
Группа Lab Insights недавно побеседовала с д-ром Лимом, чтобы узнать больше о том, как он начал проводить исследования микробиома и что ожидается в будущем. Хотя его компания и широкая область микробиомики начали развиваться недавно, эти тенденции могут иметь растущее значение для лабораторной медицины в ближайшие годы.
От специалиста в области общественного здравоохранения до основателя стартапа
До основания AMILI у д-ра Лима уже была долгая и отмеченная наградами карьера в сфере медицины и общественного здравоохранения. Тем не менее концепция и значение микробиома не привлекали его внимания до относительно недавнего времени.
«Пять лет назад я не знал о термине «микробиом», но теперь это самая интересная область для меня», — говорит он. Примерно в 2019 г. соучредители AMILI д-р Дэвид Онг (David Ong) и д-р Джонатан Ли (Jonathan Lee), которые в то время работали в больнице при Национальном университете (NUH) в Сингапуре, рассказали ему о достижениях науки и выдающихся исследованиях, проводимых в Северной Америке и Европе.
Д-ра Онг и Ли работали в команде NUH, которая выполнила первую в регионе трансплантацию микробиома в 2014 году, но темпы исследований и открытий в Сингапуре и Юго-Восточной Азии с тех пор были скромными. В конечном итоге три врача основали AMILI, чтобы перенести такие работы в Азиатско-Тихоокеанский регион.
«Мы поняли, насколько важны решения на местном и региональном уровнях и как мало делается, особенно в многоэтнической Азии», — вспоминает д-р Лим. «Мы решили, что хотя мы и увлеченные наукой университетские профессора, создание стартапа — это самый быстрый и лучший способ изменить ситуацию».
Наряду со своей работой в AMILI д-р Лим по-прежнему занимает должность директора Института лидерства по трансформации глобального здравоохранения при Школе здравоохранения имени Со Сви Хока (Saw Swee Hock) Национального университета Сингапура. Он также регулярно пишет статьи и читает лекции на темы общественного здравоохранения (см. его популярное выступление на RED 2021 о прецизионном здравоохранении, одной из многих реализуемых им инициатив).
Однако по мере того как AMILI развивается, он все больше внимания уделяет микробиомике как ключевой области, в которой он намерен оказывать влияние на ситуацию.
Почему микробиом кишечника важен
Предпосылкой основания AMILI было то, что микробиом кишечника человека — совокупность бактерий, вирусов и грибов, которые населяют кишечник и другие части пищеварительного тракта — объясняет многие потенциальные аспекты здоровья человека.
С появлением и растущей доступностью секвенирования гена 16S рРНК и секвенирования методом дробовика (более глубокого и всеобъемлющего метода) исследования микробиома бурно развиваются в последние годы. Было отмечено невероятное разнообразие кишечного микробиома у разных людей. По оценкам, мы передаем всего 20–30 % микробиома, в отличие от 99,9 % генов.
Результаты исследований микробиома также указывают, насколько сильно микробиом влияет на здоровье и может быть вовлечен в заболевания. Он влияет на метаболизм, например приводит к совершенно разной гликемической нагрузке у однояйцевых близнецов [1]. Он модулирует эндокринную систему [2], поведение [3] и иммунную систему [4] и связан с развитием нейродегенеративных заболеваний [5].
Учитывая этот эффект, исследователи и врачи все чаще рассматривают использование результатов исследования микробиома для корректировки лечения [6, 7]. В 2013 г. также было проведено исследование, результаты которого указали на пользу трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) для лечения рецидивирующей инфекции, вызываемой Clostridium difficile [8]. ТФМ заключается в переносе кала от здорового донора пациенту с заболеванием и, по-видимому, также эффективно при лечении ряда других заболеваний.
«Микробиом приводит к логическим вопросам о подборе продуктов питания, пищевых добавок и лекарств в соответствии с особенностями нашего организма, чтобы улучшить здоровье», — отмечает д-р Лим. Он думает, что в ближайшем будущем мы сможем сопоставить профили микробиома донора и реципиента, как это делают сегодня для трансплантации стволовых клеток и других процедур.
При более глубоком понимании ТФМ может даже способствовать разработке прорывных методов лечения ранее плохо контролируемых заболеваний. В качестве одного из примеров д-р Лим с коллегами опубликовали поразительные результаты лечения пациента с СДВГ, у которого разрешились симптомы после ТФМ [9].
Прецизионная микробиомика кишечника — Азия для Азии
AMILI стремится собрать полную библиотеку микробиоты кишечника в Азии, содействовать исследованиям и расширить доступность таких методов лечения, как ТФМ, в регионе. В настоящее время компания оказывает услуги в Сингапуре, Малайзии и Таиланде, а в скором времени она будет работать на Филиппинах, во Вьетнаме и Гонконге.
В июле 2022 года компания собрала 10,5 миллиона долларов на этапе финансирования серии A, организованного инвестиционной компанией в области медико-биологических наук и технологий Vulcan Capital (ныне Cercano Management), фондом, основанным покойным соучредителем Microsoft Полом Алленом (Paul Allen). Среди инвесторов, присоединившихся к этому этапу, были Emtek Group, Capital Code, Pureland Group, Blue7, Pruksa Group, TVM Capital Healthcare и инвестиционное подразделение SEEDS Capital Enterprise Singapore [10, 11]. Финансирование способствовало росту компании. Сейчас в AMILI работают 30 специалистов в четырех странах.
AMILI также сотрудничает с Национальным онкологическим центром Сингапура в проведении крупного когортного исследования, направленного на определение прогностических факторов рака печени с использованием метода продольного отбора образцов микробиома в сочетании с алгоритмами машинного обучения [12]. Д-р Лим надеется, что результаты этого исследования помогут медицинскому сообществу лучше понять особенности микробиома.
Однако внедрение этих инноваций в Азии и других регионах не обойдется без трудностей.
Во-первых, понимание микробиома непростая задача. Состоящий примерно из 100 триллионов бактериальных клеток, микробиом кишечника невероятно разнообразен и намного превосходит число клеток человека в организме. Сложность генома человека кажется незначительной при сравнении с более чем 1000 видами, содержащими миллионы генов.
Д-р Лим также отмечает, что до сих пор трудно определить, от чего именно зависит здоровый микробиом кишечника. Результаты исследований уже указали, что генетика, диета, окружающая среда, привычки и даже воздействие социальных факторов и поведение играют определенную роль в составе микробиома. Это еще более усложняет понимание.
Д-р Лим также признает, что потребуется время для получения широкого клинического признания важности микробиомики, которую она заслуживает, в том числе путем включения в учебные программы медицинских школ. Пациенты могут не захотеть участвовать в основанном на микробиоте лечении из-за предрассудков о потенциально деликатных темах, таких как взятие образцов кала и ТФМ. Несмотря на значительное улучшение ситуации в последние годы финансирования на исследования и коммерческую деятельность не хватает.
Значение для клинических лабораторий
Однако со временем эта область, вероятно, получит больше признания в Азии, особенно если достижения исследований микробиома дадут еще больше результатов, которые приведут к клинически валидированным вмешательствам. Они открывают двери для новых услуг, которые могут предложить клинические лаборатории.
Например, пациенты, длительно принимающие лекарственные препараты или получающие несколько препаратов, будут проходить рутинное секвенирование профиля микробиома для оценки ответа. С увеличением объема аналитических данных, вероятно, можно будет оптимизировать или даже прогнозировать лучшие схемы лечения.
Хотя технология секвенирования относительно коммерциализирована, извлечение генетического материала микробиома из образцов кала очень сложный процесс и требует особой тщательности. «В AMILI мы опробовали несколько методов экстракции и в конечном итоге разработали свой собственный, который затем протестировали на выход секвенирования».
Помимо анализа последовательностей существует множество возможностей для инноваций при сборе и обработке образцов. Д-р Лим считает, что необходимо больше исследований, чтобы довести этот процесс до совершенства.
«Во всех лабораториях следует обратить внимание на процесс экстракции, когда они присоединятся к идее изучения микробиома», — говорит д-р Лим. «В противном случае результаты будут очень разнообразными».
Список литературы
[1] Berry, S.E., Valdes, A.M., Drew, D.A. et al. Human postprandial responses to food and potential for precision nutrition. Nat Med 26, 964–973 (2020). doi.org/10.1038/s41591-020-0934-0 (https://www.forbes.com/sites/annahaines/2021/07/23/this-diet-is-changing-the-way-we-think-about-nutrition/?sh=3c2d0211312a)
[2] Williams CL, Garcia-Reyero N, Martyniuk CJ, Tubbs CW, Bisesi JH Jr. Regulation of endocrine systems by the microbiome: Perspectives from comparative animal models. Gen Comp Endocrinol. 2020 Jun 1;292:113437. doi: 10.1016/j.ygcen.2020.113437. Epub 2020 Feb 12. PMID: 32061639.
[3] Socała K, Doboszewska U, Szopa A, Serefko A, Włodarczyk M, Zielińska A, Poleszak E, Fichna J, Wlaź P. The role of microbiota-gut-brain axis in neuropsychiatric and neurological disorders. Pharmacol Res. 2021 Oct;172:105840. doi: 10.1016/j.phrs.2021.105840. Epub 2021 Aug 24. PMID: 34450312.
[4] Wastyk HC, Fragiadakis GK, Perelman D, Dahan D, Merrill BD, Yu FB, Topf M, Gonzalez CG, Van Treuren W, Han S, Robinson JL, Elias JE, Sonnenburg ED, Gardner CD, Sonnenburg JL. Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status. Cell. 2021 Aug 5;184(16):4137-4153.e14. doi: 10.1016/j.cell.2021.06.019. Epub 2021 Jul 12. PMID: 34256014; PMCID: PMC9020749.
[5] Fang P, Kazmi SA, Jameson KG, Hsiao EY. The Microbiome as a Modifier of Neurodegenerative Disease Risk. Cell Host Microbe. 2020 Aug 12;28(2):201-222. doi: 10.1016/j.chom.2020.06.008. PMID: 32791113; PMCID: PMC7430034.
[6] Lee JWJ, Plichta D, Hogstrom L, Borren NZ, Lau H, Gregory SM, Tan W, Khalili H, Clish C, Vlamakis H, Xavier RJ, Ananthakrishnan AN. Multi-omics reveal microbial determinants impacting responses to biologic therapies in inflammatory bowel disease. Cell Host Microbe. 2021 Aug 11;29(8):1294-1304.e4. doi: 10.1016/j.chom.2021.06.019. Epub 2021 Jul 22. PMID: 34297922; PMCID: PMC8366279.
[7] Javdan B, Lopez JG, Chankhamjon P, Lee YJ, Hull R, Wu Q, Wang X, Chatterjee S, Donia MS. Personalized Mapping of Drug Metabolism by the Human Gut Microbiome. Cell. 2020 Jun 25;181(7):1661-1679.e22. doi: 10.1016/j.cell.2020.05.001. Epub 2020 Jun 10. PMID: 32526207; PMCID: PMC8591631.
[8] Terveer EM, Vendrik KE, Ooijevaar RE, Lingen EV, Boeije-Koppenol E, Nood EV, Goorhuis A, Bauer MP, van Beurden YH, Dijkgraaf MG, Mulder CJ, Vandenbroucke-Grauls CM, Seegers JF, van Prehn J, Verspaget HW, Kuijper EJ, Keller JJ. Faecal microbiota transplantation for Clostridioides difficile infection: Four years’ experience of the Netherlands Donor Feces Bank. United European Gastroenterol J. 2020 Dec;8(10):1236-1247. doi: 10.1177/2050640620957765. Epub 2020 Sep 29. PMID: 32990503; PMCID: PMC7724536.
[9] Hooi SL, Dwiyanto J, Rasiti H, Toh KY, Wong RKM, Lee JWJ. A case report of improvement on ADHD symptoms after fecal microbiota transplantation with gut microbiome profiling pre- and post-procedure. Curr Med Res Opin. 2022 Nov;38(11):1977-1982. doi:10.1080/03007995.2022.2129232. Epub 2022 Oct 7. PMID: 36164761.
[10] https://www.amili.asia/media/
[11] https://www.mobihealthnews.com/news/asia/singaporean-gut-microbiome-firm-amili-brings-home-105m-series-funding
[12] https://www.nccs.com.sg/news/research/landmark-study-launched-to-detect-liver-cancer-early-in-singapore
