Viac nám v rozhovore prezradili biochemici Marián Kupčulák a Martin Veselý, kardiológ pôsobiaci v Nemecku Ivan Vorčák a študentka molekulárnej biológie Jana Kružlicová. Odpovedajú spoločne ako jeden tím, ktorý vytvorili – BabyBiome.
Váš tím zvíťazil na podujatí s názvom biohackathon v rámci témy Užitočný mikrobióm. Ako ste sa dali dokopy?
Martin s Mariánom sa poznajú už dlhšie z univerzity. No Ivan s Jankou sa pridali práve na biohackatone. Napriek on-line komunikácii sme si sadli ľudsky aj profesionálne. Mali sme spoločné skúsenosti so životom v zahraničí a každý vnímal toto podujatie ako šancu stretnúť sa so slovenskou komunitou podobne zmýšľajúcich ľudí. Spojil nás takisto záujem o tému mikrobiómu a potenciál využitia biotechnológií, ktoré naozaj dokážu pomôcť ľuďom.
Pri hackathone si človek predstaví programátorov v mikinách za počítačmi, ktorí za jediný víkend vymyslia superprogram. Čo však znamená, ak je to bio?
Princíp je rovnaký. Za čo najkratší čas, 48 hodín, sa dostať od všeobecného problému k riešeniu. Netvorili sme softvér, ale rozvíjali sme inováciu s využitím biotechnológie. Mohlo ísť napríklad o využitie baktérií na výrobu odolných nanomateriálov, zneškodnenie toxických látok vo vode, na terapiu proti závažným ochoreniam. Na tomto biohackathone mohli účastníci hľadať biotechnologické riešenia na výzvy v oblasti recyklácie alebo ľudského mikrobiómu.
Ako to prebiehalo?
Viedli sme rozsiahle debaty, často vedecké. Cítili sme časový tlak a zároveň snahu posunúť sa od debaty o vede k brainstormingu, rozvoju riešenia a k budovaniu biznis plánu. Pri takom obmedzenom čase sme sa nemohli len rozprávať a dumať, ale hneď sme museli dávať veci na papier a pýtať si spätnú väzbu od ľudí. Toto sa pri vedeckom procese až tak bežne nedeje. V tom je práve hlavná výzva, ale zároveň aj výhoda tohto formátu.
Lifbee Academy zorganizovala v apríli vôbec prvý takýto kreatívny biotechnologický maratón na Slovensku. Je biohackathon aj inde vo svete relatívne nová vec?
Biohackathony sa naozaj rozšírili po svete iba za posledných štyri až päť rokov, a to najmä v USA. Zúčastnia sa ich desiatky až stovky vedcov, inžinierov, dizajnérov a aj programátorov. Zameriavajú sa na rôzne témy, ktoré práve rezonujú v spoločnosti. Globálne otepľovanie, zdravotnícke výzvy, problémy v rozvojových krajinách. Tento formát sa stáva veľmi populárnym aj vďaka tomu, že nevyžaduje veľa času, je prakticky zadarmo a účastníci spoznajú veľa nových a inšpiratívnych ľudí. Zároveň sa niečo nové naučia a možno prispejú k riešeniu závažných problémov.
Kým sa dostaneme k vášmu nápadu, asi by sme mali vysvetliť, čo robí človeka jedinečného z biologického hľadiska. Asi každému napadnú ako prvé gény. Ale je tu ešte mikrobióm. Čo to vlastne je?
Presne tak, každý človek je jedinečný, a to najmä z genetického hľadiska. Na jedinečnosť však významne vplýva aj okolité prostredie. Napríklad aj jednovaječné dvojčatá vyrastajúce na rôznych miestach sa mierne odlišujú. Okrem nášho vlastného organizmu a okolitého prostredia je tu však ešte tretia vec, ktorá výrazne ovplyvňuje vývoj jedinca, a tou sú práve mikroorganizmy v našom tele. Ide najmä o baktérie a kvasinky dlhodobo žijúce v rôznych častiach nášho tela, ktoré sa často označujú ako mikrobióm alebo mikroflóra. Zaujímavé je, že počet buniek mikroorganizmov výrazne prevyšuje počet našich ľudských buniek a náš život bez nich by bol takmer nemožný.
Neexistujú dva rovnaké mikrobiómy?
Mikrobióm človeka je niečo ako odtlačok prsta. Väčšina mikrobiómu je u zdravých ľudí síce rovnaká, ale jednotlivci sa líšia v rôznorodosti a počte kmeňov baktérií, ktoré ich telo osídľujú. Mikrobióm sa časom mení a ten proces a následné zloženie je u každého človeka iné. Pri črevnom mikrobióme hrá napríklad veľkú úlohu strava. U ľudí, ktorí konzumujú málo vlákniny a veľa tukov či červeného mäsa, sa viac darí „zlým baktériám“, zatiaľ čo v ľuďoch s vyváženou stravou bohatou na vlákninu sa viac darí „dobrým baktériám“. V podstate platí pravidlo, že čím má zdravý človek pestrejšiu a vyváženejšiu stravu, tým viac prospešných druhov mikroorganizmov možno v črevnom mikrobióme očakávať.
Množstvo štúdií potvrdzuje, že mikrobióm má kľúčový vplyv na zdravie človeka. Ako konkrétne?
Najznámejšie úlohy zdravého mikrobiómu sú pomoc s trávením potravy alebo vplyv na imunitu. Mikrobióm napríklad pomáha brániť naše telo pred premnožen9m „zlých baktérií“, ktoré by mohli spôsobiť infekcie alebo vážne ochorenia. Pozitívnych vplyvov však môže byť omnoho viac. Zdravý črevný mikrobióm taktiež produkuje aj látky podporujúce regeneráciu poškodených častí čriev. Najnovšie štúdie dokonca ukazujú, že črevný mikrobióm dokáže pozitívne ovplyvňovať aj fungovanie iných orgánov ako napríklad pľúc, srdca, pečene či mozgu. Naopak, ľudia, ktorí majú mikrobióm menej rôznorodý alebo v ňom prevažujú „zlé baktérie“, môžu byť náchylnejší na niektoré ochorenia ako alergia, astma, ekzém alebo črevné ochorenia.
Kde všade sa užitočné mikróby a baktérie nachádzajú?
Najviac mikroorganizmov sa nachádza práve v črevách a na koži. Rovnako je človek osídlený baktériami aj na slizniciach, v ústach, nosohltane, ale aj na pohlavných orgánoch. Posledné roky sa ukazuje, že menšie množstvo baktéri9 sa u zdravého človeka nachádza aj v pľúcach a močových cestách, i keď sa ešte presne nevie, či ich baktérie osídľujú dlhodobo, alebo sú tam iba dočasne.
Tak sa postupne dostávame k vášmu nápadu. Mikrobióm nefunguje podobne ako gény, človek nemá mikrobióm zapísaný v kostiach, v DNA. Ako ho teda získa?
Rôznymi spôsobmi. Jeho základ sa však tvorí najmä v období tesne po pôrode. Veľký vplyv naň má samotný pôrod, dojčenie, ale aj strava novorodenca. Dokonca existujú domnienky, že mikrobióm dieťaťa ovplyvňuje aj životospráva tehotnej matky.
Ako sa mikrobióm prenesie?
Pri klasickom pôrode sa dieťa narodí cez pôrodné cesty. Tie obsahujú mikroorganizmy, ktoré sú súčasťou prirodzeného mikrobiómu matky a počas pôrodu sa baktérie prenesú na novorodenca priamym kontaktom, prehltnutím alebo vdýchnutím. Telo dieťaťa sa dostane do kontaktu aj s fekálnou a kožnou mikroflórou matky. Aj v nich sa nachádzajú mnohé veľmi dôležité kmene mikrobiómu, ktoré dieťa získa počas života len veľmi ťažko.
Ako s tým súvisí cisársky rez?
V prvom rade je potrebné povedať, že správne indikovaný cisársky rez je dôležitý a užitočný zákrok, ktorý chráni život matky a dieťaťa – a to je vždy na prvom mieste. Vplyv tohto zákroku na mikrobióm je relatívne nová oblasť výskumu. Postupne sa zistilo, že pri cisárskom reze nedochádza k optimálnemu prenosu matkinho vaginálneho a fekálneho mikrobiómu na novorodenca. Ak v priebehu pôrodu k optimálnemu prenosu nedôjde, tak dieťa primárne osídľujú iné mikroorganizmy, najmä z kože matky a prostredia nemocnice. Nuž a štúdie ukazujú, že medzi novorodencami porodenými cisárskym rezom a klasickým spôsobom existujú rozdiely v zložení ich mikrobiómu.
Aké to môže mať následky?
V niektorých prípadoch to môže prispievať ku komplikáciám už krátko po pôrode. Napríklad u detí narodených cisárskym rezom je zvýšená šanca výskytu tráviacich ťažkostí vo forme kolík. Štúdie ďalej ukazujú, že u nich môže byť zvýšené riziko vyššie spomínaných ochorení pri mikrobióme so „zlými baktériami“. Stále je to však kontroverzná téma, ktorá si vyžaduje výskum. Aj v súčasnosti prebiehajú mnohé klinické štúdie na tému vplyvu mikrobiómu na vývin a zdravie dieťaťa, keďže tieto ochorenia môžu mať aj inú príčinu.
Bábätká po pôrode sa však prikladajú na telo matky aj z tohto dôvodu, aby dieťa „kolonizovali“ prospešné baktérie. Takisto sa odporúča čo najdlhšie dojčiť. Nestačí to?
Ukazuje sa, že pravdepodobne nestačí. Mikrobióm detí po klasickom pôrode sa odlišuje od mikrobiómu detí po cisárskom reze po roku života aj napriek tomu, že je dieťa dojčené. Každý z týchto procesov má však svoj čiastkový význam. Napríklad pri dojčení nejde iba o výživu dieťaťa a prenos baktérií. Dôležitý je aj prísun nestráviteľných látok z materského mlieka, ktoré zohrávajú rolu pri uchytení baktérií v čreve dieťaťa. Prirodzený proces prenosu mikrobiómu je komplexný dej, ktorému dnes ešte úplne do detailu nerozumieme. Práve preto je podľa nás istejšie neignorovať jeho jednotlivé časti a snažiť sa priblížiť podmienkam prirodzeného pôrodu aj v kombinácii s dojčením.
Keď vyšla v roku 2019 štúdia v časopise Nature, ktorá poukázala na rozdiely v zdraví medzi deťmi po klasickom pôrode a po cisárskom reze, ako prvé sa objavili nápady, že u takýchto detí treba jednoducho podávať viac prebiotík a probiotík. Ako to však navrhujete riešiť vy?
Užívanie prebiotík a probiotík je určite krok dobrým smerom, ale z dôvodu komplexnosti ľudského mikrobiómu to nemôže nahradiť jeho prirodzený prenos. Probiotiká obsahujú iba obmedzený počet kmeňov, ktoré sú vhodné ako doplnok stravy a často neobsahujú dôležité kmene, ktoré sa prenášajú práve pri prirodzenom pôrode. Naša snaha je v prvom rade otvoriť diskusiu na túto tému nielen v odborných kruhoch, ale najmä v spoločnosti. Vnímame, že na Slovensku sú medzery vo vzdelávaní rodičov ohľadom tehotenstva, pôrodov alebo starostlivosti o novorodenca. Rodičia sú často odkázaní na vlastné prieskumy a získavanie informácií z rôznych zdrojov. Radi by sme sa stali jedným z oporných pilierov pre rodičov a poskytovali kvalitné a overené informácie.
A ako teda prenesiete mikrobióm?
Snažíme sa priniesť na trh produkt, ktorý rodičom umožní bezpečné a komfortné vykonanie metódy označovanej ako „vaginal seeding“, čo sa dá voľne preložiť ako vaginálne osídľovanie. A to prostredníctvom jednoduchého kitu. Pri tejto metóde sa po pôrode cisárskym rezom novorodenec potiera gázou nasiaknutou mikrobiómom z matkinho lona. Dieťaťu by sa malo potrieť celé telo, od hlavy až po päty. V kite sa bude nachádzať súbor inštrukcií a jednoduché nástroje pre vykonanie metódy. Tento proces dnes v praxi nie je vôbec štandardizovaný. Nedávno realizované výskumy poukázali na potenciál tejto metódy a už dnes sa skúma jej prínos a bezpečnosť v rámci klinických štúdií. Zároveň zvažujeme ponúknuť rodičom aj alternatívu, kde by namiesto prirodzeného mikrobiómu mohli rodičia gázou aplikovať nami pripravený roztok. Roztok by mal obsahovať personalizovaný mix bezpečných a prospešných kmeňov baktérií, ktoré sú dôležité pre správny vývoj dieťaťa a neohrozujú jeho zdravie.
Bude to účinnejšie riešenie ako „tabletkové“?
Veríme, že áno! Naše riešenie sa snaží čo najviac priblížiť prirodzenému procesu. Podľa nás by podávanie prebiotík a probiotík malo byť až sekundárnou alternatívou, ak by sa proces prenosu nemohol uskutočniť. Probiotiká pre novorodencov totiž majú obmedzený počet kmeňov, ktoré zatiaľ nedokážu nahradiť prirodzený prenos. Zároveň si však musíme počkať na výsledok spomínaných klinických štúdií, ktoré majú dokázať prínos tejto metódy pre zdravie dieťaťa v neskoršom veku a hlavne bezpečnosť procesu. Prvotné štúdie však ukazujú, že metóda, ktorá rieši problém takmer okamžite po pôrode, môže mať oveľa pozitívnejší dosah ako doplnky stravy v neskoršom veku.
Foto: Johannes Lehner
Je to tak, že celý kit zvládne pohodlne a sama obslúžiť matka?
Áno, no mal by s tým súhlasiť aj gynekológ alebo pediater. V prvom rade dodáme matke kit s gázou. Pomocou detailných inštrukcií si sama prevedie mikrobióm na gázu tesne pred plánovaným pôrodom a bezpečne ho uloží do sterilnej dózy. Aplikáciu na dieťa môžu rodičia urobiť následne v nemocnici.
Nie je to však kontroverzná metóda?
Uvedomujeme si, že je to zatiaľ téma, ktorá bude dvíhať obočie lekárom a najmä gynekológom. Veríme však, že aj oni budú s príchodom nových poznatkov čoraz viac otvorení tejto téme. My budeme radi, ak nás takíto lekári budú kontaktovať a možno nájdeme spoločné prieniky.
Chcete ponúknuť aj analýzu samotného mikrobiómu. Čo sa z nej môžu rodičia dozvedieť?
Analýza by sa mala uskutočniť pred rozhodnutím o využití metódy „vaginal seeding“. Pomocou analýzy steru z lona matky by sme zistili prítomnosť potenciálne škodlivých mikroorganizmov. Už dnes sa štandardne u gynekológa pred pôrodom testuje mikroflóra matky na prítomnosť Streptokoka agalactiae. Ten totiž môže spôsobiť infekciu u dieťaťa, a ak sa jeho prítomnosť pred pôrodom potvrdí, nasadzuje sa liečba matky. Ak vyhodnotíme, že existuje reálne riziko infekcie pri štandardnom „vaginal seeding” priamo z lona, poskytneme alternatívne riešenie. Tým sú práve spomínané personalizované roztoky mikrobiómu, ktoré by sa mohli aplikovať na novorodenca prostredníctvom gázy.
Čítajte viac Analýza prvej stolice novorodenca môže odhaliť riziko možnej budúcej alergie
Ako ste sa vlastne k tejto téme dostali? Je za tým aj osobná skúsenosť?
Áno, je za tým osobná skúsenosť v rodine jedného člena tímu. Pri a po cisárskom reze sa, samozrejme, riešili akútne problémy a nebol čas zaoberať sa mikrobiómom. O metóde „vaginal seeding“ sa vtedy ešte veľmi nehovorilo. Riešili sa oveľa prozaickejšie problémy. Aby rodička po operácii vôbec začala dojčiť a podobne. Lekári aj rodina boli nakoniec radi, že sú všetci zdraví a môže sa ísť domov. K cisárskemu rezu sa ešte pridala antibiotická liečba, ktorej časť dieťa pri dojčení tiež dostalo a pridružili sa problémy s kolikami. Či a ako to súviselo s mikrobiómom, sa v konkrétnom prípade nedá s istotou povedať. Človek si až s odstupom času začal klásť otázky a o tému sa viac zaujímať.
Odborníci a podnikatelia na biohackathone o vašom nápade povedali, že má veľký trhový potenciál. V akej fáze sa teraz nachádzate?
Momentálne budujeme stránku babybiome.sk, aby sme mohli komunikovať so širšou verejnosťou a zbierať spätnú väzbu. Objavujeme trh, konkurenciu. Snažíme sa nadväzovať ďalšie spolupráce s odborníkmi. K výrobe ešte máme relatívne ďaleko, keďže regulácie sú v tejto oblasti patrične prísne a získanie licencie môže trvať aj niekoľko rokov. Radi by sme sa zapojili aj do klinických výskumov čo najskôr, aby sme podporili rozvoj v tejto oblasti. Už sa nám dokonca ozvali aj investori, ktorí by chceli podporiť náš nápad hneď v zárodku. Téma ich oslovila, sami sú rodičmi a prešli si podobnou skúsenosťou, vnímajú trhový potenciál.
V súvislosti s biohackathonom zaznela jedna poznámka. Slovensko patrí v prepočte na počet obyvateľov k jednému z najväčších výrobcov osobných automobilov na svete, no v počte registrovaných patentov na obyvateľa sa nachádza na opačnom konci rebríčka. Tento pohľad však narúša váš nápad a rovnako stovky ďalších vedeckých nápadov, ktoré sa na Slovensku v poslednom období objavujú. Mladí slovenskí vedci prišli nedávno s bioriešeniami horúčav v meste. Slovenský vedec Pavol Čekan, šéf firmy MultiplexDX, vyvinul testy, ktoré dokážu odhaliť aj zahraničné mutácie koronavírusu. Možno len vďaka zanovitosti a odhodlaniu ich autorov sa podobné idey zrealizujú na Slovensku, no mnohé si postupne nájdu cestu skôr do zahraničia. V čom je podľa vás najväčší problém?
V akademickej sfére na Slovensku sa venuje veľmi málo pozornosti témam inovácií a prenosu vedeckých poznatkov do praxe. Podľa nás je kľúčová úloha vedy a vedcov, hneď za rozširovaním poznania sveta okolo nás, snažiť sa posunúť nadobudnuté poznatky bližšie k praxi tak, aby mali reálny dosah na spoločnosť a na kvalitu života ľudí. Veda by mala predstavovať viac, než len citácie a publikácie.
Na to však musia mať vedci zdroje, priestor…
Ale najmä zručnosti! Tento problém sa začína už vo vzdelávacom systéme, kde dlhodobo chýba podpora komunikačných a podnikateľských zručností študentov a mladých vedcov. Tí musia nadobudnúť spomenuté zručnosti až v praxi po ukončení štúdia alebo popri štúdiu, čo trvá prirodzene dlhšie a vyžaduje investíciu vlastných zdrojov. Spomínaný biohackathon je jedným z formátov, ktorý prenos poznatkov zefektívňuje. Účastníci sú nútení rozmýšľať prakticky. Musia komunikovať svoje nápady jasne z pohľadu ľudí, ktorí by mali o ich nápad záujem. Na súťaži sa objavili prevažne tímy zložené z mladých slovenských vedcov a dizajnérov, ktorí prišli s veľmi zaujímavými nápadmi a prezentáciami. A to je veľmi pozitívne a pri pohľade na budúcnosť Slovenska sľubné.