Microorganisms and Humans Mutual Relationship

Microorganisms and Humans – Mutual Relationship JAN KREJSEK, JAKUB NOVOSAD, OTAKAR KOPECKÝ Ústav klinické imunologie a alergologie, LF UK a FN, Hradec Králové

SOUHRN Mikroorganismy patogenní pro člověka představují pouze nepatrnou část společenství mikrobů. Současné spektrum mikrobiálních patogenů člověka je výsledkem dlouhodobé koexistence, jejíž kořeny je nutno hledat v neolitické revoluci, charakterizované přechodem k zemědělství, domestikací zvířat a usedlým způsobem života. Většina mikrobů patogenních pro člověka má původ v domestikovaných zvířatech. Přirozená imunita identifikuje molekulové vzory asociované s patogenními mikroorganismy (PAMP) pomocí rozmanitých membránových a solubilních receptorů PPR a indukuje imunitní odpověď. Specifické složky imunity chrání člověka při opakovaném podnětu stejným agens. Expozice patogenním i nepatogenním mikroorganismům představuje hlavní evoluční selekční mechanismus pro člověka. Působení mikroorganismů na individuální i populační úrovni je v posledních desetiletích nežádoucím způsobem ovlivněno aplikací antibiotik. Neuvážené užívaní antibiotik vede k narušení individuální fyziologické mikroflóry. To, spolu se zmenšující se expozicí mikrobům vnějšího prostředí (sanitace) negativně ovlivňuje individuální imunologickou reaktivitu. Individuální imunologická reaktivita je modulována i působením aktivní imunizace, málo reflektující ontogenetický vývoj imunitního systému. Narušení vzájemných vazeb mezi mikroorganismy a člověkem je pravděpodobně jednou z příčin rychlého nárůstu imunopatologických nemocí, zvláště atopické reaktivity. Klíčová slova: mikroorganismy, imunita, vzájemné vztahy SUMMARY Microbs, which are pathogenic for humans, are only very small fraction of microbial kingdom. The origin of these pathogenic microbs is in wild animals which were domesticated during neolitic revolution. Innate immunity is able to identify pathogen associated molecular patterns (PAMP) of pathogenic microorganisms by various receptors for pathogen patterns (PPR). Adaptive immunity protects people effectively during repeated exposure to the same microbial agent. Exposure to the both pathogenic and

nonpathogenic microbs is the principal evolutionary selection mechanism. The influence of microbs on individual and populational level is significantly changed by the application of antibiotics. Their application results in the disturbance of individual physiological microflora. This change together with deminished environmental microbial load results into adverse effect on ontogenetical development of immune system. This gradual loss of mutual relationship between microbs and people is very likely one from the reasons for rapid increase in the incidence of autoimmune immunopathological diseases such as allergies. Key words: microbs, immunity, relationship

Úvod Mikroorganismy představují nejstarší, nejpočetnější a zřejmě i nejvýznamnější část živé přírody. Obsazují všechny niky planety, žijí a množí se i v extrémních podmínkách, např. v teplotním rozmezí od cca –18 °C (psychrofilní) do 113 °C (hypertermofilní), v rozmezí od pH blízké nuly do pH = 9, v nepřítomnosti kyslíku, vody, tolerují ionizující záření. Svou schopností fotosyntézy zajišťují mikroorganismy samy nebo v podobě buněčných endosymbiontů (chloroplasty) proces asimilace CO2 za využití světelné energie Slunce. Bez jejich působení by na Zemi nevznikl kyslík a organická hmota. Je nepochybně prokázáno, že mitochondrie zajišťující, procesy oxidativní fosforylace vyšších organismů, jsou mikrobiálními endosymbionty. Nedoceňována je klíčová úloha anaerobních mikroorganismů přítomných v žaludku přežvýkavců na přeměně celulózy, která představuje podstatnou část primární biomasy planety na látky využitelné k tvorbě živočišné bílkoviny. Je odhadováno, že mikroorganismy tvoří 60 % biomasy na Zemi. Konečně, mikroorganismy jsou člověkem bezprostředně využívány v kvasných a zracích procesech v potravinářském průmyslu. Nezanedbatelné je i využití mikrobů v průmyslové výrobě organických sloučenin, včetně léků (antibiotik), a v současnosti i v biotechnologických postupech. Mikrobiální svět, který člověka obklopuje od narození do smrti, se vedle genetické dispozice významnou měrou podílí na utváření individuální imunologické reaktivity. Význam je v tomto ohledu přisuzován prostředí organismům, mikrobům tvořícím přirozenou mikroflóru sliznic člověka i patogenním mikroorganismům. Lze říci, že patogenní mikroorganismy, které představují pouze minoritní část mikrobiálního světa, jsou tradičně ve středu pozornosti lidí i medicíny a význam zbývajících mikroorganismů není zatím, až na výjimky, doceňován. Patogenní mikroorganismy však bez nadsázky po většinu existence člověka jako druhu určovaly individuální osudy lidí, zasahovaly do dějinných událostí a byly pro lidskou populaci nejvýznamnějším evolučním činitelem. Zlomovou událostí v historii člověka je údobí zhruba před 10 000 roky, kdy člověk postupně přešel od lovecko-sběračského způsobu života k usedlé zemědělské činnosti. Ta je spojena se vznikem trvalých sídel a domestikací zvířat. Jsou molekulově genetické doklady, že většina závažných infekcí člověka je způsobena infekčními agens, která byla přenesena z domácích zvířat. Usedlý způsob života a zlepšující se ekonomické podmínky vedly k rozrůstání lidských komunit, ve kterých mohlo docházet snadno k šíření infekčních nemocí. Zásadní změna ve vztahu člověk – patogenní mikroorganismy nastala až ve 2. pol. minulého století v souvislosti s masovým využitím principů aktivní imunizace a s širokou aplikací antibiotik. Představy, že vztah člověk – mikrob je jednoznačně vyřešen ve prospěch člověka, se ukázaly jako mylné. Bakteriální infekce zůstávají jednou z hlavních příčin smrti lidí. Je odhadováno, že infekce dolních dýchacích cest jsou příčinou smrti až 4 miliónů lidí ročně. Infekční nemoci zažívacího ústrojí jsou odpovědny za smrt cca 2 mil. lidí ročně. Zhruba stejný počet osob zemře na TBC. Vážnou hrozbou v globálním měřítku představují pro nás prakticky neznámá bakteriální onemocnění, jako je tetanus (400 tis. mrtvých/rok), pertuse (300 tis. mrtvých/rok). Pohlavně přenosné choroby odpovídají asi za 200 tis. mrtvých/rok a meningitidy za zhruba stejný počet mrtvých osob. Bakteriální infekce mohou být důvodem rozvoje autoimunitních imunopatologických nemocí a příčinou vzniku nádorů. Před obtížně řešitelné problémy

staví medicínu rezistence mikrobů k antibiotikům. Objevují se nové infekce nebo se znovu stávají problémem infekce, které byly na přechodnou dobu pod kontrolou, např. TBC. Nové problémy vyplývají z populačního růstu a z rychlých změn socioekonomických podmínek života lidí. Do vztahu člověk – mikrob výrazně zasahuje stále se zvětšující a zrychlující se globální transport osob. Jako potenciální zdroje patogenních mikrobů jsou ve vyspělých zemích vnímáni migranté ze zemí rozvojových. Na druhou stranu ve vyspělých zemích začíná být negativně pociťována snížená nebo změněná expozice přirozeným mikrobiálním podnětům, které v důsledku chybějí pro optimální nastavení individuální imunologické reaktivity. Je zřejmé, že je naprosto nezbytné studovat fyziologické vztahy mezi mikrobem a člověkem i patogenetické mechanismy infekčních nemocí. Podstatnou měrou k tomu přispívá i stále hlubší znalost interakcí mezi člověkem a mikroorganismy na molekulové a buněčné úrovni.

Člověk a přirozená mikroflóra Přirozená mikroflóra, která osídluje vnější a vnitřní povrchy lidského těla nejlépe dokládá pozitivní význam mikrobiálního světa pro člověka. Ukazuje se, že každý jedinec je osídlen populacemi mikroorganismů, které mají výrazné individuální charakteristiky. Osídlovací vzory jednotlivých lidí jsou unikátní a fyziologicky se udržují po celý život. Osídlování přirozenou mikroflórou má svoji ontogenetickou dynamiku a je výsledkem mnohočetných vzájemných interakcí mezi mikroorganismy a hostitelem. Tyto interakce zahrnují ze strany člověka především kvalitu kožních a slizničních povrchů, dále mechanismy fyziologických obranných bariér i slizniční a kožní imunitní systém. Na složení přirozené mikroflóry samozřejmě má vliv také expozice vnějšímu mikrobiálnímu světu a pravděpodobně i některé genetické faktory, které určují individuální proměnlivost imunitní reaktivity. Ontogenetickou dynamiku osídlování přirozenou mikroflórou si nejlépe můžeme ukázat na fyziologické mikroflóře distálních úseků trávicího traktu. Novorozenec se v průběhu intrauterinního vývoje nachází v naprosto sterilním prostředí. Je kolonizován již při porodu kontaktem s mateřskými enterickými bakteriemi, které se nacházejí v perineální oblasti. Tyto bakterie rychle kolonizují střevo novorozence. U novorozenců, kteří jsou po patřičnou dobu plně kojeni, dochází k nahrazení této mikroflóry za mikroorganismy z rodu Bifidobacterium. S postupným přechodem na tuhou dietu nastává definitivní kolonizace gastrointestinálního traktu. Fyziologická mikroflóra distálních úseků gastrointestinálního traktu je tvořena více než 400 dosud známými bakteriálními druhy. Odhaduje se, že 99 % těchto mikrobů jsou anaerobní bakterie. Individuální mikroflóra je v čase pro jednotlivé lidi pozoruhodně konstantní. Mezi různými osobami jsou naopak výrazné rozdíly ve složení fyziologické mikroflóry trávicího traktu. Zapojení dalších regulačních systémů těla do vztahu mezi mikrobem a hostitelem lze ukázat na příkladu ekosystému poševní mikroflóry. Vaginální mikroflóra je ovlivněna věkem, menarche, konkrétním údobím menstruačního cyklu, těhotenstvím, menopauzou a samozřejmě i případnými infekcemi patogenními mikroorganismy. Převažující bakterií, která se nachází ve vagíně zdravé dospělé ženy, je Lactobacillus vaginalis. Laktobacily produkcí značného množství kyseliny mléčné snižují pH poševního prostředí, a brání tak množení patogenních mikroorganismů. Laktobacily produkují kyselinu mléčnou z glukózy, která vzniká působením vaginálních epitelových buněk z glykogenu. Tvorba a ukládání glykogenu ve vaginálním epitelu je pod kontrolou estrogenních hormonů. U dívek v premenarcheálním období se z tohoto důvodu prakticky nevyskytují v pochvě laktobacily. Podobně kolonizace laktobacily je vzácná u žen v postmenopauzálním období. Lze tedy uzavřít, že přirozená mikroflóra vagíny je zcela určována endokrinním systémem. Prospěšné působení přirozené mikrobiální flóry pro člověka je zajišťováno několika mechanismy: 1. Přirozená mikroflóra GIT se podílí na konečných fázích trávení potravy. Mikroorganismy mohou tělu dodávat prospěšné látky, např. charakteru vitaminů. Optimální střevní mikroflóra může zabraňovat vzniku toxických produktů s potenciálními karcinogenními účinky na epitelové buňky střeva. 2. Přirozená mikroflóra sliznic a kůže soutěží o „životní prostor“ s patogenními mikroorganismy, zejména:

– soutěží o povrchové receptory buněk s patogenními mikroorganismy, – soutěží o nutriční zdroje, – produkcí bakteriocinů (kolicinů) zabraňuje růstu a množení patogenních mikroorganismů, – svým metabolismem napomáhají ke vzniku dalších látek s bakteriostatickými nebo baktericidními vlastnostmi. Fyziologická mikroflóra člověka je negativně ovlivňována mnoha faktory. Zřejmě největší negativní dopady má podávání antibiotik. Antibiotika rozvracejí přirozenou mikroflóru člověka a jejich používání může vést až k ireverzibilním změnám ve spektru přirozené mikroflóry. Za velmi škodlivé je považováno obohacování krmných směsí užívaných pro výkrm hospodářských zvířat antibiotiky. Vede nepochybně ke vzniku rezistentních kmenů bakterií, ze kterých může docházet k přenosu faktorů rezistence i na bakteriální mikroflóru člověka. Podobný vliv má přehnaná hygiena, která poškozuje kožní přirozenou mikroflóru. Zatím ještě nelze zhodnotit dopady, které má na přirozenou mikroflóru vývoj lidské populace v uplynulých zhruba 100 letech. Během tohoto relativně krátkého období došlo k dramatickým změnám v socioekonomických podmínkách života lidí. Zásadně se změnila skladba potravy, podmínky bydlení, sanitace, způsoby života i práce lidí. To, spolu s urbanizací, nutně mění expozice mikrobiálnímu světu. To vše, spolu s aplikací antibiotik a masovou vakcinací, nepochybně zásadní měrou proměňuje přirozenou mikroflóru lidí. Závěrem je nutné zdůraznit, že přirozená mikroflóra je kontrolována imunitními mechanismy, zvláště slizniční imunitou. Jsou-li obranné mechanismy imunity z nějakých důvodů oslabeny, mohou se mikroorganismy, které jsou součástí přirozené mikroflóry, stát původci závažných infekcí, často se smrtelnými důsledky. Nejčastějším důvodem tohoto stavu je oslabení imunitního systému, které je spojeno s leukopenií indukovanou cytostatickou léčbou, která často vede i k přímému poškození integrity slizničních povrchů. Je opakovaně prokázáno, že v bakteriálním světě existuje významná mobilita genetické informace přinejmenším mezi různými kmeny téhož druhu. Výjimkou však není ani mezidruhový přenos genetické informace. Genetická informace je přenášena jako plazmidy i v chromozomálně vázané formě genetické informace, např. při procesech bakteriální konjugace. Dalším způsobem je transdukce genetické informace prostřednictvím bakteriofágů. Takto je možný přenos genetických determinant, např. rezistence vůči antibiotikům či genů kódujících faktory patogenity z bakterií přirozené mikroflóry na patogenní mikroorganismy.

Bakterie jako původci nemocí Bakteriální infekce může být příčinou i následkem patologických procesů v lidském těle. Na straně bakterie jsou určující faktory patogenity, rychlost množení a schopnost vytvářet spóry. Na straně hostitele je zdůrazňováno oslabení obranyschopnosti, metabolická deprivace, hormonální deregulace. Výčet patologických stavů vyvolaných bakteriemi není možný, kterákoliv buňka, tkáň, orgán či soustava mohou být bakteriální infekcí zasaženy. Patogenní bakterie musí být schopna proniknout do těla hostitele a musí dosáhnout své optimální životní niky. Patogenní bakterie musí zabránit účinkům přirozené imunity nebo je narušit. Musí uniknout účinkům specifické imunity, v těle se rozmnožit nebo perzistovat. Obvykle působí poškození těla hostitele. Konečně, patogenní bakterie je schopna infikovat další hostitele. Bakteriální infekce může indukovat autoimunitní imunopatologickou reaktivitu. Dobrým příkladem je vztah mezi infekcí Campylobacter jejuni a syndromem Guillain-Barreho. Guillain-Barreho syndrom je polyradikuloneuropatie, která je patogeneticky z části způsobena aktivitou autoprotilátek proti gangliosidům nervové tkáně. Ty vykazují zkříženou reaktivitu s antigeny C. jejuni a zřejmě vznikají mechanismem molekulových mimikrů. V zánětu, kterým organismus reaguje na infekční podnět, mohou převládnout poškozující složky. Tak tomu je v případě spirochetálních infekcí včetně lymské boreliózy. Patogenní borelie nemají jednoznačně působící faktory patogenity. Jimi indukovaná imunitní reakce vede

u geneticky disponovaných osob ke sledu zánětových reakcí poškozujících kůži, nervový systém či kloubní výstelky. Překvapivě nové pohledy přináší hlubší pochopení aterosklerózy, která představuje nejčastější příčinu morbidity a mortality v populaci rozvinutých zemí. Donedávna byla klíčová úloha v patogenezi aterosklerózy přičítána poruše lipidového metabolismu. Ve světle nejnovějších patogenetických poznatků je na ni pohlíženo jako na zánětlivé onemocnění, ve kterém by svůj podíl mohly mít, vedle genetické dispozice, i mikroorganismy, zvláště Chlamydia pneumoniae. Konečně, dlouhodobě perzistující bakteriální infekce, vedoucí k chronickému zánětu, může být příčinou postupné akumulace genetických poruch v buňce s následnou maligní transformací. Nejprospěšnějším příkladem je v tomto ohledu infekce Helicobacter pylori a její kauzální vztah k adenokarcinomu a MALT lymfomu žaludku. Je pozoruhodné, že samotná eradikace infekce H. pylori antibiotiky vede k regresi MALT lymfomu. Působením patogenetických bakterií je určováno jednak jimi samotnými, jednak individuálními vlastnostmi hostitele. Zdůraznit je třeba často značnou kmenovou odlišnost v rámci jednotlivých bakteriálních druhů. Patogenetické působení bakterií představuje obvykle množinu komplikovaných vztahů mezi mikrobem a hostitelem. Mnohé z výše uvedených faktorů patogenity jsou u bakterií kódovány z určitých částí genomu, označených jako „ostrovy patogenity“. V těchto úsecích genomu jsou geny, kódující molekuly odpovědné za patogenetické působení bakterií, nahloučeny. Lze trochu zjednodušeně říci, že se patogenní a nepatogenní kmeny bakterií v rámci druhu, či druhy v rámci bakteriálního rodu, odlišují pouze přítomností „ostrovů patogenity“. Současné postupy molekulové biologie jasně ukazují, že se genové úseky „ostrovů patogenity“ svým složením odlišují od zbývající části bakteriálního genomu. „Ostrovy patogenity“ jsou výsledkem evoluce genů virulence, které jsou mezidruhově šířeny prostřednictvím přenosných genetických elementů. Od zbytku bakteriálního genomu se odlišují poměrem bazí guanosinu a cytosinu a jsou ohraničeny inzerčními sekvencemi, zbytky genetické informace bakteriofágů nebo transpozičními elementy. Kromě „ostrovů patogenity“ mohou být bakteriální faktory patogenity kódovány i z plazmidů (patogenní borelie) či bakteriofágů (toxigenní konverze Corynebacterium diphterie).

Přirozená imunita – identifikace s patogenem asociovaných molekulových vzorů Až donedávna byla úloha přirozené imunity podceňována především proto, že nebylo možné vysvětlit, jakým způsobem především buněčné složky přirozené imunity identifikují infekční agens a zahajují tak obrannou reakci. Bylo dokládáno, že pro diskriminaci infekčních agens využívá nespecifická imunita pouze prostředků poskytnutých specifickou imunitou. Zdůrazňována byla úloha specifických protilátek navázaných na mikrobiální povrchy s následnou aktivací složek komplementu. K identifikaci mikrobů mohlo podle původních představ docházet pouze prostřednictvím receptorů pro Fc fragmenty imunoglobulinů, případně pro aktivované složky komplementu. V současnosti je tato koncepce již zcela překonána. Je definitivně potvrzeno, že buňky přirozené imunity mají naopak řadu možností, kterými mohou identifikovat invadující mikroorganismy. Podle soudobé koncepce je přirozená imunita schopna identifikovat tzv. „nebezpečné vzory“ bakterií. Nebezpečnými vzory rozumíme komplexní množinu solubilních molekul a buněčných struktur mikroba, kterými se mikrobiální buňky odlišují od buněk eukaryotních. Výklad tohoto pojmu komplikuje ještě skutečnost, že buňky přirozené imunity musí odlišovat molekulové vzory mikrobů, které nepředstavují pro člověka nebezpečí (přirozená mikroflóra), od molekulových vzorů asociovaných s patogenními mikroorganismy (Pathogen Associated Molecular Patterns – PAMPs). Rozlišují se dvě třídy PAMPs; první jsou PAMPs stimulující fagocytózu, druhou třídou PAMPs, které aktivují zánětlivé mechanismy. Mikrobiální PAMPs jsou identifikovány prostřednictvím membránově vázaných i solubilních molekul přirozené imunity. Souhrnně se označují jako receptory pro patogenní vzory (Pathogen Pattern Receptors – PPRs). Podle některých autorů jsou receptory pro patogenní vzory označovány jako PRR (Pathogen Recognition Receptors). Zatímco na podnět představovaný patogenními mikroorganismy je třeba

zareagovat obrannou reakcí, podnět poskytnutý molekulovými vzory nepatogenních mikrobů musí vést k navození stavu imunitní neodpovídavosti, protože každá imunitní odpověď v sobě zahrnuje potenciální riziko poškození. Patogenní bakterie patří prakticky výlučně mezi Gram-negativní a Gram-pozitivní bakterie, mykobakterie a spirochety. Jsou vybaveny řadou komponent, které působí jako PAMPs a stimulují imunitní systém. Specifická imunita potenciálně reaguje na všechny „cizí“ mikrobiální podněty, bez schopnosti odlišit patogenní mikroorganismy od nepatogenních. Důsledné naplnění tohoto konceptu by vedlo k permanentní aktivaci specifické imunity s nepochybnými negativními důsledky pro člověka. Řešení tohoto problému poskytuje přirozená imunita. Ta mezi mikroorganismy a jejich produkty identifikuje pouze nebezpečné podněty. Ty jsou potom zpracovány v antigen prezentujících buňkách a po zpracování prezentovány T lymfocytům navázaným na molekuly HLA. Přirozená imunita zároveň poskytuje množinu kostimulačních, akcesorních a adhezních interakcí, doplněnou o optimální cytokinové mikroprostředí, tzv. nezbytný „kontext“ rozpoznávání. Pouze dostatečná úroveň antigenních podnětů zprostředkovaných TcR, doplněných o „kontext“ rozpoznávání, umožní aktivaci a klonální expanzi T lymfocytů. Z uvedeného vyplývá, že fungování specifické adaptivní imunity, zprostředkovaně také B lymfocytů a tvorby protilátek, určuje přirozená imunita.

Genomika a proteomika vztahu mezi člověkem a bakteriemi Poslední desetiletí minulého století je v biomedicíně možné považovat za zlomové období. V plné míře se i v této části biologických věd uplatnil enormní pokrok molekulové biologie, genetiky a informačních technologií. Byl zcela popsán genom mnoha významných bakteriálních patogenů. Jako první byla tato analýza uskutečněna u Haemophilus influenzae. Z dalších již několika desítek ukončených genomových analýz vybíráme např. Helicobacter pylori, Borrelia burgdorferi, Neisseria meningitidis, Treponema pallidum, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Escherichia coli a nedávno i Streptococcus pneumoniae. Výsledky genomových analýz byly poměrně překvapivé. Ukázalo se totiž, že genetický základ mikroorganismů je komplikovanější, než se původně očekávalo. Platí to zvláště pro modelové organismy, jejichž genom byl klasickými postupy podrobně analyzován již v minulosti (E. coli). Data, která jsou získávána při genomových analýzách, jsou ukládána do datových bank. Současný potenciál výpočetní techniky umožňuje nejrůznější porovnání a analýzy jednotlivých genových sekvencí. Ty odhalily, že mnohé geny kódující faktory bakteriální patogenity se nacházejí nahloučeny v určitých oblastech genomu, označených jako „ostrovy patogenity“. Porovnáním těchto sekvencí mezi jednotlivými bakteriálními druhy bylo prokázáno, že mezi nimi existuje výrazná homologie a jejich přítomnost je zřejmě výsledkem horizontálních přenosů genetické informace. Genomová analýza Mycobacterium tuberculosis a vakcinačního kmene Mycobacterium bovis BCG prokázala, že na rozdíl od předchozích předpokladů existují mezi těmito bakteriemi výrazné odlišnosti. Proces atenuace kmene BCG M. bovis byl spjat s rozsáhlými delecemi v genomu. Těmito genetickými změnami lze zřejmě alespoň částečně vysvětlit ne vždy zcela uspokojivé výsledky aktivní imunizace proti M. tuberculosis. Byla vysvětlena i dosavadní nemožnost kultivovat M. leprae v in vitro podmínkách. V genomu M. leprae chybějí rozsáhlé genové oblasti kódující enzymy významných metabolických drah. Genomová analýza odhalila, že u některých bakterií (B. burgdorferi) je velmi důležitá část bakteriální genetické informace lokalizována na extrachromozomálních replikonech-plazmidech. Zde opět platí, že z plazmidů jsou kódovány především významné faktory patogenity. Příkladem je patogenní spirocheta B. burgdorferi. V současné době probíhají intenzivní práce na rozšifrování genomu dalších medicínsky významných bakteriálních druhů. Odhaduje se, že do několika let bude provedena kompletní genomová analýza u zhruba 300 medicínsky nejvýznamnějších mikroorganismů. Poznání unikátních genových sekvencí bakteriálních druhů urychlil vývoj nové diagnostické technologie založené na tzv. „DNA arrays“. Technologie „DNA arrays“ je založena na vazbě specifických sekvencí jednotlivých genů na speciální membrány, které potom umožní hybridizovat genetický materiál izolovaný

z neznámého mikroorganismu. Hybridizační produkty jsou identifikovány pomocí fluorescenčních barevných signálů. Postupná miniaturizace technologie „DNA arrays“ vede k přípravě DNA biočipů, které umožňují analýzu tisíců genů současně. Přípravu DNA čipů i hodnocení hybridizačních produktů lze provádět robotizovaně. Výkonná výpočetní technika následně umožňuje porovnávat získané výsledky se světovými databázemi. Technologie „DNA arrays“ velmi pravděpodobně ve střednědobém výhledu zásadně změní dosavadní přístupy k identifikaci bakteriálních infekčních agens. V roce 2001 byla ukončena kompletní identifikace lidského genomu. I zde se při použití DNA arrays otvírá možnost analyzovat odpověď hostitelských buněk na danou infekci, včetně imunitní reakce na úrovni genů. Výsledky genomových analýz člověka i bakterií však nelze v žádném případě přeceňovat. Nesmírné množství poznatků, které je k dispozici o genomu člověka i o genomech nejdůležitějších původců bakteriálních infekcí, přináší zásadně nové pohledy na vztah mezi hostitelem a bakteriemi. Genomické informace však informují především o potenciálních možnostech člověka i bakterií. K tomu, abychom mohli znát reálný vztah mezi člověkem a patogenními bakteriemi, je třeba se zabývat expresí bakteriálních i lidských genů a způsobů regulace exprese. To umožňuje rychle se rozvíjející vědní odvětví nazvané proteomika. Proteomika používá biochemické a imunochemické postupy k identifikaci spekter bakteriálních proteinů, bílkovin lidských buněk a dává je do vzájemných souvislostí.

Doc. RNDr. Jan Krejsek, CSc. Ústav klinické imunologie a alergologie LF UK a FN 500 05 Hradec Králové tel.: 495 833 454 fax: 495 832 015 e-mail: [email protected]

LITERATURA 1. Aderem A, Ulevitch RJ. Toll-like receptors in the induction of the innate immune response. Nature, 2000; 406: 782-787. 2. Boman HG. Innate immunity and the normal microflora. Immunol. Rev., 2000; 173: 5-16. 3. Carroll MC, Prodeus AP. Linkages of innate and adaptive immunity. Curr. Opin. Immunol., 1998; 10: 36-40. 4. Chambers G, Lawrie L, Cash P, Murray GI. Proteomics: a new approach to the study of disease. J. Pathol., 2000; 192: 280-288. 5. Cohen ML. Changing patterns of infectious diseases. Nature, 2000; 406: 762-67. 6. Fasano A. Cellular microbiology: how enteric pathogens socialize with their intestinal host. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr., 1998; 26: 520-32. 7. Fauci AS. Infectious diseases: considerations for the 21st century. Clin. Infect. Dis., 2001; 32: 675-85. 8. Gallucci S, Matzinger P. Danger signals: SOS to the immune system. Curr. Opin. Immunol., 2001; 13: 114-19. 9. Lilja G, Wickman M. The immunology of fetusses and infants. Allergy, 2000; 55: 589-90.

10. Mackay ChR. Chemokines: immunology´s high impact factors. Nature Immunol., 2001; 2(2): 95-101. 11. Mantovani A. The chemokine system: redundancy for robust outputs. Immunol. Today, 1999; 20(6): 254-57. 12. Medzhitov R. CpG DNA: security code for host defense. Nature Immunol., 2001; 2(1): 15-16. 13. Medzhitov R, Janeway Ch. Innate immunity. N. Engl. J. Med., 2000; 343(5): 338-44. 14. Michetti P. Vaccine against Helicobacter pylori: fact or fiction? Gut, 1997; 41: 728-730. 15. Modlin RL. A toll for DNA vaccines. Nature, 2000; 408: 659-60.

Poznámka: Další literatura k dispozici u autorů.