Studie bakterií na obličeji by mohla vést k probiotikům pro zdravější pleť

Složení bakteriálních populací žijících na našem obličeji hraje významnou roli ve vývoji akné a dalších kožních onemocnění, jako je ekzém. U většiny lidí převládají dva druhy bakterií, ale jejich vzájemná interakce a vliv těchto interakcí na vznik onemocnění byly dosud obtížně studovatelné.

Výzkumníci z MIT nyní odhalili dynamiku těchto interakcí podrobněji, než bylo dříve možné, a vrhli světlo na to, kdy a jak se na kůži obličeje objevují nové bakteriální kmeny. Jejich zjištění by mohla pomoci při vývoji nových léčebných postupů akné a dalších onemocnění a mohla by také pomoci optimalizovat načasování takových léčebných postupů.

Výzkumníci zjistili, že mnoho nových kmenů Cutibacterium acnes, druhu, o kterém se předpokládá, že přispívá k rozvoji akné, se získává v raném dospívání. Potom se však složení těchto populací stává velmi stabilním a příliš se nemění, ani když je vystaveno novým kmenům.

To naznačuje, že toto přechodné stadium by mohlo být nejlepším obdobím pro zavedení probiotických kmenů C. acnes, říká Tami Liebermanová, docentka stavebního a ekologického inženýrství, členka MIT Institute for Medical Engineering and Science a hlavní autorka studie.

„Zjistili jsme, že existují některé překvapivé dynamické procesy a tyto procesy poskytují poznatky o tom, jak navrhnout probiotickou terapii,“ říká Liebermanová. „Kdybychom měli kmen, o kterém víme, že by mohl předcházet akné, tyto výsledky by naznačovaly, že bychom jej měli aplikovat brzy během přechodu do dospělosti, aby se skutečně uchytil.“

Jacob Baker, PhD '24, který je nyní hlavním vědeckým pracovníkem společnosti Taxa Technologies, je hlavním autorem článku, který dnes vychází v časopise Cell Host and Microbe. Mezi další autory patří absolvent MIT Evan Qu, postdoktorand MIT Christopher Mancuso, absolventka Harvardovy univerzity A. Delphine Tripp a bývalá postdoktorandka MIT Arolyn Conwill, PhD '18.

Mikrobiální dynamika

Ačkoli se C. acnes podílí na vývoji akné, stále není jasné, proč se akné vyvíjí u některých lidí, ale u jiných ne – může to být tak, že některé kmeny mají větší pravděpodobnost, že způsobí zánět kůže, nebo mohou existovat rozdíly v tom, jak imunitní systém hostitele reaguje na bakterie, říká Liebermanová. Existují probiotické kmeny C. acnes, o kterých se předpokládá, že pomáhají předcházet akné, ale přínosy těchto kmenů nebyly prokázány.

Spolu s C. acnes je druhou dominantní bakterií nalezenou na obličeji Staphylococcus epidermidis. Tyto dva kmeny tvoří asi 80 procent kmenů v mikrobiomu dospělé kůže obličeje. Oba tyto druhy existují v různých kmenech nebo liniích, které se liší malým počtem genetických mutací. Nicméně, až dosud nebyli vědci schopni přesně měřit tuto rozmanitost nebo sledovat, jak se mění v čase.

Více informací o této dynamice by mohlo pomoci výzkumníkům zodpovědět klíčové otázky, které by jim mohly pomoci vyvinout nové probiotické léčby akné: Jak snadno se nové linie usadí na kůži a kdy je nejlepší čas je zavést?

Aby bylo možné studovat tyto posuny v populaci, museli výzkumníci měřit, jak se jednotlivé buňky vyvíjejí v čase. K tomu začali získáváním vzorků mikrobiomu od 30 dětí z jedné školy v oblasti Bostonu a od 27 jejich rodičů. Studium členů stejné rodiny umožnilo výzkumníkům analyzovat pravděpodobnost přenosu různých linií mezi lidmi v úzkém kontaktu.

U přibližně poloviny jedinců byli výzkumníci schopni odebrat vzorky v několika časových bodech, u zbylých jen jednou. U každého vzorku izolovali jednotlivé buňky a vypěstovali je do kolonií, poté sekvenovali jejich genomy.

To umožnilo výzkumníkům zjistit, kolik linií se u každého člověka nachází, jak se mění v čase a jak se liší různé buňky ze stejné linie. Z těchto informací mohli výzkumníci vyvodit, co se v nedávné minulosti s těmito liniemi stalo a jak dlouho byly u jedince přítomny.

Celkově výzkumníci identifikovali celkem 89 linií C. acnes a 78 linií S. epidermidis, přičemž až 11 z každé se nacházelo v mikrobiomu každé osoby. Předchozí práce naznačovala, že v mikrobiomu kůže obličeje každé osoby zůstávají linie těchto dvou bakterií kůže stabilní po dlouhou dobu, ale tým z MIT zjistil, že tyto populace jsou ve skutečnosti dynamičtější, než se dříve myslelo.

„Chtěli jsme vědět, zda jsou tyto komunity skutečně stabilní a zda by mohly existovat časy, kdy stabilní nejsou. Zejména zda by přechod k mikrobiomu podobnému dospělé kůži měl vyšší míru získávání nových linií,“ říká Liebermanová.

V raném dospívání vede zvýšená produkce hormonů ke zvýšenému množství oleje na kůži, což je dobrý zdroj potravy pro bakterie. Dříve bylo prokázáno, že v této době se hustota bakterií na kůži obličeje zvýší přibližně 10 000krát. V této studii výzkumníci zjistili, že zatímco složení populací C. acnes mělo tendenci zůstávat v průběhu času velmi stabilní, raná dospívání představují příležitost pro objevení mnoha dalších linií C. acnes.

„V případě C. acnes jsme dokázali ukázat, že lidé během života získávají kmeny, ale velmi zřídka,“ říká Liebermanová. „Nejvyšší míru přítoku vidíme, když teenagery přecházejí na mikrobiom podobnější dospělé kůži.“

Zjištění naznačují, že u lokálních probiotických léčeb akné je nejlepší čas na jejich aplikaci v raném dospívání, kdy by mohlo být více příležitostí pro probiotické kmeny k usazení.

Obměna populace

Později v dospělosti dochází k malé výměně kmenů C. acnes mezi rodiči žijícími ve stejné domácnosti, ale míra obratu v mikrobiomu kteréhokoli jedince je stále velmi nízká, říká Liebermanová.

Výzkumníci zjistili, že S. epidermidis má mnohem vyšší míru obratu než C. acnes – každý kmen S. epidermidis žije na obličeji průměrně méně než dva roky. Nicméně, nebyla velká překrývání v liniích S. epidermidis sdílených členy stejné domácnosti, což naznačuje, že přenos kmenů mezi lidmi nezpůsobuje vysokou míru obratu.

„To naznačuje, že něco brání homogenizaci mezi lidmi,“ říká Liebermanová. „Mohou to být geny hostitele nebo chování hostitele, nebo lidé používající různé lokální přípravky nebo různé hydratační krémy, nebo to může být aktivní omezování nových migrantů od bakterií, které jsou již v daném okamžiku přítomny.“

Nyní, když ukázali, že nové kmeny C. acnes lze získat v raném dospívání, doufají výzkumníci, že budou studovat, zda načasování tohoto získání ovlivňuje to, jak na ně imunitní systém reaguje. Doufají také, že se dozvědí více o tom, jak si lidé udržují tak odlišné populace mikrobiomu, i když jsou vystaveni novým liniím prostřednictvím úzkého kontaktu s členy rodiny.

„Chceme pochopit, proč každý z nás má jedinečné kmenové komunity, navzdory skutečnosti, že existuje tato neustálá dostupnost a vysoká obměna, zejména u S. epidermidis,“ říká Liebermanová. „Co řídí tuto neustálou obměnu u S. epidermidis a jaké jsou důsledky těchto nových kolonizací pro akné během dospívání?“

Výzkum byl financován Centrem pro mikrobiomové informatiky a terapii MIT, cenou Smith Family Foundation Award for Excellence in Biomedical Research a Národními instituty zdraví.