Ο βιομηχανικός Randall Platt κατασκευάζει βακτήρια που μπορούν να αξιολογήσουν την κατάσταση των εντέρων μας. Ελπίζεται ότι αυτή η μη επεμβατική τεχνική θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών παρεμβάσεων κατά του υποσιτισμού μεταξύ των παιδιών στον Παγκόσμιο Νότο.

Σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), 148 εκατομμύρια παιδιά κάτω των πέντε ετών υποφέρουν από αναπτυξιακή καθυστέρηση λόγω υποσιτισμού και επομένως είναι απίθανο να αξιοποιήσουν πλήρως τις δυνατότητές τους ως ενήλικες. Ο υποσιτισμός προκαλείται από ανεπαρκή πρόσληψη τροφής ή ανεπαρκή απορρόφηση θρεπτικών συστατικών όπως πρωτεΐνες, βιταμίνες και μέταλλα. Αυτό, με τη σειρά του, εμποδίζει την ανάπτυξη και αποδυναμώνει το ανοσοποιητικό σύστημα. Ο υποσιτισμός των βρεφών είναι ένα πρόβλημα κυρίως στην Αφρική και την Ασία.
Στη Ζιμπάμπουε, δεκαετίες πολιτικής και οικονομικής αναταραχής είχαν βαθύ αντίκτυπο στην υγεία. Οι επιδημίες τύφου, ιλαράς και χολέρας είναι συχνές – και τα παιδιά επηρεάζονται περισσότερο. Η UNICEF υπολογίζει ότι περίπου 2 εκατομμύρια παιδιά στη Ζιμπάμπουε εξαρτώνταν από ανθρωπιστική βοήθεια το 2023. «Πολλές από τις μητέρες με τις οποίες εργάζομαι έχουν πρόσβαση σε τρεχούμενο νερό μόνο για τρεις ώρες την ημέρα», λέει η Kerina Duri, καθηγήτρια ανοσολογίας στο Πανεπιστήμιο της Ζιμπάμπουε. «Και το ένα πέμπτο αυτών των γυναικών ζουν με λιγότερο από ένα δολάριο ΗΠΑ την ημέρα».
Ο ρόλος της χλωρίδας του εντέρου
Πριν από πέντε χρόνια, η Duri δημιούργησε μια ομάδα 1.200 δυάδων μητέρας-παιδιού και ξεκίνησε μια ερευνητική μελέτη που εξακολουθεί να βρίσκεται σε εξέλιξη σήμερα. Οι μητέρες ζουν σε πυκνοκατοικημένες περιοχές της πρωτεύουσας της Ζιμπάμπουε Χαράρε. Πολλοί από αυτούς έχουν μολυνθεί από AIDS και ο υποσιτισμός είναι συχνός στα παιδιά τους. Ένας από τους κύριους στόχους του Duri είναι να κατανοήσει γιατί τα νεογνά που εκτίθενται στον ιό HIV κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης και της περιόδου θηλασμού, αλλά παραμένουν μη μολυσμένα, διατρέχουν ωστόσο υψηλότερο κίνδυνο να πεθάνουν νεαρά. «Υπάρχουν πολλά στοιχεία που υποδηλώνουν ότι η απάντηση μπορεί να βρίσκεται στη χλωρίδα του εντέρου του νεογέννητου», λέει η Duri. «Εάν μια μητέρα παίρνει αντιρετροϊκά φάρμακα για την καταστολή του AIDS, η εντερική χλωρίδα του μωρού της θα εκτεθεί σε αυτά τα φάρμακα κατά τη διάρκεια του θηλασμού – και αυτό θα μπορούσε να έχει αρνητικό αντίκτυπο στη σωματική, νευρογνωστική και κοινωνική ανάπτυξη του παιδιού».
Η εντερική χλωρίδα, γνωστή και ως μικροβιακή χλωρίδα του εντέρου, είναι οι μικροοργανισμοί που βρίσκονται στην πεπτική οδό – και η Duri σημειώνει ότι η Ζιμπάμπουε εξακολουθεί να υστερεί πολύ όσον αφορά την έρευνα και την τεχνογνωσία σε αυτόν τον τομέα. Συνεπώς, εναποθέτει τις ελπίδες της σε ένα κοινό έργο με το Ερευνητικό Κέντρο της Βασιλείας για την Υγεία του Παιδιού (BRCCH). Ιδρύθηκε από το ETH Zurich σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας και τη φιλανθρωπική ομάδα Fondation Botnar, το BRCCH στοχεύει να αναπτύξει αποτελεσματικές ιατρικές παρεμβάσεις για παιδιά στον Παγκόσμιο Νότο. Από το 2020, η Duri εργάζεται με συναδέλφους στο Πανεπιστήμιο της Βέρνης, το Πανεπιστήμιο της Βασιλείας και το ETH Zurich ως μέρος ενός έργου που χρηματοδοτείται από το BRCCH. Στόχος τους είναι να βελτιώσουν τις διαγνωστικές μεθόδους αξιολόγησης της εντερικής χλωρίδας στα βρέφη.
Αισθητήρια βακτήρια
Στο τιμόνι του πενταετούς έργου βρίσκεται ο 36χρονος Randall Platt, Αναπληρωτής Καθηγητής Βιολογικής Μηχανικής στο ETH Zurich. Τον περασμένο Οκτώβριο, η ερευνητική του ομάδα μετακόμισε στο νέο κτίριο του Τμήματος Επιστήμης και Μηχανικής Βιοσυστημάτων στη Βασιλεία, όπου φως πλημμυρίζει από τα παράθυρα του γραφείου του. «Δεν έχουμε ακόμα απλές μεθόδους αξιόπιστης μέτρησης της φλεγμονής, των λοιμώξεων και των διαταραχών του εντέρου που σχετίζονται με τη διατροφή, παρόλο που γνωρίζουμε ότι η μικροχλωρίδα του εντέρου είναι κεντρικής σημασίας για την ανθρώπινη υγεία», λέει ο Platt. Τα βακτήρια στα έντερα μας επηρεάζουν σχεδόν όλα τα όργανα, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφάλου, προσθέτει, και παίζουν σημαντικό ρόλο στο ανοσοποιητικό σύστημα και στο μεταβολισμό.
Επί του παρόντος, η τυπική μέθοδος αξιολόγησης της σύστασης και της υγείας του εντέρου είναι μέσω κολονοσκόπησης. Αυτή δεν είναι μια εντελώς απλή διαδικασία και είναι πολύ δυσάρεστη για τους ασθενείς – ειδικά επειδή τα έντερα πρέπει να έχουν εκκενωθεί πλήρως εκ των προτέρων. Επιπλέον, τα αποτελέσματα είναι απλώς ένα στιγμιότυπο του χειραγωγούμενου παχέος εντέρου σε μια δεδομένη στιγμή, χωρίς μέτρηση των αλλαγών με την πάροδο του χρόνου. Αυτά τα μειονεκτήματα ώθησαν τον Platt να βρει μια πιο κομψή εναλλακτική. Η τεχνική του είναι μη επεμβατική και δεν διαταράσσει την κανονική λειτουργία του εντέρου, ωστόσο εξακολουθεί να παρέχει πληροφορίες για αλλαγές στο περιβάλλον του εντέρου. «Είναι ένα τεράστιο τεχνολογικό άλμα – λίγο σαν τη μετάβαση από τη φωτογραφία στο φιλμ», λέει ο Platt.
Τα εργαλεία εγγραφής που χρησιμοποιούνται από τον Platt και την ομάδα του έχουν μέγεθος μόλις λίγα μικρόμετρα. Αποτελούνται από βακτήρια E. coli τροποποιημένα χρησιμοποιώντας το σύστημα CRISPR-Cas με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να αναγνωρίζουν και να καταγράφουν αλλαγές στο βιολογικό τους περιβάλλον. «Τα κύτταρα αυτών των βακτηρίων προσαρμόζονται στο περιβάλλον τους καθώς περνούν μέσα από το έντερο. Αντιδρούν σε αλλαγές στο pH καθώς και σε θρεπτικά συστατικά και χημικές ουσίες», εξηγεί ο Platt – και αυτές οι αντιδράσεις μπορούν να μετρηθούν. Σε γενετικό επίπεδο, οι ερευνητές συλλαμβάνουν μόρια RNA σε ζωντανό E. coli για να προσδιορίσουν τα γονίδια που εκφράζονται από τα βακτήρια σε απόκριση στο περιβάλλον του εντέρου. Οι ερευνητές κωδικοποιούν αυτή τη συλλογή γεγονότων γονιδιακής έκφρασης όπως μια ψηφιακή βιντεοκάμερα, αποθηκεύοντάς τα σε ένα είδος βακτηριακής κάρτας μνήμης. Για να γίνει αυτό, απομονώνουν βακτηριακό DNA από ένα δείγμα κοπράνων και το αναλύουν χρησιμοποιώντας αλληλουχία DNA υψηλής απόδοσης. Στη συνέχεια πραγματοποιούν μια βιοπληροφορική αξιολόγηση για να προσδιορίσουν ποια γονίδια ήταν ενεργά κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του βακτηρίου μέσα στο έντερο. Ταυτόχρονα, μπορούν να εντοπίσουν ποιο μοριακό και μικροβιακό περιβάλλον συνάντησε το βακτήριο και αν η θρεπτική σύνθεση του εντέρου είναι επαρκής για την προαγωγή της υγείας.
Καταφέραμε να παρακολουθήσουμε σε πραγματικό χρόνο εάν το επίπεδο των θρεπτικών συστατικών σε μια δίαιτα ήταν επαρκές για την υγεία του εντέρου.
Randall Platt
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε το 2022 στο περιοδικό Science, ο Platt και η ομάδα του περιέγραψαν τη λειτουργία αυτών των βακτηρίων καταγραφής δεδομένων σε ένα μοντέλο ποντικού. Στο πείραμα τους, τα βακτήρια παρέμειναν ενεργά στο έντερο του ποντικιού και συνέχισαν τη συλλογή δεδομένων για μία έως επτά ημέρες. «Καταφέραμε να δείξουμε ότι η τεχνική μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύλληψη σημαντικών βιολογικών πληροφοριών σε κάθε περιοχή του εντέρου», εξηγεί ο Platt – ένα σαφές πλεονέκτημα έναντι της ενδοσκόπησης. Οι ερευνητές κατάφεραν επίσης να παρακολουθήσουν τις επιπτώσεις της διατροφής στη χλωρίδα του εντέρου. Για να γίνει αυτό, τάισαν τρεις ομάδες ποντικών με διαφορετικές δίαιτες: μία με πολλά θρεπτικά συστατικά, μία με πολλά λιπαρά και μία με πολύ άμυλο. Τα βακτήρια αισθητήρων που έλαβαν αλληλουχία εμφάνισαν μια χαρακτηριστική γονιδιακή έκφραση που ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της δίαιτας. «Ήμασταν σε θέση να παρακολουθήσουμε – πρακτικά σε πραγματικό χρόνο – εάν το επίπεδο των θρεπτικών συστατικών μιας δίαιτας ήταν επαρκές για την υγεία του εντέρου», λέει ο Platt.
Στόχευση στις ελλείψεις
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι αυτό το είδος διαγνωστικής πλατφόρμας θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για μια πιο εξατομικευμένη και στοχευμένη προσέγγιση στη θεραπεία παιδιών που πάσχουν από υποσιτισμό ή άλλες ελλείψεις. Εν τω μεταξύ, ωστόσο, απαιτείται καλύτερη κατανόηση της σχέσης μεταξύ των αλλαγών στη μικροχλωρίδα του εντέρου και ορισμένων εκδηλώσεων της νόσου. Για την αντιμετώπιση αυτής της πτυχής του έργου, η Platt συνεργάζεται στενά με ειδικούς τόσο εντός όσο και εκτός ETH. Μεταξύ αυτών είναι ο Uwe Sauer, καθηγητής ETH Συστημάτων Βιολογίας, ο οποίος διεξάγει έρευνα για τον μικροβιακό μεταβολισμό και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ξενιστή και μικροβίων. Ο Platt συνεργάζεται επίσης με τον Andrew Macpherson, καθηγητή Ιατρικής και Διευθυντή Γαστρεντερολογίας στο Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Βέρνης, ο οποίος έχει δημιουργήσει τη δική του ομάδα μητέρας-παιδιού στην Ελβετία για το έργο.
Δουλεύοντας με την Kerina Duri στη Ζιμπάμπουε για να συγκρίνει τις δύο κοόρτες, ελπίζει να κατανοήσει καλύτερα τις αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στη χλωρίδα του εντέρου των βρεφών κάτω από διαφορετικές συνθήκες. Το τελευταίο μέλος της ομάδας είναι ο Dirk Bumann, Καθηγητής Βιολογίας Λοιμώξεων στο Biozentrum του Πανεπιστημίου της Βασιλείας, ο οποίος εντάχθηκε στην ομάδα για να μελετήσει το ρόλο των παθογόνων στη χλωρίδα του εντέρου. Αυτά τα παθογόνα συναντώνται συνήθως σε μολυσμένο νερό ή ως αποτέλεσμα κακών πρακτικών υγιεινής. Μπορούν να προκαλέσουν εντερικές λοιμώξεις και να επιδεινώσουν τις επιπτώσεις του υποσιτισμού.
Στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε ένα κέντρο αριστείας για την έρευνα της εντερικής χλωρίδας στη Ζιμπάμπουε.
Kerina Duri
Η ερευνητική ομάδα στοχεύει τώρα να δοκιμάσει το διαγνωστικό δυναμικό των βακτηρίων σε κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους, αν και ο Platt προειδοποιεί ότι η χρήση της τεχνολογίας CRISPR-Cas θα απαιτήσει από αυτούς να ξεπεράσουν ορισμένα σημαντικά ρυθμιστικά εμπόδια. Εκτιμά ότι οι πρώτες κλινικές δοκιμές θα μπορούσαν να ξεκινήσουν κάποια στιγμή μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια.
Η Kerina Duri, η συνάδελφός του στη Ζιμπάμπουε, ελπίζει να συνεχίσει να συνεργάζεται με Ελβετούς εταίρους μετά την ολοκλήρωση του έργου BRCCH στα τέλη του τρέχοντος έτους. «Στόχος μας είναι να δημιουργήσουμε ένα κέντρο αριστείας για την έρευνα της εντερικής χλωρίδας στη Ζιμπάμπουε», λέει. Ένα τέτοιο κέντρο θα ωφελούσε τις μητέρες και τα παιδιά σε εθνικό επίπεδο, και την αφρικανική περιοχή γενικότερα. «Αλλά μπορούμε να οικοδομήσουμε την απαραίτητη ικανότητα μόνο μέσω χρηματοδότησης από τρίτους και κοινών έργων όπως αυτό με τo ETH Zurich», λέει η Duri.
Σχετικά με:
Ο Randall Platt είναι Αναπληρωτής Καθηγητής Βιολογικής Μηχανικής στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Βιοσυστημάτων στο ETH Zurich και στο Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου της Βασιλείας.
Basel Research Centre for Child Health
Πέρυσι, το Fondation Botnar δώρισε επιπλέον 50 εκατομμύρια ελβετικά φράγκα στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας και στο ETH της Ζυρίχης για να επεκτείνουν τις δραστηριότητες της εξωτερικής σελίδαςBasel Research Center for Child Healthcall_made (BRCCH). Αυτή η χρηματοδότηση θα υποστηρίξει την ίδρυση έξι νέων θέσεων καθηγητών στον τομέα της παιδιατρικής ψηφιακής υγείας. Το BRCCH, το οποίο ιδρύθηκε το 2019 ως κοινοπραξία μεταξύ του Πανεπιστημίου της Βασιλείας και του ETH Zurich, εργάζεται για τη βελτίωση της υγείας των νέων. Για την επίτευξη των στόχων του κέντρου, οι δύο συνιδρυτές συνεργάζονται στενά με το Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Παίδων της Βασιλείας και το Ελβετικό Ινστιτούτο Τροπικής και Δημόσιας Υγείας.
Globe The Basel connection
Αυτό το κείμενο εμφανίστηκε στο τεύχος 24/01 του περιοδικού Globe του ETH.
Διαβάστε ολόκληρο το τεύχος (PDF, 3,5 MB) >
Aναδημοσίευση άρθρου του Samuel Schlaefli 15.03.2024 στο ETH Zurich News. Link to original article >