O blahodárnosti špíny

Od okamžiku, kdy byli mikrobi člověkem poprvé identifikováni jako původci infekčních onemocnění, je patrné neustále se zvyšující úsilí o jejich potírání, přičemž někde v pozadí se ukrývá sen, že jednoho dne tyto neviditelné nepřátele úplně vyhubíme. Vítězství v jednotlivých menších bitvách – například porážka dětské obrny, prudký pokles dětské úmrtnosti na Západě či zásadní omezení výskytu neštovic na celém světě –  takové snahy dále podněcují. Navíc nové a nové překážky – hrozba nových patogenů, návrat starých nepřátel a vývoj organismů rezistentních vůči antibiotikům – nám připomínají, že je nutné v naší ostražitosti nepolevovat. Vládne všeobecný názor, že ve válce s mikroby neexistují žádné hranice.

Dosavadní výklad pokulhává

Ve skutečnosti je však takový pohled na infekční choroby příliš zjednodušující. Jednak ignoruje skutečnost, že mikrobi jsou všudypřítomní – žijí v půdě i ve vodě, vznášejí se ve vzdušných proudech. Přežívají bez kyslíku i bez slunečního svitu – v pevných horninách, uvnitř sopečných kuželů i horkých výronů na dně moří, v ropných ložiscích hluboko pod zemským povrchem. Na základě těchto objevů vědci spočítali, že mikrobi svým počtem převyšují součet jedinců všech ostatních forem života na Zemi.

Mikrobi ovšem také představují významnou složku lidského těla. Od kolébky až do hrobu jsme od hlavy k patě pokryti bohatým živým kobercem, který je výsledkem tisíců, když ne dokonce milionů let naší společné evoluce. Lze se domnívat, že nás chrání před jinými, zhoubnějšími mikroby a že s buňkami našeho těla vstupují do nenápadných, ale velmi důležitých interakcí, které jsou objevovány teprve nyní.

Výše zmíněný pohled na infekční choroby navíc přehlíží skutečnost, že naše situace v této „mikrobiální polévce“ je nekonečně proměnlivá. Bakterie, která jednoho člověka usmrtí, jinému nemusí nijak ublížit. Jiná zase působí „jeden den“ blahodárně, ale „druhý den“ nepříznivě. A i ti mikrobi, o nichž se již delší čas ví, že plní uvnitř našeho těla důležité funkce, mohou na nesprávném místě či v nesprávný čas působit smrtelně.

To vše dohromady znamená, že náš dosavadní pohled na mikroby je velmi jednostranný.  Infekci ztotožňujeme s nemocí – kdyby to ovšem byla pravda, ihned bychom všichni umřeli. Proto totální válka proti mikrobům může být velkou chybou. Úzkostlivá snaha o zabezpečení zdravotní nezávadnosti našeho prostředí ohrožuje samotné principy, na nichž závisí naše přežití.

Zároveň s tím, jak se stupňuje válka s mikroby, někteří vědci upozorňují, že nastal čas pro promyšlenější přístup, který by lépe odrážel naše místo ve „světě plném mikrobů“. Část z nich dokonce tvrdí, že jsme zašli příliš daleko – kontakt s mikroby není třeba omezovat, ale naopak zvyšovat. „Existuje nadměrná čistota?“, ptá se Stuart Levy, ředitel Centra pro výzkum adaptační genetiky a odolnosti vůči lékům při Tufts University v Bostonu. „Myslím, že ano,“ odpovídá si.

Velká část mikrobiologů však tento pohled považuje za kacířský. Ve světle tzv. moderní mikrobiální teorie, která vychází převážně z principů stanovených německým vědcem Robertem Kochem v 19. století, vidí mikroby tak jako většina z nás – jednotlivé organismy přinášející tělu zkázu. Cílem pak je „hon na mikroby“, tzn. vystopovat konkrétního mikroba, spojeného s určitou nemocí, prostudovat ho do nejpodrobnějších detailů – často až do posledního nukleotidového řetězce – a pak naplánovat jeho vyhubení: buď z lidského těla nebo ještě lépe z celé planety. Dějiny ukazují, že takový přístup k boji s mikroby nebyl úplnou ztrátou času, nicméně (Kochova) moderní mikrobiální teorie pod tíhou nejnovějších poznatků ztrácí schopnost vysvětlit podstatu infekčních chorob.

Čím více případů infekčních nemocí prostudujeme, tím více nejasností se vkrádá do jinak oblíbeného výkladu, v němž dominuje přímý vztah příčina – důsledek. Například Abigail Salyers, mikrobioložka z University of Illinois, poukazuje na to, že bakterie spojované s určitou chorobou najdeme u mnoha lidí, přesto jen málo z nich skutečně vykazuje příznaky této nemoci. „A jedná se spíš o pravidlo než výjimkou,“ dodává.

Ekologická teorie podstaty infekčních nemocí

Máme tedy k dispozici nějaký vhodnější výklad podstaty infekčních chorob? Salyers a další věří, že ano, přičemž vysvětlení hledají mimo jiné hluboko v evoluční historii. Vztah mezi tělem a mikrobiálním světem se zřejmě začal vytvářet v době, kdy se na Zemi, do té doby obývané výhradně jednobuněčnými, poprvé objevily organismy mnohobuněčné. Nové formy života zřejmě neunikly pozornosti bakterií a jiných již existujících forem. Přítomnost mikrobů v zažívacím traktu nejprimitivnějších červů naznačuje, že mnohobuněční jsou obýváni mikroby už stovky milionů let. Jak tedy mohli přežít?

Naše tendence vnímat živý svět jako soubor oddělených jedinců vedla k přijetí názoru, že mnohobuněčné organismy se adaptovaly, vytvořily si imunitní systémy a další mechanismy vnitřní obrany vůči mikrobiálním útočníkům. Méně antropocentrický pohled však vede k domněnce, že žádná v současnosti existující forma života by nepřežila, pokud by musela přímo bojovat se všemi mikroby, s nimiž se potkává. První mnohobuněční neměli jinou možnost než se stát hostiteli mikrobních kolonizátorů. Od té doby přirozený výběr favorizoval ty mnohobuněčné, kteří nebyli svými koloniemi mikrobů hubeni. Naopak hostitelům se dokonce mohlo dostávat od kolonií vztahových výhod, buď přímo – ve formě živin, či nepřímo – ochranou před jinými mikroby, kteří žili mimo vzniklé spojenectví. Kolonie se tak vlastně staly jakousi nadstavbou hostitele – stejně nepostradatelnou jako základní orgány jeho těla.

Podívejme se ale konkrétně na lidské tělo. Odhaduje se, že dospělý člověk s sebou nosí 90 bilionů mikrobů, což desetkrát převyšuje počet všech buněk lidského těla. Jde o stovky různých typů mikrobů – převážně bakterie, ale také kvasinky a jiné houby, viry, prvoky a mikroskopické roupy. Přežívají v mnohodruhových komunitách ve specifických nikách těla. Kolonizují nás brzy po narození, reagují na biochemické toky těla, přenášejí své potomky na naše a zůstávají nám věrní až do smrti. Joshua Lederberg z newyorské Rockefeller University, nositel Nobelovy ceny, je přirovnává ke genům. „Nejsou sice přenášeni tak mechanicky a pravidelně jako chromozómy, to ale nijak nesnižuje jejich význam.“

Už dlouho je záhadou, jak tělo toleruje tento vztah. Vždyť mnoho tělesných mikrobů je úzce spjato se známými patogenními látkami v životním prostředí a mnoho jich také vyvolává imunitní reakce, když se náhodou přesunou z jedné části těla do jiné. Dík novým metodám zjišťují molekulární biologové, že vztahy mezi hostitelem a jeho symbionty jsou založeny na rozsáhlé síti chemické komunikace, při níž signály vysílané každým z partnerů aktivují geny toho druhého.

Vědci například nedávno identifikovali desítky genů zapojených v chemické interakci mezi kořenovými buňkami některých luštěnin a dusík vázajícími bakteriemi, které je obývají. Jedním z důsledků této výměny je, že když bakterie poprvé obsadí hostitelskou rostlinu, kořenové buňky této rostliny vytváří komůrky, v nichž potom bakterie žijí. Dalším příkladem jsou známá „znetvoření“, k nimž dochází u laboratorních zvířat, chovaných v inkubátoru. Ta vyrůstají bez svých „normálních“ mikrobů a od svých příbuzných, žijících nebo chovaných přirozeněji, se výrazně liší, zejména v morfologii střev. Například u normálních myší se buňky, lemující stěnu slepého střeva, v určitém okamžiku začnou reprodukovat jako několik různých  buněčných typů se specializovanými funkcemi. U „nemikrobiálních“ myší (z inkubátoru) k tomuto rozlišení nedochází a tkáň tenkého střeva zůstává tenká a elastická. V důsledku toho se zbytky nestrávené potravy neposunují trávícím traktem normálně, ale zvětšují membránu slepého střeva a způsobují jeho nadměrné vydouvání. Slepé střevo takových jedinců může pak být až desetkrát větší než u „normálních“ myší.

Tato vzájemná komunikace však představuje pouze jeden aspekt symbiózy mezi mikrobiálním světem a komplexním lidským organismem. Vlastně každý kout naší pestré „vnitřní krajiny“ je specifickou oblastí, v níž dochází v rámci bohatých společenstev k vzájemnému působení desítek až stovek druhů. To znají mikrobiologové zvláště z dlouholetého výzkumu jedné takové oblasti – lidského zubu. Zde existuje několik set různých organismů v jakémsi miniaturním ekosystému, v němž lze určit rané a pozdní kolonizátory, sukcesní fáze, klimaxové společenstvo a bohatou biodiverzitu včetně predátorů, kořistí, mrchožroutů a vztahů vzájemné závislosti – podobně jako třeba v ekosystému vzrostlého lesa. Přes různé stravovací návyky jsou členové mikrobiálních zubních společenstev velmi podobní po celém světě. A jakkoli agresivně se pokoušíme tato společenstva odstranit, vždy se znovu a znovu obnovují stejná mikroskopická džungle.

„Dobří“ mikrobi – starousedlíci

Ruský mikrobiolog a nositel Nobelovy ceny Ilja Mečnikov již počátkem 20. století připisoval neobvyklou dlouhověkost rolníků v jižním Rusku stravě bohaté na bakterie produkující kyselinu mléčnou. Západní věda však bakterie, které nezpůsobují choroby, dlouho ignorovala. V posledních desetiletích přesto roste počet důkazů, že tzv. vnitřní mikroflóra, jak je často soubor tělesných mikrobů nazýván, může skutečně hrát při zachování zdraví významnou roli. První významnější důkazy dodaly opět výzkumy na „nemikrobiálních myších“, při nichž se ukázalo, že tyto myši snadno podléhají infekcím, pro obyčejné myši neškodným.

Jak přesně „dobří“ mikrobi chrání hostitelský organismus, není přesně známo. Ví se, že lidé získávají klíčové mastné kyseliny a vitamíny díky vedlejším produktům metabolismu mikrobů. Jedním z nich je například vitamín K, nezbytný pro srážlivost krve. Je možné, že podobné sloučeniny mohou zvyšovat obecnou schopnost tělesné sebeobrany. Jiný způsob, jak mikrobi pracují v náš prospěch, je zřejmě ozvěnou historických zápasů mezi mikroby o zaujetí nejlepších pozic uvnitř mnohobuněčných organismů. Mikrobi, kteří se vyvíjeli v symbióze s člověkem jsou, mnohem náchylnější zaujmout volné prostory, které tělo nabízí, než ti, kteří přicházejí doslova „přímo z ulice“. Jinými slovy, pro patogenní organismy zkrátka neexistuje útočiště, což je zdánlivě triviální, avšak velmi důležitá skutečnost.

Streptococcus mutans, foto: CDC, Wikimedia Commons. 

Ještě významnější je však rostoucí počet důkazů, že „mikrobi-starousedlíci“ hrají aktivní roli v „první obranné linii“ těla. Jedním z takových mechanismů je tvorba a vypouštění molekul, které v laboratorních kulturách brání množení potenciálně zhoubných mikrobů. To by znamenalo, že se podílejí na přímém chemickém boji ve prospěch těla. Například bakterie streptokoka žijícího v ústech brání množení streptokoků pneumoniae a pylogenes, tedy původců zápalu plic, resp. prudkých zánětů v krku. Někteří vědci to považují za chemický boj mezi „starousedlíky“ a „náhodnými kolemjdoucími“. V neposlední řadě výzkumy na myších také ukazují, že normální mikrobi udržují imunitní systém ve stavu vyšší pohotovosti. Imunitní systém „nemikrobiálních“ myší mimo jiné opožděněji reaguje na očkování a trvá jim déle, než se uzdraví.

U různých ústních společenstev bylo zjištěno, že jsou poměrně úzce vázány na obvyklé podmínky svého prostředí. Jejich změny (např. změna pH) mohou rozvrátit celý mikroekosystém stejně jako například abnormální změny vnějších podmínek mohou ovlivnit podstatu lesního ekosystému.

Citlivost vnitřní mikroflóry na stav okolí spolu s jejich předpokládanou rolí v první obranné linii těla navozují myšlenku, že infekční choroba je spíše důsledkem změn ekologických podmínek než prvotním atakem cizorodých mikrobů. Jako ilustrace tohoto ekologického pohledu na nemoci mohou sloužit paradoxní rizika různých infekcí, která doprovází používání antibiotik. Kolem roku 1970 například v nemocnicích výrazně vzrostl výskyt dříve vzácného syndromu zvaného pseudomembránová kolitida, a to zejména u starších pacientů léčených antibiotiky. Po několika úmrtích přisoudili odborníci vinu střevní bakterii, zvané Clostridium difficile. Ta se vyskytuje častěji u dětí než u dospělých, ale v obou případech je obyčejně neškodná. Odborníci ale zjistili, že po narušení střevního ekosystému se C. difficile rozmnožuje mnohem rychleji a kolonizuje větší prostor. Přitom vznikají proteiny s toxickým účinkem, který může vést od průjmu až k postupnému narušení střevní stěny, což při neléčení může způsobit smrt.

V 50. letech určili vědci jako původce zubního kazu bakterii zvanou Streptococcus mutans, která žije v zubech většiny lidí na Zemi. Tento streptokok vylučuje kyselinu mléčnou, která v dostatečném množství naruší zubní sklovinu a způsobí kaz. Přesto však není vina S. mutans úplně jednoznačná. Zubní kaz byl mezi domorodými komunitami před kontaktem s evropskou civilizací velmi vzácný, ačkoliv výskyt zmíněného streptokoka zde byl a je obvyklý. Také zuby z fosilních nálezů jsou překvapivě nezkažené. Vysvětlením je změna stravovacích návyků. Jakmile lidé začali jíst více rafinovaného cukru, proměňoval se starý ekosystém ústní dutiny. Jedním z důsledků je hojnější výskyt organismů, vázaných na sacharózu, jakým je právě např. S. mutans, a tedy vyšší produkce mléčné kyseliny.

Utlumit válku?

Už po několik desetiletí je předmětem diskusí otázka, jak široce je možné ekologickou teorii infekčních chorob aplikovat. Bakteriolog René Dubos tvrdil, že léky, dezinfekce a očkování poskytly ochranu jen proti některým chorobám. Mnoho dalších – například černý kašel či spálu – se daří v rozvinutých zemích kontrolovat díky tomu, že lidé přestali žít v bídných podmínkách, dnes uměle navozovaných u laboratorních krys. „Lidské tělo se vyvinulo tak, že za dobrých podmínek – tedy při adekvátní stravě a minimu pobytu v přelidněných prostorách – zvládne většinu nástrah bakteriálního světa,“ tvrdí Abigail Salyers. „Jakmile však narušíme rovnováhu, riziko infekce se zvyšuje.“

Salyers a další se přitom obávají, že rovnováhu nyní paradoxně narušujeme samotnou válkou proti mikrobům. Na jedné straně jsou dnes lidé ve vyspělém světě jistě čistší než kdykoli v historii našeho druhu. Parazitičtí červi byli eliminováni ze střev, kontakt se zástupci kmene prvoci, jako jsou améby či paramecium, byl výrazně omezen opatřením pro zacházení s vodou a potravinami. Mění se dokonce i skladba stálých bakteriálních společenstev uvnitř lidského těla. Výzkum srovnávající švédské a pákistánské novorozence zjistil mezi oběma skupinami rozdíly v kvantitě i pestrosti střevních mikrobů. Enterobakterie jako např. Escherichia coli, které obvykle osidlují trávící soustavu nejdříve, byly u pákistánských dětí zjištěny obvykle již druhý den po porodu. Naopak u čtvrtiny švédských dětí nebyly zjištěny žádné enterobakterie ani v šestém, posledním dni výzkumu. Rozdíly byly zjištěny i v obdobné studii, srovnávající švédské děti s estonskými.

Escherichia coli, foto: NIAID. 

Obecná tendence je oslavovat tyto výsledky jako další vítězství ve válce s mikroby. Ale existuje řada důvodů, proč bychom se na ně měli dívat spíše obezřetně. Jedním je ten, že lidé žijí s určitými mikroby smírně, dokud jsou tito mikrobi všudypřítomní. Například virus dětské obrny byl podle všeho široce rozšířen dříve, než se paralytická dětská obrna stala významnou hrozbou. Existují důkazy o tom, že problémy nastaly, až když zvýšený stupeň hygieny rozvrátil rychlý přenos těchto mikrobů mezi hostitelskými generacemi. Imunitní systémy lidí se setkávaly s virem obrny až v pozdějším věku a reagovaly mnohem prudčeji, což vedlo k paralytickému poškození nervů charakteristickému pro silnou nákazu obrnou. Obdobná situace je například v případě mikrobů způsobujících žaludeční vředy. Pokud jsou tyto teorie pravdivé, je třeba se ptát, jaké důsledky budou mít pokračující snahy o sterilizaci prostředí v případě těch organismů, které dosud zůstávají všudypřítomné i v „čistých“ rozvinutých zemích.

Dalším důvodem k obavám je, že přehnané hubení mikrobů ovlivňuje, podobně jako injekce antibiotik, vnitřní mikroflóru – a to méně nápadnou, dlouhodobější cestou. Zjednodušeně řečeno, eliminací článku vnitřní mikroflóry, který působí problémy při abnormálních podmínkách, se zvýší riziko problémů poté, co se podmínky vrátí do normálního stavu. Existují důkazy, že vymývání vaginy proudem vody může narušit vaginální mikrobiální ekosystém – normálně převládající laktobacily jsou nahrazeny rozličnými jinými organismy, spojovanými s prudkými záněty horního genitálního traktu a zvýšenými bolestmi v těhotenství.

Přehnaná čistotnost způsobuje, že zhoubnější mikrobi zaujímají oblasti, vyčištěné od přirozených mikrobů. Je to podobný proces jako vývoj rezistence při nadměrném využívání antibiotik. „Příroda se hrozí vakua. Pokud je vytvoříte, nakonec je stejně vyplní,“ varuje Martin Blaser ze School of Medicine při New York University. Ještě závažnější starosti však působí fakt, že prudké snížení kontaktu s mikroby přivádí lidské tělo na cestu ke stavu nedostatečného rozvoje a imunologické retardace – jakési obdobě stavu „nemikrobiálních“ (inkubátorových) myší. Důkazem je pravděpodobná spojitost mezi hygienou vyspělých zemí a znepokojujícím růstem nemocí spojených s imunitním systémem. Mezi ně patří senná rýma, ekzém, astma; také autoimunitní choroby jako juvenilní diabetes typu 1 či roztroušená skleróza a další choroby, při nichž se bezradný imunitní systém obvykle rozkýve stejně zmateně jako omráčený boxer.

Náznaky této spojitosti se poprvé objevily v polovině 70. let, kdy výzkumy prokázaly zřídkavý výskyt alergií a autoimunitních chorob v oblastech zvýšené nákazy střevními parazity. Anály dějin vědeckých objevů zaznamenávají poněkud bizarní případ výzkumníka Johna Turtona, který chtěl provádět výzkum larvy měchovce lidského. Záměrně se nakazil, a poté překvapeně zjistil, že během dvou let nákazy se nedostavily jeho obvyklé letní záchvaty senné rýmy. Další výzkumy ukázaly relativně nižší výskyt senné rýmy a ekzémů u dětí z větších rodin, z čehož byla vyvozena hypotéza, že mladší sourozenci jsou dříve vystaveni více mikrobům, což chrání jejich imunitní systém před alergickými a podobnými ataky. Průzkum na 14 000 Novozélanďanech, Australanech, Američanech a Evropanech ve věku 20–44 let prokázal, že lepší ochrana před alergiemi je spojena s většími rodinami se starším bratrem, sdílenými ložnicemi a psem v domácnosti během dětství. Mezi dalšími pozitivními faktory z jiných výzkumů figurovaly mimo jiné i dětství v rodině řídící se zásadami antroposofie (patří k nim mj. snížené užívání antibiotik a strava složená z tradičně uchovávaných potravin, například kvašené zeleniny), dětství strávené na farmě či raná zkušenost s chorobami jako tuberkulóza či spalničky.

Hygienická hypotéza získala větší vážnost také díky posledním výzkumům v oblasti imunologie. Ty naznačují, že zdravý imunitní systém se může utvářet setkáváním s určitou skladbou mikrobů. Nejasné zůstává, jakých mikrobů je přesně třeba pro uchování optimálního zdraví. Jedna teorie praví, že lidé v rozvinutých zemích jsou nedostatečně vystaveni neškodným půdním organismům. Jiná klade vinu narušené původní vnitřní mikroflóře. Tak či tak, pomalu roste přesvědčení, že se lidem v rozvinutých zemích nedostává mikrobů. Z toho samozřejmě nevyplývá úsilí o návrat k podmínkám, za nichž se kdysi šířil černý mor, ale spíš přijetí přirozené role mikrobů  pro správné fungování těla. Tore Midtvedt ze stockholmského Karolinska Institutu, přední světový expert na původní vnitřní mikroflóru, říká: „Netvrdím, že máme být špinavější. Tvrdím, že máme být méně čistí.“

V praxi to znamená například začít pěstovat domácí či hospodářská zvířata,  znovu objevit tradiční metody uchovávání potravin, šetřit antibiotika a očkování jen na nutné případy, a zejména přehodnotit definici infekce a infekční choroby. V současné době v tomto ohledu představují významný pokrok výsledky výzkumů v oblasti tzv.  probiotiky – používání živých bakterií při předcházení a léčbě nejrůznějších nemocí. Během posledních pěti let byly pomocí mikrobů a bakterií docela úspěšně léčeny některé infekční nemoci. Podobné metody jsou aplikovány také při léčbě hospodářských zvířat.

Mikrobiologie na rozcestí

Přes řadu příznivých výsledků podporujících ekologickou teorii vládnou dosud oboru „lovci mikrobů“. Samozřejmě, během sta let si moderní mikrobiální teorie vybudovala neopomenutelné podhoubí. Nátlak vytvářený reklamami firem chrlících omračující počty protibakteriálních přípravků, který neustále pohání válku proti mikrobům, je většinou podporován i z akademické půdy. Stále se zvyšuje počet programů na vývoj nových vakcín, z nichž řada je zaměřena právě proti mikrobům lidskému tělu vlastním. A nové důkazy, že koronární choroby a arteriosklerózu mohou způsobovat bakterie, dále vzbudily naději, že právě bakterie jsou příčinou řady jiných lidských nemocí, a tyto nemoci jsou tedy léčitelné. Dlouhý seznam potenciálních kandidátů naznačuje, že pozlátko protimikrobní terapie stále neztrácí nic na svém lesku. Je na něm mnoho typů rakoviny, Alzheimerova choroba, roztroušená skleróza, revmatická artritida, lupus, Wegenerova granulomatosa, diabetes mellitus, cirhóza žlučníku, většina hlavních duševních onemocnění, obezita, anorexie, záněty pohlavních orgánů a celá řada dalších chorob.

V každém případě se západní medicína ve snaze zachránit před infekčními chorobami více životů ocitá na rozcestí. Rostoucí problém rezistence vůči antibiotikům a objevy nových  ohrožení mikrobiálního původu daly vyniknout hlasům volajícím po razantnějším jednání. Jednou možnou odpovědí je další eskalace války proti mikrobům. Jinou pak přijetí reálné situace, v níž se nacházíme. „Nežijeme uvnitř nějaké bubliny,“ říká Stuart Levy. „Zrodili a vyvíjeli jsme se v bakteriálním světě a snaha zbavit se bakterií je snahou zbavit se světa.“

Z The  Ecologist (June 2001) přeložil Libor Matoušek.

Redakčně upraveno a kráceno.