Возможно, вы знакомы с идеей о том, что ваш кишечник и кожа являются домом для коллекции микробов - грибков, бактерий и вирусов, которые жизненно важны для поддержания вашего здоровья. Но знаете ли вы, что в ваших глазах также обитает уникальный зверинец микробов? Все вместе они называются глазным микробиомом. Когда эти микробы нарушают баланс - слишком много или слишком мало определенных видов - могут возникнуть глазные заболевания.
После недавнего исследования, показавшего, что бактерии живут на поверхности глаза и стимулируют защитный иммунитет, ученые начинают открывать микробные факторы, которые можно использовать для создания инновационных методов лечения целого ряда глазных заболеваний, таких как болезнь сухого глаза, синдром Сьогрена и рубцевание роговицы. Возможно, однажды удастся создать бактерии для лечения глазных заболеваний у людей.
Я иммунолог, изучающий, как глаз предотвращает инфекции. Я заинтересовалась этой областью, потому что у человека всего два глаза, и понимание того, как бактерии влияют на иммунитет, может стать ключом к тому, чтобы избежать до 1 миллиона визитов к врачу по поводу глазных инфекций и сэкономить 174 миллиона долларов в год только в США.
Микробиом глаза
Говоря о микробиоме, большинство ученых обычно думают о кишечнике, и вполне заслуженно: исследователи считают, что в одной толстой кишке может обитать более 10 триллионов бактерий. Тем не менее, сейчас все больше внимания уделяется влиянию микробиома на другие органы, включая кожу и участки с очень малым количеством бактерий, такие как легкие, влагалище и глаза.
В течение последнего десятилетия роль микробиома в здоровье глаз была противоречивой. Ученые считали, что в здоровых глазах отсутствует организованный микробиом. Исследования показали, что бактерии из воздуха, рук или краев век могут присутствовать на глазу; однако многие считали, что эти микробы просто погибают или смываются непрерывным потоком слез.
Ношение контактных линз изменяет микробиом глаза. Andrey_Popov/Shutterstock.comТолько недавно ученые пришли к выводу, что в глазу действительно существует "ядро" микробиома, которое зависит от возраста, географического региона, этнической принадлежности, ношения контактных линз и состояния болезни. Ядро" ограничено четырьмя родами бактерий - стафилококками, дифтероидами, пропионибактериями и стрептококками. Помимо этих бактерий, вирус torque teno, связанный с некоторыми внутриглазными заболеваниями, также считается членом ядра микробиома, поскольку он присутствует на поверхности глаза 65% здоровых людей.
Это говорит о том, что при назначении антибиотиков врачам следует более глубоко продумать риски и пользу для микробиома. Антибиотики могут убивать бактерии, которые приносят пользу глазу.
В недавнем исследовании, длившемся более десяти лет и включавшем более 340 000 пациентов в США, авторы обнаружили, что антибиотики использовались для лечения 60% случаев острого конъюнктивита (конъюнктивита). Однако наиболее вероятными причинами конъюнктивита являются вирусные инфекции, которые не поддаются лечению антибиотиками. Что еще более удивительно, даже случаи, вызванные бактериями, часто проходят за 7-10 дней без вмешательства. Хорошо известно, что чрезмерное или неправильное применение антибиотиков может нарушить микробиом, что приводит к инфекциям, аутоиммунитету и даже раку.
Открытие микроба, колонизирующего глаза
В последнее десятилетие наблюдается бум исследований, посвященных изучению микробиома глаза и заболеваний. Они позволили получить огромное количество данных, но большинство из них являются корреляционными. Это означает, что определенные бактерии были связаны с определенными заболеваниями, такими как синдром Сьогрена или бактериальный кератит. Однако вызывают ли эти бактерии эти заболевания, до сих пор неизвестно.
Во время работы в Национальном институте глаза я использовал мышей, чтобы определить, могут ли бактерии на поверхности глаза стимулировать иммунный ответ, защищающий глаз от ослепляющих патогенов, таких как бактерия Pseudomonas aeuruginosa.
Бактерии C. mast (зеленые), живущие на поверхности глаза мыши. Тони Сент-Легер, CC BY-SAВ 2016 году мы с окулярным иммунологом Рейчел Каспи из Национального института глаза предположили, что защитные бактерии живут рядом с глазом или на нем. И действительно, мы обнаружили резидентную бактерию Corynebacterium mastitidis (C. mast), которая стимулирует иммунные клетки вырабатывать и выделять в слезу противомикробные факторы, убивающие вредные микробы.
Проведя серию экспериментов, лаборатория Каспи впервые смогла показать причинно-следственную связь между C. mast и защитным иммунным ответом. Когда C. mast присутствовал на поверхности глаза, мыши были более устойчивы к двум видам бактерий, которые, как известно, вызывают слепоту: Candida albicans и Pseudomonas aeuruginosa.
Теперь, в моей лаборатории, мы хотели бы использовать эту связь между C. mast и глазным иммунитетом для разработки новых методов лечения для предотвращения инфекции и, возможно, для более распространенных заболеваний, таких как болезнь сухого глаза.
Инженерия микробов для улучшения здоровья глаз
Будущая терапия для лечения болезни сухого глаза может содержать микробы, созданные для того, чтобы жить на глазу и поставлять терапевтические химические вещества. Timonina/Shutterstock.comПервый шаг к разработке таких методов лечения - выяснить, как бактерии колонизируют глаз. Для этого моя лаборатория сотрудничает с лабораторией Кэмпбелла при Питтсбургском университете, где хранится одна из самых обширных коллекций глазных бактерий человека в стране. Благодаря нашей уникальной экспериментальной установке с мышами и передовым генетическим анализам, мы можем использовать эту микробную библиотеку, чтобы начать выявлять специфические факторы, необходимые микробам для колонизации поверхности глаза.
Затем вместе с офтальмологами и оптометристами в Глазном центре UPMC мы начинаем анализировать иммунные сигнатуры в глазах здоровых и больных пациентов. Здесь мы надеемся использовать эту технологию в качестве нового диагностического инструмента, направленного на микробы, вызывающие заболевание, вместо того, чтобы сразу лечить инфекции антибиотиками широкого спектра действия, которые убивают и хорошие микробы.
Наконец, одна из наших более высоких целей - генетически модифицировать бактерии, заселяющие глаза, чтобы они служили средством долгосрочной доставки на поверхность глаза. В кишечнике генетически модифицированные бактерии, как было показано, облегчают такие заболевания, как колит.
Мы надеемся, что эта новая "prob-eye-otic" терапия будет выделять иммунорегулирующие факторы, которые ограничат симптомы, связанные с такими состояниями, как болезнь сухого глаза, от которой ежегодно страдают около 4 миллионов человек в США.
В этой развивающейся области еще многое предстоит узнать, прежде чем врачи смогут начать манипулировать глазным микробиомом для борьбы с болезнями. Но, возможно, однажды вместо того, чтобы просто закапывать глазные капли в сухие глаза, вы будете закапывать раствор с бактериями, которые заселят ваш глаз и выделят смазку и другие факторы, которых не хватает вашему организму. Следите за новостями.