Τι είναι το μικροβίωμα – Εφαρμογές, καινοτομίες και ευκαιρίες από τη έρευνα μικροβιώματος

Μικροσκοπικά αλλά τόσο πανίσχυρα που ανοίγουν λαμπρούς δρόμους στην επιστήμη τροφίμων, στην αντιμετώπιση της κλιματικής κρίσης και στην καταπολέμηση πολλών ασθενειών.

Είναι μικροσκοπικά, είναι αόρατα και πανίσχυρα! Ο λόγος για τα μικροβιώματα, τις κοινότητες μικροοργανισμών που κατοικούν σχεδόν σε κάθε περιβάλλον. Αν και οι περισσότεροι δεν το γνωρίζουμε τα μικροβιώματα έχουν τεράστιο αντίκτυπο στη ζωή. Όχι μόνο παίζουν ζωτικό ρόλο για την ανθρώπινη υγεία, αλλά και στην υγεία των οικοσυστημάτων μας. Καθώς οι γνώσεις μας για τον «μικρόκοσμο» βαθαίνουν, γινόμαστε μάρτυρες ολοένα και περισσότερων προϊόντων, εργαλείων και άλλων καινοτομιών που προκύπτουν από την έρευνα μικροβιώματος που εισέρχονται στην αγορά. Αυτές οι καινοτομίες θα γίνουν όλο και πιο σημαντικές στο μέλλον, καθώς υπόσχονται να μας βοηθήσουν να λύσουμε μερικές από τις κύριες προκλήσεις του 21ου αιώνα, από τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής έως τη διασφάλιση του εφοδιασμού με τρόφιμα και την καταπολέμηση κοινών ανθρώπινων ασθενειών.

Είμαστε περιτριγυρισμένοι από μικροβιώματα

Όσο αυξάνεται η κατανόησή μας για το μικροβίωμα του εντέρου και τη σημασία του για την ανθρώπινη υγεία έχει μεγαλώνει και το ενδιαφέρον της παγκόσμιας κοινότητας για το μικροβίωμα. Αλλά τα μικροβιώματα ξεπερνούν πολύ το έντερο. Αυτές οι κοινότητες μικροοργανισμών – που περιλαμβάνουν βακτήρια, μονοκύτταρους ευκαρυώτες, μύκητες και ιούς – υπάρχουν επίσης μέσα και πάνω στα ζώα, στη γη και στη θάλασσα, στα εδάφη, στα φυτά και στα νερά. Αποτελούν ένα ουσιαστικό μέρος των περιβαλλόντων που κατοικούν και ως εκ τούτου είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία και την υγεία τους.

Καινοτομίες μικροβιώματος

Τι σημαίνει λοιπόν στην πράξη να απολαμβάνουμε τη γνώση και τις δυνατότητες των μικροβιωμάτων; Πολλαπλές εφαρμογές προκύπτουν από την έρευνα μικροβιώματος, στην οποία συχνά αναφερόμαστε ως «καινοτομίες μικροβιώματος». Αυτά μπορεί να έχουν τη μορφή προϊόντος, μεθοδολογίας, εργαλείου ή διαδικασίας που βασίζεται στη δραστηριότητα των μικροβιακών κοινοτήτων. Ειδικότερα, στους τομείς της υγείας και της παραγωγής τροφίμων, παρατηρείται μια αυξανόμενη τάση προς καινοτομίες μικροβιώματος.

Δημιουργία μικροβιωματικής γνώσης για τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας.

Σήμερα γνωρίζουμε ότι το μικροβίωμα του εντέρου είναι ένα ουσιαστικό μέρος του σώματός μας και καθοδηγεί το ανοσοποιητικό μας σύστημα, τον μεταβολισμό, ακόμη και τις διαθέσεις και τις συμπεριφορές μας. Αυτή η αρκετά νέα γνώση έχει ανοίξει εντελώς νέους δρόμους για τη θεραπεία ασθενειών. Οι καινοτόμες εφαρμογές μικροβιώματος έχουν δημιουργήσει μια τεράστια αγορά που κυμαίνεται από λειτουργικά τρόφιμα (π.χ. τρόφιμα εμπλουτισμένα σε πρεβιοτικές ίνες ή/και προβιοτικά βακτήρια) μέχρι συμπληρώματα διατροφής (π.χ. προβιοτικές κάψουλες ή σκόνες) και θεραπευτικές εφαρμογές (π.χ. μεταμοσχεύσεις μικροβιώματος εντέρου). Έχετε ακούσει ποτέ για τον όρο «ψυχοβιοτικό»;

Αυτός ο νέος τύπος προβιοτικού δοκιμάζεται για να βοηθήσει ασθενείς που πάσχουν από ψυχικές ασθένειες, με πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Πρόσφατα, έχουν κάνει την επανεμφάνισή τους τα τρόφιμα που έχουν υποστεί ζύμωση (π.χ. τουρσιά, κεφίρ, γιαούρτι, ζυμωτό ψωμί) λόγω των πιθανών πλεονεκτημάτων τους για την υγεία. Μια άλλη σχετικά νέα τάση για την υγεία είναι τα κιτ δοκιμών μικροβιώματος. Οι αγοραστές τέτοιων κιτ μπορεί όχι μόνο να λάβουν μια ανάλυση της κοινότητας των βακτηρίων που ζουν στο έντερό τους, αλλά και να προσαρμόσουν διατροφικές συστάσεις και συστάσεις για την υγεία με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχουν πολλά που δεν γνωρίζουμε ακόμη για το μικροβίωμα, για παράδειγμα σχετικά με τον ρόλο συγκεκριμένων μικροβιακών ειδών στο έντερό μας και ότι η τεχνολογία για την ανάλυση μικροβιωμάτων είναι ακόμη στα σπάργανα, τα αποτελέσματα τέτοιων δοκιμών θα πρέπει να ερμηνεύονται προσεκτικά.

Επιπλέον, δεδομένης της τρέχουσας γνώσης μας, δεν μπορούμε να ορίσουμε τι είναι ένα «υγιές» μικροβίωμα και δεν είναι ακόμη σαφές εάν ένας τέτοιος ορισμός μπορεί να είναι ποτέ δυνατός. Μόνο όταν μελετήσουμε το μικροβίωμα του εντέρου των ανθρώπων σε μεγαλύτερες μελέτες για αρκετούς μήνες ή χρόνια και παρατηρήσουμε πώς αλλάζει ανάλογα με την ηλικία, την ασθένεια, τη διατροφή και άλλους παράγοντες του τρόπου ζωής, θα είμαστε σε θέση να κάνουμε συγκεκριμένες συστάσεις υγείας σχετικά με μικροβιώματα. Τέλος, και ίσως σε ένα όχι πολύ μακρινό μέλλον, οι ερευνητές θα είναι σε θέση να αναπτύξουν «έξυπνα» μικρόβια που εκτελούν τις επιθυμητές εργασίες, όπως η καταπολέμηση των κρυμμένων παθογόνων, η διάγνωση πρώιμων σταδίων ασθενειών και η παροχή φαρμάκων σε συγκεκριμένα μέρη του σώματός μας. Αυτό το ερευνητικό πεδίο, το οποίο περιγράφεται ως «μικροβιακή μηχανική», στην πραγματικότητα υπάρχει ήδη, αλλά χρειάζεται ακόμη περαιτέρω ανάπτυξη για να εγγυηθεί την ασφαλή χρήση τέτοιων οργανισμών που έχουν υποστεί χειραγώγηση.

Ενίσχυση της βιώσιμης και ασφαλούς παραγωγής τροφίμων μέσω μικροβιωμάτων

Επίσης, στους τομείς της γεωργίας και της παραγωγής τροφίμων, οι καινοτομίες του μικροβιώματος θα μπορούσαν να είναι οι σιωπηλοί ήρωές μας, βοηθώντας μας να παρέχουμε στον παγκόσμιο πληθυσμό επαρκή και υγιεινή τροφή και να το κάνουμε αυτό με βιώσιμο τρόπο. Για παράδειγμα:

Οι μικροοργανισμοί εφαρμόζονται ήδη με επιτυχία στη γεωργία ως βιολιπάσματα. Ως εκ τούτου, προμηθεύουν το φυτό με απαραίτητα θρεπτικά συστατικά, συμβάλλοντας έτσι στην άνθηση των καλλιεργειών και σε υψηλότερες αποδόσεις για τους αγρότες. Ταυτόχρονα, αντικαθιστούν τα χημικά λιπάσματα, τα οποία είναι επιβλαβή για το περιβάλλον, καθώς εκπέμπουν αέρια του θερμοκηπίου και μολύνουν τα υπόγεια ύδατα κατά την αποσύνθεσή τους.
Στην κτηνοτροφία και την υδατοκαλλιέργεια, η προσθήκη μικροοργανισμών στις ζωοτροφές είναι μια κοινή πρακτική για τη βελτίωση της διατροφικής ποιότητας των ζωοτροφών, με αποτέλεσμα πιο υγιή, πιο παραγωγικά ζώα.
Στις εγκαταστάσεις παραγωγής και επεξεργασίας τροφίμων, εφαρμόζονται νέες αναλυτικές μέθοδοι για τον εντοπισμό μικροβιακών κοινοτήτων κατά μήκος της αλυσίδας παραγωγής, επιτρέποντας στους παραγωγούς τροφίμων να παρακολουθούν καλύτερα τους κινδύνους που προέρχονται από παθογόνους, ανεπιθύμητους μικροοργανισμούς και να λαμβάνουν τα κατάλληλα μέτρα για την ασφάλεια των τροφίμων.

Χρήση μικροβιωμάτων για την επίτευξη κυκλικής βιοοικονομίας

Μελετώντας τα μικροβιώματα και τα περιβάλλοντα στα οποία ζουν (μαζί σχηματίζουν τα λεγόμενα «οικοσυστήματα»), οι ερευνητές αποκτούν μεγαλύτερη κατανόηση της λειτουργίας αυτών των οικοσυστημάτων και, πιο ενδιαφέρον, το πώς οι μικροβιακές λειτουργίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν προς όφελός μας. Βλέπουμε να αναπτύσσονται όλο και περισσότερες λύσεις βασισμένες στο μικροβίωμα, οι οποίες μας βοηθούν να διαχειριζόμαστε τους περιορισμένους πόρους του πλανήτη μας με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούμε να αποκτούμε τρόφιμα, ενέργεια και άλλα αγαθά χρησιμοποιώντας λίγους και κυρίως ανανεώσιμους φυσικούς πόρους, συμπεριλαμβανομένων των ροών αποβλήτων. Αυτή η έννοια αναφέρεται επίσης ως η κυκλική «βιοοικονομία» ή «οικονομία που βασίζεται στη βιολογική οικονομία» και συνδέεται στενά με τους Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης (SDGs) των Ηνωμένων Εθνών. Η έρευνα για το μικροβίωμα άνοιξε ένα σημαντικό παράθυρο ευκαιρίας για την προσέγγιση της βιοοικονομίας. Προσφέρει πολύ πρακτικές λύσεις που έχουν μεγάλες επιχειρηματικές δυνατότητες και θα μπορούσαν να ωφελήσουν την ευημερία της κοινωνίας μας, για παράδειγμα, υποστηρίζοντας την επισιτιστική ασφάλεια, μειώνοντας την απειλή της μικροβιακής αντοχής και ωφελώντας την υγεία μας. Υπό το πρίσμα αυτό, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η έρευνα μικροβιώματος προσελκύει επίσης την προσοχή των υπευθύνων χάραξης πολιτικής και της βιομηχανίας.

Έρευνα μικροβιώματος: Είμαστε καλύτερα μαζί!

Ένα από τα επόμενα σημαντικά ορόσημα στην έρευνα του μικροβιώματος θα είναι η πρόοδος αναλυτικών εργαλείων που θα μας επιτρέψουν να χαρακτηρίσουμε καλύτερα τα μικροβιακά είδη που βρίσκονται σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα και ποιες λειτουργίες εκτελούν εκεί (το «θέατρο δραστηριότητάς τους», όπως το αποκαλούν οι επιστήμονες). Αυτή η γνώση θα μπορούσε να μας βοηθήσει να σχεδιάσουμε περαιτέρω, πιο αποτελεσματικές και ακριβείς τεχνολογίες μικροβιώματος. Επειδή αυτά τα εργαλεία βασίζονται κυρίως σε μοντέλα υπολογιστών, οι μικροβιολόγοι θα πρέπει να συνεργάζονται όλο και περισσότερο με βιοπληροφορικούς και επιστήμονες δεδομένων ή να εκπαιδεύονται οι ίδιοι σε αυτούς τους κλάδους. Τέλος, όσοι εφαρμόζουν αυτές τις τεχνολογίες – οι αγρότες στο χωράφι, οι παραγωγοί τροφίμων και οι υπεύθυνοι ασφάλειας, οι γιατροί και οι επαγγελματίες του τομέα της υγείας – πρέπει επίσης να γνωρίζουν την άσκηση. Άλλα εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν περιλαμβάνουν την αύξηση της διεθνούς συνεργασίας για τη διάδοση της γνώσης, την ευθυγράμμιση των μεθόδων έρευνας και τον συντονισμό της χρηματοδότησης. Επίσης, πρέπει να δημιουργηθούν φιλικά προς το μικροβίωμα νομικά πλαίσια που να διευκολύνουν την έγκριση νέων προϊόντων μικροβιώματος και να επιτρέπουν την ταχεία πρόσβαση στην αγορά.

Επιδιώκοντας να αντιμετωπίσει αυτά και άλλα ζητήματα και να προωθήσει την καινοτομία στον τομέα του μικροβιώματος, το χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ έργο MicrobiomeSupport ξεκίνησε το 2018. Μεταξύ των κύριων αποτελεσμάτων του έργου τα τελευταία 4 χρόνια είναι:

Πρόταση ενός ενημερωμένου ορισμού του όρου «μικροβίωση» (έτσι όλοι οι επαγγελματίες του μικροβιώματος μιλούν την ίδια γλώσσα)
Σύσταση τυπικών ερευνητικών προσεγγίσεων (ώστε να μπορούμε να συγκρίνουμε αποτελέσματα διαφορετικών μελετών)
Καθορισμός κενών στην έρευνα (έτσι μπορούμε να καθοδηγήσουμε για τις ανάγκες που θα χρηματοδοτηθούν στη συνέχεια)
Περιγραφή των αναγκών εκπαίδευσης για σχολεία, πανεπιστήμια και επαγγελματίες (έτσι μπορούμε να εξοπλίσουμε μελλοντικούς ειδικούς στο μικροβίωμα με τις απαραίτητες δεξιότητες)
Αύξηση της ευαισθητοποίησης και της γνώσης του κοινού σχετικά με τα μικροβιώματα (έτσι κατανοούμε όλοι πώς τα μικροβιώματα επηρεάζουν την καθημερινή μας ζωή και γνωρίζουμε τις πιθανές καινοτομίες σε αυτόν τον τομέα)

Αν και το έργο ολοκληρώνεται φέτος, το μέλλον της έρευνας μικροβιώματος φαίνεται λαμπρό. Άλλωστε, οι προσπάθειες και το ενδιαφέρον να βελτιώσουμε την κατανόησή μας για τον συναρπαστικό μικρό-κόσμο δεν λείπουν. Παρόλα αυτά, έχουμε ακόμα πολλή δουλειά να κάνουμε, όπως και τα μικρόβια!