В глазах живут бактерии, защищающие их от инфекций
Бактерии живут в наших глазных яблоках, и понимание их роли может помочь в лечении распространенных заболеваний глаз
Возможно, вам знакома идея о том, что в вашем кишечнике и коже находится множество микробов — грибков, бактерий и вирусов, которые жизненно необходимы для поддержания вашего здоровья. Но знаете ли вы, что ваши глаза также содержат уникальный зверинец микробов? Вместе они называются глазным микробиомом. Когда эти микробы находятся в дисбалансе — слишком много или слишком мало определенных типов — могут возникнуть заболевания глаз.
С недавним исследованием, показывающим, что бактерии живут на поверхности глаза и стимулируют защитный иммунитет, ученые начинают обнаруживать микробные факторы, которые можно использовать для создания инновационных методов лечения ряда заболеваний глаз, таких как сухость глаз, синдром Шегрена и рубцевание роговицы. Однажды можно создать бактерии для лечения глазных заболеваний у людей.
Я иммунолог, изучаю, как глаз предотвращает инфекцию. Я заинтересовался этой областью, потому что люди получают только два глаза, и понимание того, как бактерии влияют на иммунитет, может быть ключом к тому, чтобы избежать до 1 миллиона визитов к врачу по поводу глазных инфекций и сэкономить 174 миллиона долларов США в год только в США.
Микробиом глаза
При обсуждении микробиома большинство ученых обычно думают о кишечнике, и вполне заслуженно; Исследователи считают, что в одной ободочной кишке может содержаться более 10 триллионов бактерий. При этом больше внимания сейчас уделяется влиянию микробиомов на другие участки, включая кожу, и участки с очень небольшим количеством бактерий, таких как легкие, влагалище и глаза.
В течение последнего десятилетия роль микробиома в здоровье глаз была неоднозначной. Ученые полагали, что здоровым глазам не хватает организованного микробиома. Исследования показали, что бактерии из воздуха, рук или краев век могут присутствовать на глазу; однако многие полагали, что эти микробы были просто убиты или смыты непрерывным потоком слез.
Только недавно ученые пришли к выводу, что глаз действительно содержит «основной» микробиом, который зависит от возраста, географического региона, этнической принадлежности, износа контактных линз и состояния заболевания. «Ядро» ограничено четырьмя родами бактерий Staphylococci, Diphtheroids, Propionibacteria и Streptococci. В дополнение к этим бактериям вирус крутящего момента, участвующий в некоторых внутриглазных заболеваниях, также считается членом основного микробиома, поскольку он присутствует на поверхности глаза у 65% здоровых людей.
Это говорит о том, что при назначении антибиотиков врачи должны более глубоко задумываться о рисках и преимуществах микробиома. Антибиотики могут убивать бактерии, которые приносят пользу глазу.
В недавнем исследовании, охватывающем более десяти лет и включающем более 340 000 пациентов в США, авторы обнаружили, что антибиотики использовались для лечения 60% случаев острого конъюнктивита («розовый глаз»). Но вирусные инфекции являются наиболее вероятными причинами появления розового глаза и не поддаются лечению антибиотиками. Более поразительные, даже случаи, вызванные бактериями, часто проходят через 7—10 дней без вмешательства. Хорошо известно, что чрезмерное или неправильное использование антибиотиков может нарушить микробиом, что приведет к инфекции, аутоиммунитету и даже раку.
Открытие глазного колонизирующего микроба
В течение последнего десятилетия исследования, оценивающие микробиом и заболевание глаз, резко возросли. Они создали огромное количество данных, но большинство из них являются относительными. Это означает, что определенные бактерии были связаны с определенными заболеваниями, такими как синдром Шегрена или бактериальный кератит. Однако, являются ли эти бактерии причиной этих заболеваний, пока неизвестно.
Во время работы в Национальном глазном институте я использовал мышей, чтобы определить, могут ли бактерии на поверхности глаза стимулировать иммунный ответ для защиты глаза от ослепляющих патогенов, таких как бактерия и Pseudomonas aeuruginosa.
В 2016 году окулист-иммунолог Рэйчел Каспи из Национального института глаза и я предположили, что защитные бактерии живут рядом или на глазу. Действительно, мы обнаружили резидентную бактерию Corynebacterium mastitidis (C. mast), которая стимулирует иммунные клетки к выработке и высвобождению противомикробных факторов, которые убивают вредные микробы в слезах.
Благодаря серии экспериментов лаборатория Caspi впервые смогла показать причинную связь между C. mast и защитным иммунным ответом. Всякий раз, 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 офтальмологическим иммунитетом C. mastand для разработки новых методов лечения. Предотвратить инфекцию и, возможно, бороться с более распространенными заболеваниями, такими как сухость глаз.
Инженерные микробы для улучшения здоровья глаз
Первым шагом к разработке таких методов лечения является выяснение того, как бактерии колонизируют глаз. Для этого моя лаборатория сотрудничает с лабораторией Кэмпбелла в университете Питтсбурга, в которой находится одна из самых обширных коллекций глазных бактерий в стране. С нашей уникальной экспериментальной установкой с мышами и расширенным генетическим анализом мы можем использовать эту микробную библиотеку, чтобы начать определять 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 для борьбы с микробами, вызывающими заболевания, а не для немедленного лечения инфекций антибиотиками широкого спектра действия, которые также убивают полезных микробов.
Наконец, одна из наших более высоких целей состоит в том, чтобы генетически сконструировать колонизирующие глаза бактерии, чтобы они служили в качестве средств долгосрочной доставки на поверхность глаза. В кишечнике было показано, что генетически модифицированные бактерии облегчают такие заболевания, как колит.
Мы надеемся, что эта новая «пробно-глазная» терапия будет действовать для секреции иммунорегуляторных факторов, которые будут ограничивать симптомы, связанные с такими состояниями, как сухое глазное заболевание, от которого страдают около 4 миллионов человек в США в год.
В этой развивающейся области еще многое предстоит узнать, прежде чем врачи смогут начать манипулировать глазным микробиомом для борьбы с болезнями. Но однажды, возможно, вместо того, чтобы брызгать глазными каплями в ваши сухие глаза, вы впрыснете раствор с бактериями, которые заселят ваш глаз и выделят смазки и другие факторы, которых не хватает вашему телу».
Тони Сент-Леже, доцент кафедры офтальмологии и иммунологии, Университет Питтсбурга.
