Mikrobiom drg oddechowych Prof dr hab Marcin Moniuszko

Mikrobiom dróg oddechowych Prof. dr hab. Marcin Moniuszko Klinika Alergologii i Chorób Wewnętrznych Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku Zakład Medycyny Regeneracyjnej i Immunoregulacji Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku

Oświadczenie Brak konfliktu interesu w odniesieniu do tematyki obecnego wykładu

Antygen APC Ig. G IL 2, IFNγ Th 1 MHC II wirusy bakterie TCR IL 12 Th 0 (-) IL 4 Th 2 IL 4, IL 13 Ig. E pasożyty alergeny

Ekspozycja na endotoksyny bakteryjne: hodowla zwierząt, praca na roli

Ekspozycja na endotoksyny bakteryjne: picie niepasteryzowanego mleka

To środowisko ma olbrzymi wpływ na to, jak odczytywane są informacje zapisane w naszych genach Epidemiologia chorób alergicznych w Polsce ECAP 2008 Na wsi o 1/3 mniej alergicznego nieżytu nosa i o połowę mniej astmy

To środowisko ma olbrzymi wpływ na to, jak odczytywane są informacje zapisane w naszych genach Fińska Karelia Rosyjska Karelia

Fińska Karelia Rosyjska Karelia Podobne geny i ich polimorfizmy (HLA i inne) Podobna środowisko geograficzne i struktura etniczna badanych grup • 15 x częściej Ig. G przeciw Helicobacter pylori Dochód „per capita” – 9 x wyższy niż w Rosji • 5 x częściej Ig. G przeciw Toxoplasma gondii • 12 x częściej Ig. G przeciw HAV • częściej p-ciała przeciw Coxackie B 4 (enterowirus)

Fińska Karelia Rosyjska Karelia 34% dorosłych z cechami atopii 21% dorosłych z cechami atopii 22% dzieci z cechami atopii 6% dzieci z cechami atopii (oraz 5 x częściej cukrzyca typu 1 i choroba trzewna)

Czy kolonizacja nosogardzieli Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis, Haemophilus influenzae w 1 -ym m. ż. ma wpływ na rozwój klinicznych cech astmy w dzieciństwie? TAK! Bisgaard H et al. N Engl J Med 2007; 357: 1487 -1495.

Co było pierwsze? Kolonizacja patogenami, która zmieniła układ immunologiczny i doprowadziła do rozwoju astmy? Czy zmieniony układ immunologiczny, który od początku był predysponowany do rozwoju astmy i dlatego pozwolił na tę kolonizację?

• Rinowirusy i bakterie (Streptococcus pneumoniae, Moraxella cattarhalis, Haemophilus influenzae) są wykrywane występują w podobnym odsetku u dzieci zdrowych i dzieci z astmą (ocena metodą PCR) • Bakterie znajduje się szczególnie u tych pacjentów, u których wykryto rinowirusa • Obecność Streptococcus pneumoniae i Moraxella cattarhalis (ale nie Haemophilus infl. ) znacząco zwiększała ryzyko zaostrzenia astmy i nasilała ciężkość choroby (niezależnie od obecności RV)

Przewaga gronkowców w nosie wiąże się z bardziej nasilonym przebiegiem przeziębienia Doustne przyjmowanie probiotyku nie zmieniło struktury mikrobiomu nosowego

Ile życia w probiotykach? Źródło: Raport Najwyższej Izby Kontroli

Mikrobiom dróg oddechowych Zdrowi Astma Glównie Bacteroidetes (Prevotellacae) Głównie Proteobakterie (m. in. Haemophilus) Ta przewaga Proteobakterii utrzymywała się niezależnie od przyjmowania lub nie GKS wziewnych

Mikrobiom dróg oddechowych a wrażliwość na GKS Astma steroidowrażliwa Astma steroidooporna Skład mikrobiomu nie różni się znacząco pomiędzy tymi dwoma fenotypami astmy Am J Respir Crit Care Med. 2013 Nov 15; 188(10): 1193 -201. doi: 10. 1164/rccm. 201304 -0775 OC. The effects of airway microbiome on corticosteroid responsiveness in asthma. Goleva E 1, Jackson LP, Harris JK, Robertson CE, Sutherland ER, Hall CF, Good JT Jr, Gelfand EW, Martin RJ, Leung DY.

Skład mikrobiomu dolnych dróg oddechowych w astmie ciężkiej koreluje z nasileniem zapalenia w dolnych drogach oddechowych PLo. S One. 2014; 9(6): e 100645. Potentially Pathogenic Airway Bacteria and Neutrophilic Inflammation in Treatment Resistant Severe Asthma Benjamin J. Green, Surasa Wiriyachaiporn, Christopher Grainge, Geraint B. Rogers, Valia Kehagia, Laurie Lau, Mary P. Carroll, Kenneth D. Bruce, and Peter H. Howarth 1

Haemophilus sp. , Streptococcus sp. , Moraxella sp. i ciężka astma

Czy możemy poprzez zmianę składu mikrobiomu dróg oddechowych wpłynąć na zapalenie alergiczne? TAK Zarówno pośrednio, jak i bezpośrednio

Donosowe podanie pałeczek Lactobacillus (w niektórych przypadkach również uśmiertelnionych) wzmaga odpowiedź przeciw wirusowi RSV

Aktywowanie szlaków wykorzystywanych przez bakterie i wirusy może przyczynić się do „wygaszenia” zapalenia alergicznego

Ale nie zawsze…

Podskórne podawanie agonisty TLR 9 (celu ataku bakterii) nie poprawiło kontroli choroby w astmie umiarkowanej i ciężkiej

Dotchawicze podawanie agonisty TLR 4 (celu ataku bakterii) sprzyjało powstaniu neutrofilowego fenotypu astmy

Wnioski Wciąż jeszcze niejednoznaczne

Jak w Białymstoku przygotowujemy algorytmy oparte o metody sztucznej inteligencji – jedyny taki model w Europie Bardzo szczegółowa ocena stanu klinicznego Analiza diety/aktywności fizycznej Analiza genomu Rodzaj terapii Analiza ekspozycji na szkodliwe czynniki Nowoczesna radiomika • PET/MRI • PET/CT Ocena efektów terapii Analiza proteomu Analiza metabolomu Analiza mikrobiomu Kompleksowa bioinformatyczna analiza Big Data Algorytmy sztucznej inteligencji – np. przewidujące skuteczność określonych terapii

Centrum Sztucznej Inteligencji w Medycynie (C-SIM) Uniwersytet Medyczny w Białymstoku Center for Artificial Intelligence in Medicine (C-AIM) 1. Nie ma szans na konkurencyjne rozwiązania w dziedzinie SI bez dostępu do własnych, wszechstronnych, unikalnych zbiorów danych dotyczących danej/danych jednostek chorobowych. UMB jest jedną z nielicznych instytucji na świecie, która tak unikalne zbiory danych tworzy 2. Centrum SIM w UMB stanie się prekursorem takich rozwiązań w naszej części Europy i trampoliną do powstania nowych firm SI oraz rozwoju nowych technologii opartych o metody SI

Białystok 2018 - tworzenie algorytmów opartych o metody sztucznej inteligencji Unikalne w skali świata bazy danych – np. pacjentów z rakiem płuca czy kohortowego badania populacyjnego Białystok PLUS Dane częściowo przetworzone Tzw. „raw data: Clinical data micro. RNA data Genomics data Transcriptomics data Ekstrakcj a danych, ich transfor macja i ząładowa nie PET/MRI data Proteomics data Other imaging modalities data Information extraction Classification Data integration Data fusion Phenotyping Distributed queries Data warehouse + Preprocessing Metabolomics data Moduły czynnościowe stanowiące podstawę tworzenia nowych algorytmów SI Data linkage • Diagnostic queries • Relational databases: Cancer Genome databases NCCN Guidelines Primary literature Expert opinions Workflow support

Dziękuję za uwagę

A inne bakterie? Mycoplasma pneumoniae Chlamydia pneumoniae Chest. 2002 Jun; 121(6): 1782 -8. Mycoplasma pneumoniae and Chlamydia pneumoniae in asthma: effect of clarithromycin. Kraft M, Cassell GH, Pak J, Martin RJ. • Mycoplasma lub Chlamydia wykryte metodą PCR i hodowli u 31/55 astmatyków • 6 -tygodniowa terapia klarytromycyną poprawiła FEV 1 tylko u pacjentów, u których wykryto jedną z dwóch bakterii Ale… inne badania tego nie potwierdziły