1. מהו מיקרוביום?
מיקרוביום (Microbiome) = אוכלוסיות של מיקרואורגניזמים באתר מסוים.
- מיקרוביום של הים, של הרצפה, של מערכת העיכול - כל אתר והאוכלוסייה שלו.
- כולל: חיידקים, פטריות, ארכיאה, וירוסים, פאג׳ים, חד-תאיים ועוד.
- בהרצאה זו הדגש על חיידקים - המרכיב העיקרי של המיקרוביום.
2. למה זה רלוונטי לרופאים?
התחום מגיע יותר ויותר לקליניקה. רופאים נתקלים במטופלים שמביאים בדיקות מיקרוביום פרטיות ושואלים “מה זה אומר?” - אך עדיין אין סטנדרטיזציה ואין הגדרה ברורה למיקרוביום “טוב” מול “רע”.
שלושה שימושים עתידיים עיקריים
| שימוש | הסבר | דוגמה |
|---|---|---|
| ניבוי (Prediction) | חיזוי מחלות לפני הופעתן | ניבוי סוכרת הריון בשבוע 11 ע״י דגימת צואה (86% דיוק) |
| אבחון (Diagnosis) | זיהוי מחלות קיימות | אבחון סרטן המעיים באמצעות דגימת צואה |
| טיפול (Treatment) | שינוי המיקרוביום לריפוי | השתלת צואה (FMT), פרוביוטיקה, פוסטביוטיקה |
3. טקסונומיה - סיווג חיידקים
הסיווג הוא היררכי, מהכללי לפרטי:
Kingdom → Phylum → Class → Order → Family → Genus → Species
דוגמה: E. coli - Escherichia (סוג) coli (מין), שייך למשפחת Enterobacteriaceae, מערכת Proteobacteria.
מערכות (Phyla) חשובות
- Firmicutes (כיום: Bacillota) - כ-90% מחיידקי המעי יחד עם Bacteroidetes. כולל Lactobacillus.
- Bacteroidetes (כיום: Bacteroidota) - גנים רבים לפירוק חומר צמחי.
- Proteobacteria - מערכה פרו-דלקתית. כוללת: E. coli, Shigella, Salmonella, Vibrio, Helicobacter. עולה במצבי מחלה.
- Actinobacteria - עולה אף היא בחלק ממצבי מחלה.
כלל אצבע: במצבי מחלה - עלייה ב-Proteobacteria.
4. מה החיידקים עושים בשבילנו?
| תפקיד | פירוט |
|---|---|
| עיכול ופירוק נוטריאנטים | פרמנטציה של סיבים תזונתיים במעי הגס |
| ייצור חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) | אצטט, בוטיראט, פרופיונאט - “דלק” קריטי לגוף |
| ייצור ויטמינים | ויטמינים שהגוף לא מייצר בעצמו |
| ייצור הורמונים | כולל סרוטונין - 90% ממנו נמצא במערכת העיכול, לא במוח |
| הגנה מפני פתוגנים | איכלוס שמונע התיישבות חיידקים מזיקים (Colonization Resistance) |
| חינוך מערכת החיסון | בשנים הראשונות לחיים - המערכת לומדת מול מי להגיב ומול מי לא |
מה אנחנו נותנים להם?
סביבת מחיה ומזון (נוטריאנטים). לחיידקים אין אינטרס לגרום לנו מחלה - אלא אם מרגישים שינוי במאחסן.
5. SCFAs - חומצות שומן קצרות שרשרת
- תוצרים של פרמנטציה חיידקית במעי הגס.
- דוגמאות: אצטט, בוטיראט, פרופיונאט.
- חיוניות למערכת החיסון, האנדוקרינית והעצבים.
- רק חיידקים יודעים לייצר אותן - הגוף לא יכול לתפקד בלעדיהן.
- מיקרוביום תקין ← ייצור SCFAs תקין.
- מצבי מחלה ← ירידה בייצור SCFAs.
6. חיידקים “טובים” ו”רעים” - שינוי תפיסתי
“אין כמעט חיידקים שכל מטרתם לגרום מחלה”
הדוגמה של Helicobacter pylori
- גורם לכיבים ומקושר לסרטן הקיבה.
- בעבר - טיפול אנטיביוטי אגרסיבי לכל נשא.
- היום - מבינים שרוב האנשים נושאים אותו ובריאים לחלוטין. רק שינוי ביחסי חיידק-מאחסן גורם להפעלת גני וירולנטיות ומחלה.
הולוביונט (Holobiont)
לא ניתן להסתכל על האדם בנפרד מחיידקיו. יחידה אבולוציונית אחת: אדם + סך כל המיקרואורגניזמים שבו.
7. נתונים מספריים
- על כל תא אנושי - יש יותר חיידקים.
- כ-1.5–2 ק”ג חיידקים בכל אדם.
- רובם נמצאים במעי הגס.
- פחות מ-1% מחיידקי העולם ניתנים לתרבות במעבדה.
- בגוף האדם - הצליחו להגיע לכ-50% תרבות.
8. שיטות מחקר
8.1 תרבית (Culturomics)
זריעה על מצעים שונים. מוגבלת - לא כל החיידקים גדלים. רוב חיידקי המעי הם אנאירוביים אובליגטוריים, לא גדלים על מצע עשיר, ולא מתחלקים כל 20 דקות.
8.2 16S rRNA
- גן ריבוזומלי קיים בכל החיידקים.
- מכיל אזורים שמורים (לתפיסה בפריימרים אוניברסליים) ו-9 אזורים משתנים (לזיהוי).
- שיטה: הפקת DNA ← PCR ← ריצוף ← זיהוי.
- יתרון: זול, מהיר, נותן תמונה ראשונית.
- חיסרון: רזולוציה מוגבלת ככל שהריצוף מתקצר. קשה להבדיל בין מינים קרובים כמו E. coli ו-Shigella. רק חיידקים (בפטריות - 18S).
- עונה על השאלה: מי נמצא שם?
8.3 מטאגנומיקה (Metagenomics)
- ריצוף כל ה-DNA בדגימה - ללא PCR סלקטיבי.
- כולל: חיידקים, פטריות, וירוסים, חד-תאיים.
- עונה על: מי נמצא שם + מה הם יודעים לעשות.
- יקר יותר, דורש יכולת חישובית גבוהה.
- היום - השיטה המובילה בעיתונות המדעית.
8.4 שיטות נוספות
| שיטה | מה בודקת |
|---|---|
| Metatranscriptomics | אילו גנים החיידקים מבטאים כרגע (RNA) - מה הם עושים, לא מה הם יודעים לעשות |
| Metabolomics | מטבוליטים שהחיידקים מפרישים (LCMS/GCMS) |
| Metaproteomics | חלבונים של המיקרוביום |
8.5 התפתחות טכנולוגיית הריצוף
- דוקטורט (Sanger): 10-15$ לחיידק אחד, כ-100 ריצופים לדגימה.
- פוסט-דוקטורט (454 Pyrosequencing): 10,000$ ← מיליון ריצופים.
- היום (Illumina): 2,000$ ← קרוב ל-100 מיליון ריצופים.
8.6 מודלים של עכברים
- SPF (Specific Pathogen Free) - נקיים מפתוגנים ידועים, עוברים קרנטינה ובדיקות בריאות.
- קונבנציונלי - ללא בקרה מיוחדת (למשל אחרי השתלה מאדם).
- Germ-Free (סטריליים) - ללא אף חיידק. גדלים באיזולטורים סטריליים. פיזיולוגית לא נורמליים. משמשים להוכחת קוזאליות (סיבתיות).
9. מדדי מגוון (Diversity)
Alpha Diversity - מגוון בתוך דגימה
- כמה סוגי חיידקים יש לפרט אחד.
- במחלה - ירידה באלפא דייברסיטי (פחות מגוון מינים).
Beta Diversity - מגוון בין דגימות
- כמה דומים/שונים המיקרוביומים של שני פרטים.
- במחלה - עלייה בבטא דייברסיטי (שונות גדולה יותר בין חולים).
- מוצג בגרף PCoA - ככל שנקודות קרובות, המיקרוביומים דומים יותר.
סיכום: חולים ← פחות מגוון פנימי, יותר שונות ביניהם.
פילוגנטיקה
חשוב להכניס גם קרבה אבולוציונית לניתוח - חיידקים קרובים פילוגנטית צפויים לתפקד באופן דומה. לכן נעשה שימוש במדדים שמשלבים מרחק פילוגנטי.
10. פרויקט המיקרוביום האנושי (HMP)
- יצא לדרך 2007–2008 ע”י ה-NIH.
- מיפו את המיקרוביום של 250 אמריקאים בריאים בוגרים.
- מגבלה: מוטה - רק אמריקאים, רק בוגרים, הגדרת “בריא” אמריקאית.
- פרויקט שלקח 5-6 שנים ומאות חוקרים - היום סטודנט אחד עושה את זה בחודשיים.
ממצא מרכזי - מיקרוביום ייחודי לכל אדם ולכל אתר בגוף
לכל אתר בגוף יש מיקרוביום ייחודי - מעי, פה, עור, נרתיק - כולם שונים. אפילו בתוך חלל הפה: הלשון ≠ השיניים ≠ הלחי ≠ החיך. המיקרוביום של מערכת העיכול שלי דומה יותר לשלכם מאשר למיקרוביום של הפה שלי.
11. דיסביוזיס ומחלות
דיסביוזיס = שינויים באוכלוסיות החיידקים המקושרים למצבי מחלה.
⚠️ שינוי = אסוציאציה, לא בהכרח סיבה ותוצאה. צריך להוכיח קוזאליות.
מחלות שנקשרו לדיסביוזיס
- IBD (קרוהן וקוליטיס) - עלייה ב-Proteobacteria ו-Actinobacteria.
- NEC (Necrotizing Enterocolitis) - בפגים, כמעט 90% Proteobacteria.
- השמנה, סוכרת, סרטן, תסמונת מטבולית, מחלות אוטואימוניות, דיכאון, אוטיזם ועוד.
- כיום - כמעט אין מחלה שלא נבדק הקשר שלה למיקרוביום.
12. השמנה ומיקרוביום
ממצאים מרכזיים
- באנשים שמנים: יותר Firmicutes, פחות Bacteroidetes.
- ירידה במשקל (שינוי תזונה לאורך שנה) ← עלייה ב-Bacteroidetes.
- מודל עכבר Ob/Ob (חסר לפטין - הורמון השובע, אוכל ללא הפסקה): אותו דפוס.
ניסוי מפתח - הוכחת סיבתיות
- עכברים סטריליים + חיידקים מעכברים שמנים ← השמינו.
- עכברים סטריליים + חיידקים מעכברים רזים ← נשארו רזים.
- 100% הצלחה בשחזור. הניסוי המשוחזר ביותר בעולם המיקרוביום.
- עובד גם מאדם לעכבר, וגם מתאומים (אחד שמן, אחד רזה).
Christensenella minuta
- חיידק שנמצא יותר אצל רזים (מחקר תאומים, TwinsUK).
- צואה מתאומה שמנה + הוספת החיידק ← השתלה בעכברים ← לא השמינו.
- זהו מניעת השמנה, לא הרזיה - הבדל חשוב.
אפקט היו-יו
מחקר (עם פרופ׳ איריס שי, בן-גוריון): השתלת צואה עצמית מתקופת הרזיה ← האטת חזרת העלייה במשקל. לא מנע לחלוטין, אבל האט.
13. טיפולים מבוססי מיקרוביום
FMT - השתלת מיקרוביוטה צואתית (Fecal Microbiota Transplantation)
- לקיחת צואה מתורם בריא ← העברה לחולה (כיום בגלולות, בעבר בזונדה).
- הטיפול היחיד המאושר ע”י ה-FDA: זיהום חוזר ב-Clostridioides difficile.
- עד 95% הצלחה - אנשים שסבלו משלשולים קשים במשך שנים מבריאים תוך ימים.
- לא מאושר ל-IBD, טרשת נפוצה או מחלות אחרות.
Clostridioides difficile
- חיידק שמתרבה כשאנטיביוטיקה הורגת את המתחרים שלו.
- פוגע בעיקר במבוגרים מאושפזים תחת טיפול אנטיביוטי ממושך.
- אנטיביוטיקה נוספת כמעט ולא עוזרת ← FMT משחזר את המגוון, דוחק את ה-C. difficile, ומאפשר למערכת החיסון להתאושש.
פרוביוטיקה
- שימוש בחיידק חי להשגת שיפור בריאותי.
- אתגרים: שמירת החיידק חי על המדף, מעבר חומציות הקיבה, התיישבות באתר הנכון, ייצור המולקולה הרצויה - ולכן העולם הזה “קצת בעייתי” כיום.
פרה-ביוטיקה (Prebiotics)
- מזון לחיידקים קיימים - כדי שיתרבו באופן טבעי (למשל: סיבים תזונתיים).
פוסט-ביוטיקה (Postbiotics)
- מתן המולקולות שהחיידקים מייצרים ישירות - ללא צורך בחיידק חי. למשל, במקום לתת לקטובצילוס, לתת את המולקולה שהוא מייצר.
14. גורמים המשפיעים על המיקרוביום
| גורם | השפעה |
|---|---|
| תזונה | הגורם החזק והמהיר ביותר. ילדים אפריקאים (צמחי) vs. איטלקים (מערבי) ← מיקרוביום שונה לחלוטין |
| גיל | משתנה דרמטית: לידה ← התייצבות בגיל כ-3 ← יציבות בבגרות ← ירידה בזקנה |
| אנטיביוטיקה | הרס אוכלוסיות ← פתיחת נישה לפתוגנים |
| דרך לידה | לידה רגילה vs. ניתוח קיסרי |
| הנקה | תינוק יונק vs. פורמולה ← מיקרוביום שונה לחלוטין |
| היגיינה | תיאוריית ההיגיינה - אנחנו נקיים מדי ← מערכת חיסון לא מחונכת ← עלייה במחלות אוטואימוניות |
| גנטיקה | השפעה מוערכת בכ-2% בלבד |
15. ציר מעי-מוח (Gut-Brain Axis)
- תחום צעיר מאוד: פסיכוביוטיקה.
- חיידקים מייצרים סרוטונין במעי ← נקשר לרצפטורים ← שולח אותות למוח (לא מגיע ישירות).
- שאלה פתוחה: האם פרוביוטיקה של חיידק מייצר סרוטונין תוכל להחליף תרופות כמו פרוזק?
- הערכת המרצה: “בעוד כ-15 שנה נגיע לשם.”
- מערכת העיכול מכונה לעיתים “המוח השני”.
16. אימונותרפיה וסרטן
- כ-50% מהמטופלים מגיבים לאימונותרפיה.
- השתלת צואה ממגיבים ללא-מגיבים ← חלקם התחילו להגיב לטיפול.
- היה תלוי תורם - עדיין לא ידוע מיהו התורם האידיאלי.
17. בדיקות מיקרוביום מסחריות (DayTwo וכו׳)
- חברות פרטיות מציעות בדיקות מיקרוביום והמלצות תזונה.
- עדיין אין סטנדרטיזציה - לא יודעים מספיק כדי לפרש את התוצאות באופן אמין.
- המרצה: “מכונת כסף, אין עדיין מה לעשות עם זה” ברמה הקלינית הכללית.
- התוצאות של DayTwo בתחום הסוכרת - מרשימות, אבל הנושא נלקח לכיוונים מסחריים מעבר למה שהמדע תומך.
נקודות מפתח לזכור
- מיקרוביום ≠ רק חיידקים - כולל פטריות, וירוסים ועוד.
- אין חיידקים “טובים” או “רעים” - הכול תלוי הקשר ויחסים עם המאחסן.
- תזונה היא המשפיעה מספר 1 על המיקרוביום.
- מגוון מינים גבוה = סימן לבריאות (ברוב המקרים).
- FMT מאושר רק ל-C. difficile - כל השאר עדיין במחקר.
- 16S אומר מי נמצא שם; מטאגנומיקה אומרת גם מה הם יודעים לעשות.
- השדה מתפתח במהירות אדירה - מ-0 מאמרים ב-2005 לאלפים ב-2023.
- הקליניקאים הם המפתח - הם מביאים את השאלות מהשטח, החוקרים עושים את השאר.