Bakterie rezydujące na powierzchni gałki ocznej odgrywają istotną rolę w odpowiedzi odpornościowej ochraniającej ten narząd przed infekcjami. Niedawno opublikowane wyniki badań, które ukazały się w czasopiśmie Immunity wskazuje na istnienie stałej mikrobioty oka, która trenuje dojrzewający układ immunologiczny aby skutecznie radził sobie z patogenami.
„Czy istnieje mikrobiom oka — to pytanie zadawane od dawna, na które staraliśmy się odpowiedzieć w trakcie naszego projektu. Uzyskane przez nas wyniki jako jedne z pierwszych dostarczają dowodów na to, że bakterie występujące na powierzchni gałki ocznej, żyją tam przez długi okres czasu,” wyjaśnia dr Rachel Caspi z NEI’s Laboratory of Immunology.
Przez wiele lat gałkę oczną uznawano za sterylną, głównie ze względu na obecność w tym miejscu lizozymu (enzymu niszczącego bakterie), peptydów antybakteryjnych i innych czynników pomocnych w oczyszczaniu oka z osiadających na jego powierzchni mikroorganizmów znajdujących się w powietrzu czy ludzkich dłoniach.
C. mast, komensalna bakteria żyjąca na powierzchni oka. Credit: Rachel Caspi and Anthony St. Leger
Dr Anthony St. Leger pracujący w laboratorium dr Caspi, hodując bakterie pozyskane z powierzchni mysiej spojówki, odkrył w tym obszarze kilka gatunków gronkowców powszechnie występujących na skórze, oraz bakterie Corynebacterium mastitidis (C. mast). Jednak nie było do końca jasne czy te bakterie są jedynie zanieczyszczeniem i przebywają tam chwilowo, czy też żyją w tym miejscu jako stali rezydenci.
Naukowcy odkryli, że C. mast, hodowany wraz z komórkami odpornościowymi pochodzącymi ze spojówki, indukuje produkcję interleukiny IL-17, białka sygnalizacyjnego, odgrywającego istotną rolę w obronie organizmu gospodarza. W trakcie dalszych badań zauważono, że za wytarzanie IL-17 odpowiedzialne były limfocyty Tγδ (gamma delta), rodzaj komórek odpornościowych znajdujących się w śluzówce. IL-17 przyciąga do spojówki inne komórki odpornościowe — neutrofile (najliczniejsze wśród białych krwinek) i pobudza uwalnianie białek antybakteryjnych do łez. Badacze skupiają się teraz na unikalnych cechach C. mast, które sprawiają, że bakteria ta z jednej strony prowokuje układ immunologiczny, a z drugiej pozostaje odporna na jego działanie, co pozwala utrzymać się jej na powierzchni oka.
Aby ustalić czy bakterie przyczyniły się do pobudzenia reakcji immunologicznej, St. Leger przebadał dwie grupy myszy: w pierwszej, kontrolnej, myszy skolonizowane były C. mast; drugiej grupie podawano antybiotyk w celu zniwelowania bakterii występujących na powierzchni oka i narażano na kontakt z grzybem Candida albicans. Myszy otrzymujące antybiotyk wykazywały słabszą odpowiedź immunologiczną w spojówce, ich organizm nie był w stanie poradzić sobie z obecnością C. albicans, co w ostateczności prowadziło do rozwoju pełnoobjawowej infekcji. Z kolei myszy z grupy kontrolnej zwalczyły i zapobiegły rozrostowi grzyba.
St. Leger zauważył, że bakterie C. mast występowały u myszy pochodzących z obiektów podlegających NIH, ale nie u gryzoni z Jackson Laboratory (JAX) w Maine i innych dostawców. Ta przypadkowa obserwacja pozwoliła naukowcom ustalić czy bakteria C. mast faktycznie wchodzi w skład mikrobioty oka, czy jest jedynie przejściowym najeźdźcą ze środowiska. Myszy uprzednio pozbawione bakterii C. mast, skolonizowano tą bakterią i obserwowano czy są one w stanie rozwijać się i przetrwać na powierzchni oka zwierzęcia przez co najmniej kilka tygodni, a także przenosić się na inne osobniki.
Myszy z laboratorium JAX po zasiedleniu bakteriami C. mast, zaczęły wytwarzać limfocyty Tγδ wydzielające interleukinę IL-17, a kilka tygodni później nadal można było wyhodować bakterie z powierzchni gałki ocznej. Próby z zasiedleniem innymi szczepami nie powiodło się i nie wywołało miejscowej odporności. „Nadal nie jesteśmy w stanie powiedzieć, dzięki czemu bakterie C. mast z powodzeniem utrzymują się na powierzchni oka, podczas gdy inne nie są w stanie skolonizować tego obszaru”, mówi Caspi.
Co ciekawe, C. mast nie rozprzestrzeniał się wśród osobników z tej samej klatki, nawet po ośmiu tygodniach współmieszkania, choć może być przenoszony z matki na potomstwo. Obserwacje te wspierają pogląd, iż C. mast jest raczej komensalnym rezydentem, niż stale wprowadzanym zanieczyszczeniem z otoczenia.
Choć C. mast wydaje się pobudzać korzystną odpowiedź immunologiczną, może również dojść do sytuacji, w których będzie przyczyniał się do rozwoju choroby, np. u osób starszych, gdy układ odpornościowy działa na niższych obrotach, bakteria ta ma większą szansę do wyrwania się spod immunologicznej kontroli gospodarza.
Obecnie prowadzone badania skupiają się nad rolą jaką odgrywają bakterie w regulacji odporności oka.
„Dostarczyliśmy dowód na to, że koncepcja mikrobioty oka jest słuszna. Powszechnie wiadomo, że bakterie bytujące w jelitach spełniają pożyteczną funkcję poprzez modulacje miejscowej odpowiedzi immunologicznej; staraliśmy się pokazać, że podobny związek zachodzi też na powierzchni oka. Może okazać się to niezwykle istotne w kontekście tego jak postrzegamy schorzenia tego narządu i leczenie z nim związane,” mówi St. Leger. Jak na razie nie ma jeszcze jasności co do tego, w jaki sposób uzyskane wyniki mogą przekładać się na zdrowie człowieka i jego odporności.
- St. Leger AJ, Desai JV, Drummond RA, Kugadas A, Almaghrabi F, Raychaudhuri K, Gadjeva M, Iwakura Y, Lionakis MS, Caspi RR. 2017. An ocular commensal protects from corneal infection by driving an IL-17 response from mucosal T cells. Immunity (2017).
- Medical Xpress, July 11, 2017, Eye microbiome trains immune cells to fend off pathogens.