İnflamatuar Göz Hastalıklarında Yeni Perspektif: Oküler Mikrobiyota
Dr. Uğur Tunç - Sağlık Bilimleri Üniversitesi Beyoğlu Göz SUAM, Göz Hastalıkları
İnsan vücudunda bulunan mikroorganizmaların tümüne mikrobiyota, mikroorganizmaların genomuna mikrobiyom denilmektedir. Günümüzde giderek popüler hale gelen bu kavramların ortaya çıkması, mikroorganizmaların saptanmasında kültür bazlı yöntemlerden 16S rRNA polimeraz zincir reaksiyonu (PZR) analiz yöntemlerine geçiş ile mümkün olmuştur. Bilindiği üzere kültür bazlı yöntemlerde saptanmak istenen mikroorganizmaya özgü besi yerleri ve ortamları kullanılmaktadır. Ayrıca tek bir besi yerinin sadece %10’ nunda birden fazla mikroorganizma üretilebilmektedir.[1] Fakat 16S rRNA PZR yöntemi ve gelişen biyoinformatik analiz yöntemleri ile ortamdaki tüm mikroorganizmaların genomu yüksek oranda tespit edilebilmektedir.
Mikrobiyota kavramı ortamda bulunan bakteri, virüs, mantar, parazitleri kapsamaktadır. Fakat günümüzde geliştirilen genom data verileri bakteri genomu üzerine yoğun olarak çalışılmasından dolayı mikrobiyota denildiğinde şu an için akla bakteriler gelmektedir. Bu kapsamda 2008 yılında ilk etabı tamamlanan İnsan Mikrobiyom Projesi çarpıcı sonuçlar ortaya koymuştur. Bu çalışmaya insan vücudunda 5 anatomik bölge dahil edilmiştir (gastrointestinal traktus, deri, üregeniral traktus, oral mukoza ve nazal mukoza). Çalışma sonucunda her vücut bölgesinin kendine has mikrobiyotası olduğu ortaya çıkmıştır.[2] Sonrasında yapılan ileri araştırmalar inflamatuar bağırsak hastalığı, romatoid artrit, multiple skleroz ve tip 1 diyabet gibi etyopatogenezinde inflamasyonun rol oynadığını bildiğimiz hastalıklar ile mikrobiyotanın bozulması (disbiyozis) arasında ciddi bağlantılar olabileceği göstermiştir.[3-5]
Oküler yüzey çevre ile sürekli temas halinde olan ve bu nedenle özelleşmiş bir immünolojik korumaya sahip bir bölgedir. Bu korumada en önemli silahlarından biri gözyaşıdır. Gözyaşında bulunan lizozim, defensin, lipokalin, Ig A gibi antimikrobiyal ürünler ve gözyaşının süpürücü etkisi oküler enfeksiyonlara karşı önemli rol oynar. Ayrıca konjonktiva goblet hücrelerinden salgılanan müsin gözyaşının en alttaki tabakasını oluşturur (göz yaşı tabakaları sırası ile lipid, aköz, müsin). Gözyaşındaki müsin mikroorganizmaların oküler yüzeye tutunmasını ve biyofilm oluşturmasını engellemektedir. Bu durumlar düşünüldüğünde oküler mikrobiyata ile ilgili temel soru şu olmuştur: Oküler yüzeyin kendine has ve değişmeyen bir mikrobiyotası olabilir mi ?
Göz ile ilgili yapılmış kültür bazlı çalışmalarda koagülaz (-) Staphyloccocus başta olmak üzere; Streptococcus, Corynebacterium, Propionibacterium gibi gram (+) bakteriler. Daha az olarak ise Neisseria ve Heamophilus gram (-) bakteriler; nadiren de mantarlar saptanmıştır.[6] 16S rRNA PZR analiz yöntemi kullanılarak yapılan ilk oküler mikrobiyota çalışmasında 5 filum ve 59 tür saptanmıştır. Saptanan 5 filum sırası ile Proteobacteria (%64), Acetinobacteria (%19.6), Firmicatus (%3.9), Cyanobacteria (%0.21), Bacteriodetes (%0.61) şeklindedir. İlginç olarak en fazla saptanan tür ise gözde daha çok oküler enfeksiyonda adı geçen Pseuodomonas (%18) olmuştur. Fakat çalışmada sınıflandırılamayan %31 oranında tür tespit edilmiştir.[7] Daha sonra yapılan başka bir çalışmada anatomik olarak çok yakın olan göz altı deri florası ile konjonktiva mikrobiyotası arasında ciddi farklılıklar saptanmıştır ve aynı hastalardan farklı zamanlarda alınan örneklerde anlamlı farklılık saptanamamıştır.[8] Tüm bunlar düşünüldüğünde oküler yüzeyin kendine has ve değişmeyen bir mikrobiyatası olduğu fikri gün geçtikçe güçlenmektedir.
Oküler yüzeyde inflamasyon ile seyreden kuru göz hastalığı, kontakt lens kullanımına bağlı komplikasyonlar, oküler enfeksiyonlar ve oküler allerjik hastalıklarda mikrobiyotanın değiştiği gösterilmiştir. Fakat temel problem oküler disbiyozun bu hastalıkların etyopatogenezinde neden sonuç zincirinin neresinde olduğudur ki sadece bu hastalıklara bağlı olarak da oküler mikrobiyota değişmiş olabilir.
Kuru göz hastalığı; batma, yanma, sulanma gibi semptomları olan ve hayat kalitesini ciddi derecede bozabilen toplumda çok sık karşılaştığımız bir durumdur. Sjögren sendromu gibi inflamatuar sürecin işlediğini bildiğimiz durumlarda görülmekle beraber çevresel faktörlere (kuru hava, uzun süre ekrana bakmak, klimalı ortamda bulunmak vb.) bağlı da ortaya çıkabilmektedir. Bugün için kuru göz hastalığının etyopatogenezi tam olarak aydınlatılabilmiş değildir. Hastalara gözyaşı yetmezliği idame tedavisi verilerek ve çeşitli anti-inflamatuar (%0,05’ lik siklosporin) tedaviler verilerek semptomlar düzeltilemeye çalışılmaktadır. Kuru göz hastalarında yapılan oküler mikrobiyota çalışmasında bu bağlamda ilginç sonuçlar elde edilmiştir. Kuru göz hastalarında Stapylococus epidermidis türlerinin popülasyonda azaldığı ve normal hastalarda saptanmayan Klebsiella oxytoca türü bakterinin saptandığı gösterilmiştir. [9] Bu sonuçlar bakteriler arasında ortamda dominant tür olma savaşının göstergesi olabilir. Florada değişen koşullar bakteriler arası savaşı başlatabilir ve bu durum patojen türlerin çoğunluk hale gelmesine neden olabilir. Fakat bakteriler savaştığında ortama kan değil bakteri yıkım ürünleri dökülmektedir. Bunlar bakteri hücre duvar yapısını oluşturan lipopolisakkarit, proteoglikan ve bakteri DNA ve RNA fragmanları olucaktır. Bu kompleks moleküller bakteriler için ortak yapılardır ve bunlar Patojen İlişkili Moleküler Örgüler [Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs)] olarak adlandırılmaktadır. PAMPs makrofaj, nötrofil ve mukozal yüzey epitelin yüzey membranı ve hücre içi organel duvarında bulunmakta olan Toll-benzeri reseptörler tip1-11[Toll-like Receptors (TLRs)] tarafından tanınarak hücre içi NF-kB aracılı inflamasyonu tetiklemektedir. Yapılan birçok çalışmalada kuru göz durumunda kornea ve konjonktiva yüzey epitelinde TLRs aktivitesinin arttığı gösterilmiştir.[10] Tüm bunlar göz önüne alındığında kuru göz hastalarının, değişen ortam koşullarında bakteriler arasında başlayan savaşta zarar gören masum bölge halkı olabileceğini düşündürmektedir.
Kontakt lens kullanımına bağlı gelişebilecek en kötü durum kornea enfeksiyonu olan keratittir ve bu duruma en sık neden olan bakteri türü Pseudomonas aeruginosa’ dır. Kontakt lens kullananan ve kullanmayan hastalar arasında yapılan bir çalışmada Pseudomonas aeruginosa’nın kontakt lens kullanıcılarında daha fazla olduğu ve bu hastalarının oküler yüzey mikrobiyotasının deri mikrobiyotası ile benzerlik gösterdiği saptanmıştır.[11] Fakat burada akla bir soru gelmektedir: Pseudomonas aeruginosa türü tüm kontakt lens kullanıcılarında artmasına rağmen neden tüm hastalar kornea enfeksiyonu olmuyor?
Bu sorunun cevabını vermek için bakteriler arası çoğunluğun algılaması mekanizmasından [Quorum Sensing (QS)] bahsetmekte fayda var. QS ilk olarak Vibrio Fisheri türünde saptanmıştır. Bu hipoteze göre bakterilerin kendi popülasyonları hakkında çeşitli sinyal molekülleri ile bilgi aldığı ve kendi türü içinde davranışlarını düzenlediği görülmüştür. Euprymna scoopes olarak adlandırılan bir mürekkep balığının ışık organlarında yerleşen Vibrio Fisheri türü bakteriler belli bir popülasyona geldikten sonra luciferaz enzimini kodlayan genini aktive ederek ışık yaymaya başlamaktadır. Gün ışıdığında Euprymna scoopes bakterileri öldüren bir çeşit antibiyotik sentezleyerek bakteri popülasyonunu azaltmakta ve aktif luciferaz geni inaktive olmaktadır ve bu döngü her gün tekrarlanmaktadır. Konumuza gelecek olursak; Pseudomonas aeruginosa’ nın etken olduğu gösterilmiş kornea enfeksiyonu geçiren kontakt lens kullanıcılarında yapılan metagenomik ve genomik çalışmalarda QS mekanizmasının rol oynadığı gösterilmiştir. Bu çalışmaya göre, bakterinin önemli bir virülans faktörü olan elastaz enzimini kodlayan LasB31 ve ExoS genlerinin bakterinin belli bir popülasyona geldiğinde aktive olduğu saptanmıştır.[12] Ayrıca QS inhibitörü olan Fimbrolid’ in in vitro ve in vivo çalışmalarda kontakt lenste bakteriyal adhezyonda %67-92 azalma sağladığı gösterilmiştir.[13] Görüldüğü gibi floramızda bulunan ve sakince hayatına devam eden patojen olma potansiyeline sahip bakteriler aslında bizim manipüle ettiğimiz ortam değişiklikleriyle gerçekten patojen duruma gelebiliyorlar. Bakteriler yeterince çoğaldığında kartlar tekrar dağıtılabiliyor.
Günümüzde alerjik hastalıkların insidansı giderek artmaktadır. Alerjik hastalık spekturumda astım, egzema, alerjik konjoktivit gibi hastalıklar yer almaktadır. Çocukluk döneminde alerji gelişiminin incelendiği 7 yıl süren bir kohort çalışmasında erken çocukluk döneminde oral mikrobiyotadaki düşük çeşitlilik ile astım ve alerjik konjonktivit arasında anlamlı ilişki saptanmıştır. Alerjik semptomların görüldüğü popülasyonda Lactobacillus gasseri ve Lactobacillus crispatus düşük oranda saptanmıştır ve ileride bu bakteri türlerinin alerjik hastalıkların tedavisinde probiyotik olarak kullanılabileceği vurgulanmıştır.[14] Allerjik konjoktivit tedavisi için yapılan bir probiyotik damla çalışmasında Lactobacillus acidophilus ihtiva eden probiyotik damla (200 milyon cfu/ml) 7 bireye uygulanmış ve bu hastaların 6’ sında oküler alerjik semptomlarda gerileme ve göz yaşında ICAM-1 ve TLR-4 aktivitesinin azaldığı gösterilmiştir.[15] Oküler disbiyotanın probiyotik damla ile normalleşmesi ve böylece hastalık semptomlarının azalması bu tür tedavi yöntemlerini ileriki dönemde daha çok duyacağımız anlamına geliyor. Bundan sadece 10 yıl önce göze bakteri damlatarak alerjik konjontiviti tedavi edebileceğimiz söylense sanırım hepimiz buna güler geçerdik.
Dünyamızın bugün bilinen yaşı yaklaşık olarak 4.5 milyar yıl ve aslında bu dünyada çok yeniyiz. Bilinen kompleks organik yaşam türleri var olmadan çok önce tek hücreli organizmalar yani bakteriler buradaydı. Bizim gelişimimizde ve varoluşumuzda çok büyük rol oynadılar. Hücrelerimizde enerji üreten mitokondrilerin ve güneş ışığındaki enerjiyi organik moleküllerde depolayan kloroplastların bakteri kökenli olduğu ile ilgili bugün için göz ardı edilemeyecek kanıtlar var. Vücudumuzda yaklaşık olarak 1014 bakteri barındırmaktayız ve bu sayı insan hücre sayısının 10 katı (tabi mitokondrilerimizi saymazsak). Bakteriler ile olan savaşımız 1929’da Alexander Fleming’in tatile çıkarken temizlemeyi unuttuğu bir petri kabında tesadüfen hayat buldu ve başladı. Yaklaşık 90 yıldır yaptığımız bu savaşta bir çıkmaza doğru ilerlemekteyiz. Bakterilerin direnç mekanizmalarını ensemizde hissediyoruz. 24 buzul çağını atlatmış ve yaşam formunu devam ettirmiş bir türle savaşmak gerçekten zor ve imkansız gibi gözüküyor. Bu diyalektik 21. yüzyılda yeni kapıları açabilir mi? Bakterilerle olan ilişkimiz çok farklı boyutlar kazanabilir mi? Ve insanoğlu onlarla yaşamayı öğrenebilir mi? hep birlikte göreceğiz.
Referanslar
1. Sankaridurg, P. R., Markoulli, M., De La Jara, P. L., Harmis, N., Varghese, T., Willcox, M. D. P., & Holden, B. A. (2009). Lid and conjunctival micro biota during contact lens wear in children. Optometry and Vision Science.
2. Peter J. Turnbaugh, Ruth E. Ley et al. The Human Microbiome Project. Nature.2007; Vol 449-18.doi:10.1038/nature06244
3. Khor B, Gardet A et al. Genetics and pathogenesis of inflammatory bowel disease. Nature. 2011;474:307-317.
4. Serrano NC, Millan P et al. Non-HLA associations with autoimmune disease. Autoimmun Rev. 2006;5:209-214.
5. Scher JU, Abramson SB. The microbiome and rheumatoid arthritis. Nat Rev Rheumatol. 2011;7:569-578.
6. Miller D, Iovieno A. The role of microbial flora on the ocular surface. Curr Opin Allergy Clin Immunol. 2009;9:466- 470.
7. KV, Gao X, Antonopoulos DA et al. Diversity of Bacteria at Healthy Human Conjunctiva. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011;52(8):5408- 5413
8. Evaldson G, Heimdahl A et al. The normal human anaerobic microflora. Scand J Infect Dis Suppl. 1982;35:9-15.
9. Graham J, Moore J et al. Ocular Pathogen or Commensal: A PCR-Based Study of Surface Bacterial Flora in Normal and Dry Eyes. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007;48: 5616–5623) doi:10.1167/iovs.07-0588.
10. Kiripolsky J, Kramer JM. Current and Emerging Evidence for Toll-Like Receptor Activation in Sjögren's Syndrome. J Immunol Res. 2018 Dec 20;2018:1246818. doi: 10.1155/2018/1246818.
11. Shin H, Price K et al. Changes in the Eye Microbiota Associated with Contact Lens Wearing. mBio. 2016 Mar 22;7(2):e00198. doi: 10.1128/mBio.00198-16.
12. Willcox M. Pseudomonas aeruginosa Infection and Inflammation During Contact Lens Wear: A Review. Optom Vis Sci. Vol. 84, No. 4, April 2007.
13. Zhu H, Kumar H et al. Fimbrolide-Coated Antimicrobial Lenses: Their In Vitro and In Vivo Effects. Optom Vis Sci. 2008;85:292–300.
14. Dzidic M, Abrahamsson T et al. Oral microbiota maturation during the first 7 years of life in relation to allergy development. Allergy. 2018 Oct;73(10):2000-2011. doi: 10.1111/all.13449.
15. Iovieno A, Lambiase A et al. Preliminary evidence of the efficacy of probiotic eye-drop treatment in patients with vernal keratoconjunctivitis. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2008 Mar;246(3):435-41.