Innholdsfortegnelse:

Kvintillioner av mikrober i en person definerer essensen vår
Kvintillioner av mikrober i en person definerer essensen vår

Video: Kvintillioner av mikrober i en person definerer essensen vår

Video: Kvintillioner av mikrober i en person definerer essensen vår
Video: Заброшенный люксембургский ЗАМОК щедрого арабского нефтяного шейха | Они никогда не вернулись! 2024, Mars
Anonim

Jo mer forskerne studerer mikrobene som lever i menneskekroppen, jo mer lærer de om den kraftige påvirkningen av disse smulene på vårt utseende, oppførsel, til og med på måten å tenke og føle på.

Er virus, bakterier, encellede sopp og andre organismer som lever i lunger og tarm, hud og øyeepler virkelig avhengig av vår helse og velvære? Er det ikke for rart å tro at de mikroskopiske skapningene vi bærer i oss selv og på oss selv, på mange måter bestemmer selve essensen vår?

Påvirkningen fra mikrobiomet - dette er navnet på denne mini-zoo - kan være grunnleggende allerede i de tidlige utviklingsstadiene.

En av studiene, resultatene av disse ble publisert i fjor, viser at selv en tilsynelatende medfødt egenskap som et spedbarns temperament kan avhenge av om flertallet av bakteriene i tarmene tilhører samme slekt: jo flere bifidobakterier, jo mer munter barn.

Konklusjonene til Anna-Katariina Aatsinki og hennes kolleger ved Universitetet i Turku i Finland er basert på analysen av avføringsprøver fra 301 babyer. De barna som hadde flere bifidobakterier etter to måneder, var mer sannsynlig å vise "positive følelser", som forskerne bestemte, etter seks måneder.

Studiet av mikrobiomet begynte relativt nylig - faktisk for bare 15 år siden. Dette betyr at mesteparten av forskningen som er gjort til dags dato har vært foreløpig og beskjeden i omfang, og involvert bare dusinvis av mus eller mennesker. Forskere har funnet et klart forhold mellom tilstanden til mikrobiomet og ulike sykdommer, men har ennå ikke vært i stand til å identifisere klare årsak-og-virkning-forhold mellom spesifikke innbyggere i en tett befolket "indre verden" av en person og hans helse.

Selv antallet av disse innbyggerne er utrolig: i dag antas det at rundt 38 kvintillioner (1012) mikrober lever i kroppen til en vanlig ung mann - dette er enda mer enn deres egne menneskeceller. Hvis vi lærer å forstå hvordan vi skal disponere denne - vår egen - rikdom, vil fascinerende utsikter åpne seg for oss.

I følge optimister vil det i nær fremtid bli vanlig å injisere en person med sunne komplekser av mikrober i form av prebiotika (forbindelser som fungerer som et substrat som nyttige bakterier kan formere seg på), probiotika (disse bakteriene i seg selv) eller avføring. transplantasjon (transplantasjon av et rikt tarmmikrobiom fra donorer) - slik at han kan føle seg frisk.

Når folk snakker om mikrobiomet, mener de først og fremst innbyggerne i mage-tarmkanalen, som utgjør 90 prosent av mikroorganismene våre. Men andre organer vrimler av liv: mikrober fyller enhver del av kroppen som er i kontakt med omverdenen: øyne, ører, nese, munn, anus, genitourinary system. I tillegg er bakterier tilstede på ethvert stykke hud, spesielt i armhulene, perineum, mellom tærne og i navlen.

Og her er det som virkelig er utrolig: hver av oss har et unikt sett med mikrober som ingen andre har. I dag, ifølge Rob Knight fra Center for Microbiome Innovation ved University of California (San Diego), kan det allerede hevdes at sannsynligheten for to personer med samme sett av arter i mikrobiomer nærmer seg null. Det unike med mikrobiomet kan utnyttes i rettsmedisin, sa Knight. "Den som rørte et objekt spores av mikrobiomets "fingeravtrykk" som er igjen på huden til en person, forklarer han. Vel, en dag vil etterforskere, som leter etter bevis, begynne å samle prøver av mikrober som lever på huden, akkurat som de gjør i dag for fingeravtrykk.

I denne artikkelen vil vi dele noen av de viktige funnene gjort av forskere som har studert mikrobiomet og hvordan det påvirker oss fra spedbarn til alderdom.

Barndom

Fosteret i livmoren er praktisk talt sterilt. Når han klemmer seg gjennom fødselskanalen, møter han et mylder av bakterier. Under normal fødsel "vaskes" babyen av mikrobene som lever i skjeden; i tillegg kommer tarmbakteriene til moren på den. Disse mikrobene begynner umiddelbart å bebo sine egne tarmer, og inngår en slags kommunikasjon med det utviklende immunsystemet. Så allerede i de tidligste stadiene av sin eksistens, forbereder mikrobiomet immunsystemet til å fungere skikkelig i fremtiden.

Hvis babyen blir født gjennom et keisersnitt, er det ingen kontakt med mors bakterier, og andre mikroorganismer koloniserer tarmene hans - fra mors hud og fra morsmelk, fra hendene til en sykepleier, selv fra sykehuslin. Et slikt fremmed mikrobiom kan komplisere en persons hele fremtidige liv.

I 2018 publiserte Paul Wilms fra Center for Systems Medicine ved University of Luxembourg resultatene av en studie av 13 naturlig fødte babyer og 18 kirurgisk fødte babyer. Wilms og kolleger analyserte avføringen til nyfødte og deres mødre, samt vaginale vattpinner av kvinner i fødsel. «Keisersnittene» hadde betydelig færre bakterier som produserer lipopolysakkarider og dermed stimulerer utviklingen av immunforsvaret. Det er få slike mikrober igjen i minst fem dager etter fødselen – dette er ifølge Wilms nok til å føre til langsiktige konsekvenser for immuniteten.

Etter en tid, vanligvis ved den første bursdagen, får mikrobiomene til barn i begge grupper likheter. Imidlertid, ifølge Wilms, betyr forskjellen som ble observert i de første dagene av livet at i kroppen til babyer født ved keisersnitt, kan det hende primærimmunisering ikke passerer, hvor immunceller lærer å reagere riktig på ytre påvirkninger. Dette forklarer sannsynligvis hvorfor disse barna er mer sannsynlig å utvikle en rekke problemer knyttet til funksjonen til immunsystemet, inkludert allergier, betennelser og fedme. Ifølge Wilms vil kanskje «keisersnitt» i fremtiden bli gitt probiotika, skapt på grunnlag av stammer av mors bakterier, for å fylle fordøyelsessystemet deres med gunstige mikrober.

Barndom

Matallergi har blitt så vanlig at noen skoler har innført restriksjoner på maten barn kan ta med hjemmefra (de har for eksempel ikke lov til å ta med peanøttbarer eller syltetøysmørbrød) slik at noen klassekamerater ikke utvikler allergi. I USA lider 5,6 millioner barn av matallergi, det vil si at det er minst to til tre slike barn i hver klasse.

Det nevnes en rekke årsaker som kan føre til spredning av allergier, inkludert en økning i antall babyer født ved keisersnitt, og overforbruk av antibiotika som kan ødelegge bakteriene som beskytter oss. Katherine Nagler og hennes kolleger ved University of Chicago bestemte seg for å teste om spredningen av matallergi blant barn er relatert til sammensetningen av mikrobiomet deres. I fjor publiserte de resultatene av en studie som involverte åtte seks måneder gamle, hvorav halvparten var allergiske mot kumelk. Det viste seg at mikrobiomene til representantene for de to gruppene er ganske forskjellige: i tarmene til friske babyer var det bakterier som er typiske for riktig utvikling av barn i deres alder, og bakterier som er mer karakteristiske for voksne ble funnet hos de som led av ku. melkeallergi.

Hos allergiske barn, sa Nagler, skjedde den vanligvis langsomme overgangen fra barndomsmikrobiom til voksen "i en unormal hastighet."

Nagler og hennes kolleger transplanterte (ved hjelp av fekale transplantasjoner) tarmbakteriene til "deres" babyer til mus, født ved keisersnitt og oppdratt under sterile forhold, det vil si helt fri for mikrober. Det viste seg at kun mus transplantert fra friske babyer ikke viste en allergisk reaksjon på kumelk. Andre, som deres givere, har blitt allergiske.

Ytterligere studier viste at hovedrollen i beskyttelsen av den første gruppen mus, tilsynelatende, ble spilt av bakterier av en art, funnet bare hos barn: Anaerostipes caccae fra Clostridia-gruppen. Clostridia forhindrer også peanøttallergi, fant Nagler og hennes kolleger i en studie.

Image
Image

Nagler, president og medgründer av den Chicago-baserte farmasøytiske oppstarten ClostraBio, håper å teste det terapeutiske potensialet til Anaerostipes caccae i laboratoriemus og deretter hos allergiske mennesker. Den første oppgaven var å finne et sted i tarmene hvor en tropp med nyttige bakterier kunne landes. Selv i et usunt mikrobiom, sier Nagler, er alle nisjer allerede fylt; slik at for at Clostridia skal slå rot på et nytt sted, må du drive ut de tidligere innbyggerne. Derfor har ClostraBio laget et medikament som fjerner en viss nisje i mikrobiomet. Nagler og kollegene «forskriver» det til mus, og injiserer dem deretter med flere typer Clostridia, samt kostfiber som fremmer reproduksjonen av mikrober. Nagler håper å starte humane kliniske studier av Clostridia i løpet av de neste to årene, og til slutt lage et medikament for barn med matallergi.

Tarmmikrober kan også være assosiert med andre sykdommer hos barn, inkludert type I diabetes. I Australia analyserte forskere avføringsprøver fra 93 barn hvis slektninger led av diabetes, og fant ut at de av dem som senere utviklet sykdommen hadde økte nivåer av enterovirus A i avføringen. En av forsøkslederne, W. Ian Lipkin fra Meilmanovskaya. School of Public Health ved Columbia University, advarer kolleger mot å trekke konklusjoner om at årsakene til visse sykdommer utelukkende skyldes forskjeller i mikrobiomet. "Alt vi vet med sikkerhet," sier han, "er at visse mikrober på en eller annen måte er knyttet til visse sykdommer."

Likevel er Lipkin begeistret for fremtiden til mikrobiomvitenskap. I følge prognosen hans vil forskere i løpet av de neste femti årene avsløre mekanismen for mikrobiomets effekt på kroppen og begynne kliniske forsøk på mennesker for å demonstrere hvordan helsen kan forbedres ved å "redigere" mikrobiomet.

Ungdom

Mange ungdommer har en disposisjon for akne - og det ser ut til å være et fenomen som kalles "talgmikrobiomet". Guttenes hud er spesielt velkommen til to stammer av Cutibacterium acnes-bakterier assosiert med akne. De fleste stammer av denne bakterien er trygge eller til og med fordelaktige fordi de hemmer veksten av patogene mikrober; faktisk er denne bakterien en viktig komponent i det normale ansikts- og halsmikrobiomet.

En dårlig belastning kan imidlertid gjøre mye skade: dens tilstedeværelse, ifølge Amanda Nelson, hudlege ved University of Pennsylvania College of Medicine, er en av forutsetningene for utvikling av betennelse. Blant andre årsaker til utviklingen av sykdommen, kaller forskerne talg (produsert av talgkjertlene for å fukte huden), som fungerer som grobunn for C. acnes, hårsekker og en tendens til betennelse. Det hele fungerer sammen, og ifølge Nelson vet vi ennå ikke hva som er viktigst.

Forskere ved University of Washington School of Medicine undersøkte mikrobiomet i talgkjertlene og fant at den eneste langvarige aknebehandlingen, isotretinoin (kjent under forskjellige handelsnavn), virker delvis ved å endre hudmikrobiomet, og øke det generelle mangfoldet av mikrober, blant dem er det vanskeligere for skadelige stammer å slå rot.

Nå som forskerne har lært at isotretinoin virker ved å endre sammensetningen av mikrobiomet, kan de prøve å lage andre medikamenter med samme effekt, men forhåpentligvis sikrere - tross alt kan isotretinoin føre til fødselsskader hos barn hvis mødre tok stoffet i løpet av under svangerskapet.

Modenhet

Hva om du kan gjøre mer med treningsøktene dine ved å bare låne en idrettsutøvers tarmmikrober? Dette spørsmålet ble stilt av forskere fra Harvard University. I to uker samlet de daglige avføringsprøver fra 15 løpere som deltok i Boston Marathon 2015 - med start en uke før løpet og avsluttet en uke senere - og sammenlignet dem med avføringsprøver samlet inn fra ti personer i kontrollgruppen også over to. uker. kjører ikke. Forskerne fant at noen dager etter maratonløpet inneholdt prøvene tatt fra løperne betydelig flere Veillonella atypica-bakterier enn de fra kontrollgruppen.

"Denne oppdagelsen forklarer mye, fordi Veilonella har en unik metabolisme: hennes favorittenergikilde er laktat, saltet av melkesyre," sier Aleksandar Kostić ved Joslin Diabetes Research Center og Harvard Medical School. "Og vi tenkte: kanskje Veilonella bryter ned muskellaktat i utøverens kropp?" Og hvis dette virkelig er tilfelle, er det mulig å øke utholdenheten ved å introdusere dens belastninger til folk langt fra profesjonell idrett?

Så taklet forskerne laboratoriemus: Veilonella, isolert fra avføringen til en av løperne, ble injisert i 16 mus med et normalt mikrobiom testet for patogener. Forsøkspersonene ble deretter plassert på en tredemølle og tvunget til å løpe til de var utslitte. Det samme ble gjort med 16 kontrollmus; bare de ble injisert med bakterier som ikke konsumerer laktat. Det viste seg at mus "infisert" med Veilonella løp mye lenger enn kontrolldyr, noe som betyr, mener forskerne, at mikrobiomet kan spille en kritisk rolle for å opprettholde ytelsen.

Ifølge Kostich er dette eksperimentet «et fantastisk eksempel på hva symbiose gir oss». Veilonella trives når en person, dens bærer, som et resultat av fysisk aktivitet produserer laktat, som hun lever av, og i sin tur gagner personen ved å omdanne laktat til propionat, noe som påvirker ytelsen til verten, fordi bl.a., øker frekvensen av sammentrekninger av hjertet og forbedrer oksygenmetabolismen, og forhindrer også, muligens, utvikling av betennelse i musklene.

"Denne typen forhold ser ut til å ligge til grunn for det meste av interaksjonene mellom mennesker og mikrobiomet," forklarer Kostich. "Til syvende og sist er forholdet mellom dem så gjensidig fordelaktig."

Mikrobiomet kan også være ansvarlig for de mindre behagelige egenskapene til menneskets natur, inkludert mentale tilstander som angst og depresjon. I 2016 publiserte forskere fra National University of Ireland i Cork resultatene av en studie av mikrobiomets innflytelse på utviklingen av depresjon. Forskerne delte 28 laboratorierotter inn i to grupper. Eksperimentgruppen mottok transplantasjoner av tarmmikroflora fra tre menn som led av alvorlig depresjon, og kontrollgruppen - fra tre friske menn.

Det viste seg at tarmmikrobiomet til mennesker som led av depresjon stupte ned i depresjon og rotter. Sammenlignet med kontrolldyr, viste de tap av interesse for aktiviteter som gir glede (hos rotter bestemmes dette av hvor ofte de ønsker å drikke søtt vann), og økt angst, uttrykt i deres ønske om å unngå åpne eller ukjente områder i laboratoriet labyrint.

Gitt den store forskjellen mellom rotter og mennesker, merker forskerne at studien deres gir nye bevis på at tarmmikrobiomet kan spille en rolle i depresjon. Før eller siden, sier de, kan dagen komme da depresjon og andre lignende lidelser vil bli bekjempet, blant annet ved å sikte mot visse bakterier i menneskekroppen.

Image
Image

Høy alder

Mikrobiomet er både spenstig og flytende på samme tid. Dens unike struktur er i stor grad dannet av fylte fire år, og bare svært viktige faktorer kan virkelig påvirke den - for eksempel en endring i kostholdet, intensiteten av fysisk aktivitet eller tid tilbrakt utendørs, flytting til et nytt bosted, bruk antibiotika og noen andre medisiner. På en måte er imidlertid mikrobiomet i konstant endring, og endrer seg subtilt med hvert måltid. Hos voksne er disse endringene så forutsigbare at alderen din grovt kan bestemmes ved bare å gjøre deg kjent med bakteriesettet som lever i tarmen.

Denne teknikken, kjent som «bestemmelse av alder ved mikrobiom-klokken for aldring», krever hjelp av kunstig intelligens, slik som i et eksperiment nylig utført av Hong Kong-baserte oppstartsselskapet Insilico Medicine. Forskere har samlet informasjon om mikrobiomene til 1165 mennesker fra Europa, Asia og Nord-Amerika. En tredjedel av dem var 20-30 år, en annen tredjedel - 40-50, og den siste - 60-90 år.

Forskere, ved å markere alderen til bærerne deres, utsatte dataene om 90 prosent av mikrobiomene for "datamaskintolkning", og brukte deretter mønstrene identifisert av kunstig intelligens på mikrobiomene til de resterende ti prosentene av personene hvis alder ikke var merket. Det var mulig å fastslå deres alder med en feil på bare fire år.

Hva betyr det å "redigere" mikrobiomet ditt og leve i fred? Akk, selv de største mikrobiomvitenskapentusiastene sier at det er vanskelig å trekke nøyaktige konklusjoner om forholdet mellom mikrobiomet og menneskers helse så langt, og insisterer på at det må utvises stor forsiktighet ved overgangen til behandling med bakterietransplantasjoner.

Mange skryter nå av potensialet for at mikrobiota kan brukes som medisin, sier Paul Wilms fra University of Luxembourg, og bemerker at farmasøytiske selskaper utvikler nye probiotika for å balansere mikrobiomet.

"Før vi virkelig kan gjøre det riktig og intelligent," sier Wilms, "må vi forstå i detalj hva et sunt mikrobiom er og nøyaktig hvordan det påvirker menneskekroppen. Jeg tror vi fortsatt er veldig langt unna det."

Mikrober inni oss

  • tykktarm - 38 kvintillioner
  • plakett - 1 kvintillion
  • hud - 180 milliarder
  • spytt - 100 milliarder
  • tynntarm - 40 milliarder
  • mage - 9 millioner

Se mikrobiomet

Alle bildene i denne artikkelen ble tatt av Martin Eggerly ved hjelp av et skanningselektronmikroskop: prøvene ble tørket, gullatomer ble sprayet på dem og plassert i et vakuumkammer. Bølgelengden til elektronstrålen i mikroskopet er kortere enn det synlige lyset, så strålen "fremhever" de minste objektene, men utenfor fargespekteret. Eggerly fargede mikrober, hvis farge er kjent, i disse fargene, i andre tilfeller valgte han en annen fargeskala slik at mikrober og deres karakteristiske trekk kunne skilles.

Anbefalt: