Kvintiljoni mikrobu cilvēkā nosaka mūsu būtību

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Jo vairāk zinātnieki pēta cilvēka organismā mītošos mikrobus, jo vairāk viņi uzzina par šo drupaču spēcīgo ietekmi uz mūsu izskatu, uzvedību, pat uz domāšanas un sajūtas veidu.

Vai vīrusi, baktērijas, vienšūnu sēnītes un citi organismi, kas dzīvo plaušās un zarnās, ādā un acu ābolos, tiešām ir atkarīgi no mūsu veselības un pašsajūtas? Vai nav pārāk dīvaini uzskatīt, ka mikroskopiskās būtnes, kuras mēs nēsājam sevī un uz sevi, daudzējādā ziņā nosaka mūsu būtību?

Mikrobioma ietekme - tā sauc šo mini zoodārzu - var būt būtiska jau agrīnā attīstības stadijā.

Viens no pētījumiem, kura rezultāti tika publicēti pagājušajā gadā, liecina, ka pat tāda šķietami iedzimta īpašība kā zīdaiņa temperaments var būt atkarīga no tā, vai lielākā daļa baktēriju tā zarnās pieder vienai ģints: jo vairāk bifidobaktēriju, jo jautrāks bērns..

Secinājumi, ko izdarīja Anna-Katariina Aatsinki un viņas kolēģi Turku Universitātē Somijā, ir balstīti uz 301 mazuļa izkārnījumu paraugu analīzi. Tie bērni, kuriem divos mēnešos bija vairāk bifidobaktēriju, sešos mēnešos bija lielāka iespēja izrādīt "pozitīvas emocijas", kā konstatēja pētnieki.

Mikrobioma izpēte sākās salīdzinoši nesen – patiesībā tikai pirms 15 gadiem. Tas nozīmē, ka lielākā daļa līdz šim veikto pētījumu ir bijuši provizoriski un pieticīgi, iesaistot tikai desmitiem peļu vai cilvēku. Zinātnieki ir atraduši noteiktu saistību starp mikrobioma stāvokli un dažādām slimībām, taču vēl nav spējuši noteikt skaidras cēloņsakarības starp konkrētiem blīvi apdzīvotās cilvēka "iekšējās pasaules" iemītniekiem un viņa veselību.

Pat šo iemītnieku skaits ir pārsteidzošs: mūsdienās tiek uzskatīts, ka parasta jaunieša ķermenī dzīvo aptuveni 38 kvintiljoni (1012) mikrobu - tas ir pat vairāk nekā viņu pašu cilvēka šūnas. Ja iemācīsimies saprast, kā atbrīvoties no šīs – savas – bagātības, mūsu priekšā pavērsies aizraujošas izredzes.

Pēc optimistu domām, tuvākajā nākotnē kļūs par ierastu cilvēku injicēt veselīgus mikrobu kompleksus prebiotiku veidā (savienojumi, kas darbojas kā substrāts, uz kura var vairoties labvēlīgās baktērijas), probiotikas (pašas šīs baktērijas) vai ar fekālijām. transplantācija (bagāta zarnu mikrobioma transplantācija no donoriem) - lai viņš varētu justies vesels.

Kad cilvēki runā par mikrobiomu, viņi galvenokārt domā kuņģa-zarnu trakta iemītniekus, kas veido 90 procentus no mūsu mikroorganismiem. Taču citos orgānos mudž dzīvība: mikrobi piepilda jebkuru ķermeņa daļu, kas saskaras ar ārpasauli: acis, ausis, degunu, muti, tūpļa atveri, uroģenitālo sistēmu. Turklāt baktērijas atrodas uz jebkura ādas gabala, īpaši padusēs, starpenē, starp pirkstiem un nabā.

Un šeit ir tas, kas ir patiešām pārsteidzošs: katram no mums ir unikāls mikrobu kopums, kāds nav nevienam citam. Šodien, pēc Roba Naita no Kalifornijas Universitātes (Sandjego) Mikrobiomu inovāciju centra teiktā, jau var apgalvot, ka iespējamība, ka divi cilvēki ar vienādu sugu kopumu mikrobiomos tuvojas nullei. Mikrobioma unikalitāti varētu izmantot kriminālistikā, sacīja Naits. "Ikviens, kurš pieskārās objektam, tiek izsekots pēc mikrobioma" pirksta nospieduma", kas paliek uz cilvēka ādas," viņš skaidro. Nu, kādreiz izmeklētāji, meklējot pierādījumus, sāks vākt uz ādas dzīvojošo mikrobu paraugus, tāpat kā šodien pirkstu nospiedumiem.

Šajā rakstā mēs dalīsimies ar dažiem nozīmīgajiem atklājumiem, ko veikuši zinātnieki, kuri pētījuši mikrobiomu un to, kā tas mūs ietekmē no zīdaiņa vecuma līdz sirmam vecumam.

zīdaiņa vecumā

Auglis dzemdē ir praktiski sterils. Izspiežoties caur dzemdību kanālu, viņš satiek neskaitāmas baktērijas. Parastās dzemdībās mazuli "mazgā" makstī dzīvojošie mikrobi; turklāt uz tā nokļūst mātes zarnu baktērijas. Šie mikrobi nekavējoties sāk apdzīvot savas zarnas, noslēdzot sava veida saziņu ar attīstošo imūnsistēmu. Tātad mikrobioms jau agrīnākajās pastāvēšanas stadijās sagatavo imūnsistēmu, lai tā darbotos pareizi nākotnē.

Ja mazulis piedzimst ar ķeizargrieziena palīdzību, nav kontakta ar mātes baktērijām, un citi mikroorganismi kolonizē viņa zarnas - no mātes ādas un mātes piena, no māsas rokām, pat no slimnīcas veļas. Šāds svešs mikrobioms var sarežģīt visu cilvēka turpmāko dzīvi.

2018. gadā Pols Vilmss no Luksemburgas Universitātes Sistēmu medicīnas centra publicēja pētījuma rezultātus par 13 dabiski dzimušiem un 18 ķirurģiski dzimušiem mazuļiem. Vilms un kolēģi analizēja jaundzimušo un viņu māšu izkārnījumus, kā arī dzemdējošo sieviešu maksts uztriepes. "Ķeizariem" bija ievērojami mazāk baktēriju, kas ražo lipopolisaharīdus un tādējādi stimulē imūnsistēmas attīstību. Pēc piedzimšanas vismaz piecas dienas šādu mikrobu ir palicis maz - ar to, pēc Vilmsa domām, ir pietiekami, lai radītu ilgstošas sekas imunitātei.

Pēc kāda laika, parasti līdz pirmajai dzimšanas dienai, abu grupu bērnu mikrobiomi iegūst līdzības. Tomēr, pēc Vilmsa teiktā, dzīves sākumā novērotā atšķirība nozīmē, ka ar ķeizargriezienu dzimušo mazuļu organismā var nepāriet primārā imunizācija, kuras laikā imūnās šūnas iemācās pareizi reaģēt uz ārējām ietekmēm. Tas, iespējams, izskaidro, kāpēc šiem bērniem biežāk rodas dažādas ar imūnsistēmas darbību saistītas problēmas, tostarp alerģijas, iekaisums un aptaukošanās. Pēc Vilmsa domām, iespējams, nākotnē "ķeizariem" tiks dotas probiotikas, kas radītas uz mātes baktēriju celmu bāzes, lai apdzīvotu viņu gremošanas sistēmu ar labvēlīgiem mikrobiem.

Bērnība

Pārtikas alerģijas ir kļuvušas tik izplatītas, ka dažas skolas ir noteikušas ierobežojumus pārtikai, ko bērni drīkst ņemt līdzi no mājām (piemēram, nedrīkst ņemt līdzi zemesriekstu batoniņus vai ievārījuma sviestmaizes), lai dažiem klasesbiedriem neveidotos alerģija.reakcija. Amerikas Savienotajās Valstīs 5,6 miljoni bērnu cieš no pārtikas alerģijām, tas ir, katrā klasē ir vismaz divi līdz trīs šādi bērni.

Tiek minēti dažādi iemesli, kas var izraisīt alerģiju izplatīšanos, tostarp ar ķeizargriezienu piedzimušo bērnu skaita palielināšanos un pārmērīgu antibiotiku lietošanu, kas var iznīcināt mūs aizsargājošās baktērijas. Katherine Nagler un viņas kolēģi no Čikāgas universitātes nolēma pārbaudīt, vai pārtikas alerģiju izplatība bērnu vidū ir saistīta ar viņu mikrobioma sastāvu. Pagājušajā gadā viņi publicēja pētījuma rezultātus, kurā piedalījās astoņi sešus mēnešus veci bērni, no kuriem pusei bija alerģija pret govs pienu. Izrādījās, ka abu grupu pārstāvju mikrobiomi ir diezgan atšķirīgi: veselu mazuļu zarnās atradās baktērija, kas raksturīga pareizi attīstītiem sava vecuma bērniem, bet pieaugušajiem, kas ir vairāk raksturīgi ar govju slimību. piena alerģijas.

Naglers sacīja, ka alerģiskiem bērniem parasti lēnā pāreja no bērnības mikrobioma uz pieaugušo "notika neparasti".

Naglere un viņas kolēģi pārstādīja (izmantojot fekāliju transplantātus) “savu” mazuļu zarnu baktērijas pelēm, kas dzimušas ar ķeizargriezienu un audzētas sterilos apstākļos, tas ir, pilnīgi bez mikrobiem. Izrādījās, ka tikai pelēm, kas pārstādītas no veseliem mazuļiem, nav novērota alerģiska reakcija uz govs pienu. Citi, tāpat kā viņu donori, ir kļuvuši alerģiski.

Turpmākie pētījumi parādīja, ka galvenā loma pirmās peļu grupas aizsardzībā acīmredzot bija vienas sugas baktērijām, kas sastopamas tikai bērniem: Anaerostipes caccae no Clostridia grupas. Clostridia arī novērš zemesriekstu alerģiju, Nagler un viņas kolēģi atklāja vienā pētījumā.

Naglers, Čikāgā bāzētā farmācijas starta uzņēmuma ClostraBio prezidents un līdzdibinātājs, cer pārbaudīt Anaerostipes caccae terapeitisko potenciālu laboratorijas pelēm un pēc tam alerģiskiem cilvēkiem. Pirmais uzdevums bija atrast vietu zarnās, kur varētu izkraut baru labvēlīgo baktēriju. Pat neveselīgā mikrobiomā, Naglers saka, visas nišas jau ir aizpildītas; lai Klostridijas iesakņotos jaunā vietā, jāizdzen iepriekšējie iemītnieki. Tāpēc ClostraBio ir radījis zāles, kas attīra noteiktu nišu mikrobiomā. Naglers un viņa kolēģi to "izraksta" pelēm, un pēc tam injicē viņām vairāku veidu Clostridia, kā arī uztura šķiedrvielas, kas veicina mikrobu vairošanos. Naglers cer nākamo divu gadu laikā sākt Clostridia klīniskos izmēģinājumus ar cilvēkiem un galu galā izveidot zāles bērniem ar pārtikas alerģijām.

Zarnu mikrobi var būt saistīti arī ar citām bērnu slimībām, tostarp I tipa diabētu. Austrālijā zinātnieki analizēja izkārnījumu paraugus no 93 bērniem, kuru radinieki slimoja ar diabētu, un atklāja, ka tiem, kuriem vēlāk attīstījās šī slimība, izkārnījumos ir paaugstināts enterovīrusa A līmenis. Tomēr viens no eksperimentatoriem V. Ians Lipkins no Meilmanovskas Kolumbijas universitātes Sabiedrības veselības skola brīdina kolēģus no pārsteidzīgiem secinājumiem, ka noteiktu slimību cēloņi ir saistīti tikai ar atšķirībām mikrobiomā. "Viss, ko mēs droši zinām," viņš saka, "ir tas, ka daži mikrobi ir kaut kādā veidā saistīti ar noteiktām slimībām."

Tomēr Lipkins ir sajūsmā par mikrobiomu zinātnes nākotni. Pēc viņa prognozēm, nākamo piecdesmit gadu laikā zinātnieki atklās mikrobioma iedarbības mehānismu uz organismu un sāks klīniskos izmēģinājumus ar cilvēkiem, lai parādītu, kā veselību var uzlabot, “rediģējot” mikrobiomu.

Jaunatne

Daudziem pusaudžiem ir nosliece uz pinnēm - un šķiet, ka pastāv parādība, ko sauc par "tauku mikrobiomu". Puišu āda ir īpaši draudzīga pret diviem Cutibacterium acnes baktēriju celmiem, kas saistīti ar pūtītēm. Lielākā daļa šīs baktērijas celmu ir droši vai pat labvēlīgi, jo kavē patogēno mikrobu augšanu; patiesībā šī baktērija ir normāla sejas un kakla mikrobioma galvenā sastāvdaļa.

Tomēr slikts celms var nodarīt lielu ļaunumu: tā klātbūtne, pēc Pensilvānijas Universitātes Medicīnas koledžas dermatoloģes Amandas Nelsones domām, ir viens no priekšnoteikumiem iekaisuma attīstībai. Starp citiem slimības attīstības iemesliem zinātnieki sauc par sebum (ko tauku dziedzeri ražo, lai mitrinātu ādu), kas kalpo par augsni C. acnes, matu folikulu un tieksmes uz iekaisumu attīstībai. Tas viss darbojas kopā, un, pēc Nelsona teiktā, mēs vēl nezinām, kas ir svarīgāks.

Vašingtonas Universitātes Medicīnas skolas pētnieki pētīja tauku dziedzeru mikrobiomu un atklāja, ka vienīgais ilgstošais līdzeklis pret pūtītēm, izotretinoīns (pazīstams ar dažādiem tirdzniecības nosaukumiem), daļēji iedarbojas, mainot ādas mikrobiomu, palielinot kopējo ādas daudzveidību. mikrobi, starp kuriem kaitīgiem celmiem ir grūtāk iesakņoties.

Tagad, kad zinātnieki ir uzzinājuši, ka izotretinoīns darbojas, mainot mikrobioma sastāvu, viņi var mēģināt radīt citas zāles ar tādu pašu efektu, bet, cerams, drošākas - galu galā izotretinoīns var izraisīt iedzimtus defektus bērniem, ja mātes lietoja zāles laikā. grūtniecības laikā.

Briedums

Ko darīt, ja jūs varat paveikt vairāk ar saviem treniņiem, vienkārši aizņemoties sportista zarnu mikrobus? Šo jautājumu uzdeva Hārvardas universitātes zinātnieki. Divas nedēļas viņi katru dienu ievāca izkārnījumu paraugus no 15 skrējējiem, kuri piedalījās 2015. gada Bostonas maratonā, sākot nedēļu pirms sacensībām un finišējot nedēļu vēlāk, un salīdzināja tos ar izkārnījumu paraugiem, kas tika savākti no desmit cilvēkiem kontroles grupā, arī divu gadu laikā. nedēļas. nedarbojas. Pētnieki atklāja, ka dažas dienas pēc maratona paraugos, kas ņemti no skrējējiem, bija ievērojami vairāk Veillonella atypica baktēriju nekā kontroles grupā.

"Šis atklājums daudz ko izskaidro, jo Veilonellai ir unikāls metabolisms: viņas mīļākais enerģijas avots ir laktāts, pienskābes sāls," saka Aleksandars Kostičs no Joslinas Diabēta pētniecības centra un Hārvardas Medicīnas skolas. "Un mēs domājām: varbūt Veilonella sadala muskuļu laktātu sportista ķermenī?" Un, ja tas tā patiešām ir, vai, iepazīstinot ar tā celmiem no profesionālā sporta tālu cilvēkus, ir iespējams palielināt viņu izturību?

Pēc tam zinātnieki pievērsās laboratorijas pelēm: Veilonella, kas izolēta no viena skrējēja izkārnījumiem, tika injicēta 16 pelēm ar normālu mikrobiomu, kas pārbaudīts uz patogēniem. Pēc tam subjekti tika novietoti uz skrejceļa un spiesti skriet, līdz tie bija izsmelti. Tas pats tika darīts ar 16 kontroles pelēm; tikai viņiem tika injicētas baktērijas, kas nepatērē laktātu. Kā izrādījās, peles, kas "inficētas" ar Veilonellu, skrēja daudz ilgāk nekā kontroles dzīvnieki, kas nozīmē, ka, pēc pētnieku domām, mikrobiomam var būt izšķiroša loma veiktspējas uzturēšanā.

Pēc Kostiča teiktā, šis eksperiments ir "brīnišķīgs piemērs tam, ko mums sniedz simbioze". Veilonella uzplaukst, ja cilvēks, tās nesējs, fizisko aktivitāšu rezultātā ražo laktātu, ar kuru viņa pārtiek, un, savukārt, dod labumu cilvēkam, pārvēršot laktātu propionātā, kas ietekmē saimnieka darbību, jo cita starpā, palielina sirdsdarbības kontrakciju biežumu un uzlabo skābekļa vielmaiņu, kā arī, iespējams, novērš iekaisuma attīstību muskuļos.

"Šķiet, ka šāda veida attiecības ir pamatā lielākajai daļai mijiedarbības starp cilvēkiem un mikrobiomu," skaidro Kostičs. "Galu galā attiecības starp viņiem ir tik abpusēji izdevīgas."

Mikrobioms var būt atbildīgs arī par mazāk patīkamām cilvēka dabas iezīmēm, tostarp garīgiem stāvokļiem, piemēram, trauksmi un depresiju. 2016. gadā Korkas Nacionālās Īrijas universitātes zinātnieki publicēja pētījuma rezultātus par mikrobioma ietekmi uz depresijas attīstību. Pētnieki sadalīja 28 laboratorijas žurkas divās grupās. Eksperimentālā grupa saņēma zarnu mikrofloras transplantācijas no trim vīriešiem, kuri cieš no smagas depresijas, bet kontroles grupa - no trim veseliem vīriešiem.

Izrādījās, ka cilvēku, kas cieš no depresijas, zarnu mikrobioms ienira depresijā un žurkām. Salīdzinot ar kontroles dzīvniekiem, viņiem ir zudusi interese par aktivitātēm, kas sagādā prieku (žurkām to nosaka tas, cik bieži viņi vēlas dzert saldu ūdeni), un palielināta trauksme, kas izteikta vēlmē izvairīties no atklātām vai nepazīstamām laboratorijas zonām. labirints.

Ņemot vērā lielo atšķirību starp žurkām un cilvēkiem, pētnieki atzīmē, ka viņu pētījums sniedz jaunus pierādījumus tam, ka zarnu mikrobiomam var būt nozīme depresijā. Viņi saka, ka agrāk vai vēlāk var pienākt diena, kad tiks cīnīties ar depresiju un citiem līdzīgiem traucējumiem, tostarp vēršoties pret noteiktām baktērijām cilvēka organismā.

Vecums

Mikrobioms vienlaikus ir gan elastīgs, gan šķidrs. Tā unikālā struktūra lielā mērā veidojas līdz četru gadu vecumam, un to reāli var ietekmēt tikai ļoti būtiski faktori - piemēram, uztura maiņa, fizisko aktivitāšu intensitāte vai laiks, kas pavadīts ārā, pārcelšanās uz jaunu dzīvesvietu, lietošana. antibiotikas un dažas citas zāles. Tomēr savā ziņā mikrobioms ir pastāvīgā plūsmā, smalki mainās ar katru ēdienreizi. Pieaugušajiem šīs izmaiņas ir tik paredzamas, ka jūsu vecumu var aptuveni noteikt, vienkārši iepazīstoties ar zarnās dzīvojošo baktēriju kopumu.

Šim paņēmienam, kas pazīstams kā "vecuma noteikšana pēc novecošanās mikrobioma pulksteņa", ir nepieciešama mākslīgā intelekta palīdzība, piemēram, eksperimentā, ko nesen veica Honkongā bāzēta starta uzņēmums Insilico Medicine. Zinātnieki ir apkopojuši informāciju par 1165 cilvēku mikrobiomiem no Eiropas, Āzijas un Ziemeļamerikas. Trešdaļa no viņiem bija 20-30 gadus veci, vēl trešā - 40-50, bet pēdējā - 60-90 gadus veci.

Zinātnieki, atzīmējot savu nēsātāju vecumu, pakļāva datus par 90 procentiem mikrobiomu "datorinterpretācijai", un pēc tam piemēroja mākslīgā intelekta identificētos modeļus atlikušo desmit procentu cilvēku mikrobiomiem, kuru vecums nebija atzīmēts. Viņu vecumu bija iespējams noteikt tikai ar četru gadu kļūdu.

Ko nozīmē “rediģēt” savu mikrobiomu un dzīvot mierā? Diemžēl pat lielākie mikrobioma zinātnes entuziasti saka, ka līdz šim ir grūti izdarīt precīzus secinājumus par mikrobioma saistību ar cilvēka veselību, un uzstāj, ka, pārejot uz ārstēšanu ar baktēriju transplantātiem, ir jābūt ļoti uzmanīgiem.

Daudzi tagad murgo par mikrobiotas kā zāles potenciālu, saka Pols Vilmss no Luksemburgas universitātes, norādot, ka farmācijas uzņēmumi izstrādā jaunas probiotikas, lai līdzsvarotu mikrobiomu.

"Pirms mēs patiešām varam to izdarīt pareizi un saprātīgi," saka Vilms, "mums ir sīki jāsaprot, kas ir veselīgs mikrobioms un kā tieši tas ietekmē cilvēka ķermeni. Es domāju, ka mēs joprojām esam ļoti tālu no tā."

Mikrobi mūsos

• resnās zarnas - 38 kvintiljoni
• plāksne - 1 kvintiljons
• āda - 180 miljardi
• siekalas - 100 miljardi
• tievās zarnas - 40 mljrd
• kuņģis - 9 miljoni

Skatiet mikrobiomu

Visus attēlus šajā rakstā uzņēmis Martins Egerlijs, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu: paraugi tika žāvēti, uz tiem tika izsmidzināti zelta atomi un ievietoti vakuuma kamerā. Mikroskopa elektronu stara viļņa garums ir īsāks par redzamo gaismu, tāpēc stars "izceļ" mazākos objektus, bet ārpus krāsu spektra. Eggerly krāsoti mikrobi, kuru krāsa ir zināma, šajās krāsās, citos gadījumos viņš izvēlējās citu gammu, lai varētu atšķirt mikrobus un to raksturīgās pazīmes.