Kvintilijonas mikrobų žmoguje apibrėžia mūsų esmę

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Kuo daugiau mokslininkų tyrinėja žmogaus organizme gyvenančius mikrobus, tuo daugiau sužino apie galingą šių trupinių įtaką mūsų išvaizdai, elgesiui, netgi mąstymo ir jausmų būdui.

Ar virusai, bakterijos, vienaląsčiai grybeliai ir kiti organizmai, gyvenantys plaučiuose ir žarnyne, odoje ir akių obuoliuose, tikrai priklauso nuo mūsų sveikatos ir savijautos? Ar ne per keista manyti, kad mikroskopiniai padarai, kuriuos nešiojamės savyje ir ant savęs, daugeliu atžvilgių lemia mūsų esmę?

Mikrobiomo – taip vadinasi šis mini zoologijos sodas – įtaka gali būti esminė jau ankstyvosiose vystymosi stadijose.

Vienas iš tyrimų, kurio rezultatai buvo paskelbti praėjusiais metais, rodo, kad net tokia, atrodytų, įgimta savybė, kaip kūdikio temperamentas, gali priklausyti nuo to, ar dauguma jo žarnyne esančių bakterijų priklauso tai pačiai genčiai: kuo daugiau bifidobakterijų, tuo linksmesnis vaikas..

Išvados, kurias padarė Anna-Katariina Aatsinki ir jos kolegos iš Turku universiteto Suomijoje, pagrįstos 301 kūdikio išmatų mėginių analize. Vaikai, kurie turėjo daugiau bifidobakterijų per du mėnesius, buvo labiau linkę rodyti „teigiamas emocijas“, kaip nustatė mokslininkai, šešis mėnesius.

Mikrobiomo tyrimai buvo pradėti palyginti neseniai – tiesą sakant, tik prieš 15 metų. Tai reiškia, kad dauguma iki šiol atliktų tyrimų buvo preliminarūs ir nedidelės apimties, kuriuose dalyvavo tik dešimtys pelių ar žmonių. Mokslininkai nustatė neabejotiną ryšį tarp mikrobiomo būklės ir įvairių ligų, tačiau kol kas nepavyko nustatyti aiškių priežasties-pasekmės ryšių tarp konkrečių tankiai apgyvendinto žmogaus „vidinio pasaulio“gyventojų ir jo sveikatos.

Netgi šių gyventojų skaičius stebina: šiandien manoma, kad paprasto jauno žmogaus organizme gyvena apie 38 kvintilijonai (1012) mikrobų – tai net daugiau nei jų pačių žmogaus ląstelės. Jei išmoksime suprasti, kaip disponuoti šiuo – savo – turtu, prieš mus atsivers žavios perspektyvos.

Anot optimistų, artimiausiu metu taps įprasta žmogui suleisti sveikų mikrobų kompleksų prebiotikų (junginių, kurie veikia kaip substratas, ant kurio gali daugintis naudingos bakterijos), probiotikų (pačios šios bakterijos) arba su išmatomis pavidalu. transplantacija (turtingo žarnyno mikrobiomo persodinimas iš donorų) – kad jis galėtų jaustis sveikas.

Kai žmonės kalba apie mikrobiomą, pirmiausia jie turi omenyje virškinamojo trakto gyventojus, kurie sudaro 90 procentų mūsų mikroorganizmų. Tačiau kituose organuose knibždėte knibžda gyvybė: mikrobai užpildo bet kurią kūno vietą, kuri liečiasi su išoriniu pasauliu: akis, ausis, nosį, burną, išangę, urogenitalinę sistemą. Be to, mikrobų yra ant bet kurios odos dalies, ypač pažastyse, tarpvietėje, tarp pirštų ir bamboje.

Ir štai kas tikrai nuostabu: kiekvienas iš mūsų turime unikalų mikrobų rinkinį, kurio neturi niekas kitas. Šiandien, pasak Robo Knighto iš Kalifornijos universiteto (San Diegas) Mikrobiomų inovacijų centro, jau galima teigti, kad tikimybė, kad du žmonės, turintys tą patį rūšių rinkinį mikrobiomuose, artėja prie nulio. Knight sakė, kad mikrobiomo unikalumas gali būti panaudotas kriminalistikoje. „Tas, kuris palietė objektą, yra stebimas pagal mikrobiomo „pirštų atspaudą“, kuris lieka ant žmogaus odos“, – aiškina jis. Na, o kada nors tyrėjai, ieškodami įrodymų, pradės rinkti ant odos gyvenančių mikrobų mėginius, kaip ir šiandien pirštų atspaudams.

Šiame straipsnyje pasidalinsime kai kuriais reikšmingais atradimais, kuriuos padarė mokslininkai, tyrinėję mikrobiomą ir kaip jis mus veikia nuo kūdikystės iki senatvės.

Kūdikystė

Vaisius gimdoje yra praktiškai sterilus. Išsispausdamas per gimdymo kanalą, jis sutinka daugybę bakterijų. Įprasto gimdymo metu kūdikį „nuplauna“makštyje gyvenantys mikrobai; be to, ant jo patenka motinos žarnyno bakterijos. Šie mikrobai iš karto pradeda gyventi savo žarnyne, užmegzdami savotišką ryšį su besivystančia imunine sistema. Taigi jau ankstyviausiose savo egzistavimo stadijose mikrobiomas paruošia imuninę sistemą tinkamai funkcionuoti ateityje.

Jei kūdikis gimsta per cezario pjūvį, nėra kontakto su mamos bakterijomis, o jo žarnyną kolonizuoja kiti mikroorganizmai – iš mamos odos ir iš motinos pieno, iš slaugytojos rankų, net iš ligoninės baltinių. Toks svetimas mikrobiomas gali apsunkinti visą tolesnį žmogaus gyvenimą.

2018 metais Paulas Wilmsas iš Liuksemburgo universiteto Sisteminės medicinos centro paskelbė tyrimo, kuriame dalyvavo 13 natūraliai gimusių kūdikių ir 18 chirurginiu būdu gimusių kūdikių, rezultatus. Wilmsas ir jo kolegos išanalizavo naujagimių ir jų motinų išmatas, taip pat gimdančių moterų makšties tepinėlius. „Cezario pjūviuose“buvo žymiai mažiau bakterijų, kurios gamina lipopolisacharidus ir taip skatina imuninės sistemos vystymąsi. Mažiausiai penkioms dienoms po gimimo tokių mikrobų lieka nedaug – to, pasak Wilmso, pakanka, kad sukeltų ilgalaikes pasekmes imunitetui.

Po kurio laiko, dažniausiai iki pirmojo gimtadienio, abiejų grupių vaikų mikrobioma įgauna panašumų. Tačiau, pasak Wilmso, pirmomis gyvenimo dienomis pastebėtas skirtumas reiškia, kad cezario pjūvio būdu gimusių kūdikių organizme gali nepraeiti pirminė imunizacija, kurios metu imuninės ląstelės išmoksta teisingai reaguoti į išorinį poveikį. Tai tikriausiai paaiškina, kodėl šiems vaikams dažniau išsivysto įvairios su imuninės sistemos veikla susijusios problemos, įskaitant alergijas, uždegimus ir nutukimą. Wilmso teigimu, galbūt ateityje „Cezario pjūviams“bus skiriami probiotikai, sukurti motinos bakterijų padermių pagrindu, kad jų virškinimo sistema būtų apgyvendinta naudingais mikrobais.

Vaikystė

Alergija maistui tapo tokia dažna, kad kai kuriose mokyklose buvo taikomi apribojimai maistui, kurį vaikai gali pasiimti iš namų (pavyzdžiui, negalima atsinešti žemės riešutų batonėlių ar sumuštinių su uogienėmis), kad kai kuriems klasės draugams neatsirastų alergija. Jungtinėse Amerikos Valstijose 5,6 milijono vaikų kenčia nuo alergijos maistui, tai yra, kiekvienoje klasėje yra bent du ar trys tokie vaikai.

Įvardijamos įvairios priežastys, galinčios paskatinti alergijos plitimą, įskaitant padidėjusį kūdikių, gimusių po cezario pjūvio, skaičių ir pernelyg didelį antibiotikų, galinčių sunaikinti mus saugančias bakterijas, vartojimą. Katherine Nagler ir jos kolegos iš Čikagos universiteto nusprendė patikrinti, ar maisto alergijos plitimas tarp vaikų yra susijęs su jų mikrobiomo sudėtimi. Praėjusiais metais jie paskelbė tyrimo, kuriame dalyvavo aštuoni šešių mėnesių vaikai, iš kurių pusė buvo alergiški karvės pienui, rezultatus. Paaiškėjo, kad abiejų grupių atstovų mikrobioma yra gana skirtinga: sveikų kūdikių žarnyne buvo bakterijų, būdingų tinkamai besivystantiems jų amžiaus vaikams, o sergantiesiems karvių uždegimu rasta bakterijų, kurios labiau būdingos suaugusiems. alergija pienui.

Nagleris sakė, kad alergiškiems vaikams paprastai lėtas perėjimas nuo vaikystės mikrobiomo prie suaugusiųjų „vyko neįprastu greičiu“.

Nagler ir jos kolegos persodino (naudojant išmatų transplantaciją) „savo“kūdikių žarnyno bakterijas pelėms, gimusioms po cezario pjūvio ir užaugintoms steriliomis sąlygomis, tai yra visiškai be mikrobų. Paaiškėjo, kad tik sveikų kūdikių persodintoms pelėms nepasireiškė alerginė reakcija į karvės pieną. Kiti, kaip ir jų donorai, tapo alergiški.

Tolesni tyrimai parodė, kad pagrindinį vaidmenį pirmosios pelių grupės apsaugai, matyt, vaidino vienos rūšies bakterijos, aptinkamos tik vaikams: Anaerostipes caccae iš Clostridia grupės. Clostridia taip pat apsaugo nuo alergijos žemės riešutams, Nagler ir jos kolegos nustatė viename tyrime.

Nagleris, Čikagoje įsikūrusios farmacijos startuolio ClostraBio prezidentas ir vienas iš įkūrėjų, tikisi išbandyti Anaerostipes caccae terapinį potencialą su laboratorinėmis pelėmis, o vėliau ir su alergiškais žmonėmis. Pirmoji užduotis buvo surasti žarnyne vietą, kur galėtų nusileisti būrys naudingų bakterijų. Net ir nesveikoje mikrobiomoje, sako Nagleris, visos nišos jau užpildytos; kad klostridijos įsitvirtintų naujoje vietoje, reikia išvyti ankstesnius gyventojus. Todėl ClostraBio sukūrė vaistą, kuris išvalo tam tikrą nišą mikrobiome. Nagleris ir jo kolegos jį „išrašo“pelėms, o vėliau joms suleidžia kelių rūšių klostridijų, taip pat maistinių skaidulų, skatinančių mikrobų dauginimąsi. Nagleris tikisi per ateinančius dvejus metus pradėti klinikinius Clostridia tyrimus su žmonėmis ir galiausiai sukurti vaistą, skirtą maistui alergiškiems vaikams.

Žarnyno mikrobai taip pat gali būti susiję su kitomis vaikų ligomis, įskaitant I tipo diabetą. Australijoje mokslininkai išanalizavo 93 vaikų, kurių artimieji sirgo cukriniu diabetu, išmatų mėginius ir nustatė, kad tų iš jų, kuriems vėliau išsivystė ši liga, išmatose padidėjo enteroviruso A. Tačiau vienas iš eksperimentatorių W. Ianas Lipkinas iš Meilmanovskajos. Kolumbijos universiteto Visuomenės sveikatos mokykla perspėja kolegas nedaryti skubotų išvadų, kad tam tikrų ligų priežastis yra tik mikrobiomų skirtumai. „Tikrai žinome tik tai, kad tam tikri mikrobai yra kažkaip susiję su tam tikromis ligomis.

Vis dėlto Lipkinas entuziastingai žiūri į mikrobiomų mokslo ateitį. Pasak jo, per ateinančius penkiasdešimt metų mokslininkai atskleis mikrobiomo poveikio organizmui mechanizmą ir pradės klinikinius tyrimus su žmonėmis, siekdami parodyti, kaip galima pagerinti sveikatą „redaguojant“mikrobiomą.

Jaunimas

Daugelis paauglių turi polinkį į spuogus – ir atrodo, kad egzistuoja reiškinys, vadinamas „riebalų mikrobioma“. Vaikino oda ypač palanki dviejų su spuogais susijusių Cutibacterium acnes bakterijų atmainoms. Dauguma šios bakterijos padermių yra saugios ar net naudingos, nes stabdo patogeninių mikrobų augimą; Tiesą sakant, ši bakterija yra pagrindinė normalios veido ir kaklo mikrobiomo dalis.

Tačiau bloga padermė gali pridaryti daug žalos: jos buvimas, pasak Pensilvanijos universiteto medicinos koledžo dermatologės Amandos Nelson, yra viena iš būtinų uždegimo išsivystymo sąlygų. Be kitų ligos išsivystymo priežasčių, mokslininkai vadina riebalus (juos gamina riebalinės liaukos, kad drėkintų odą), kuri yra C. acnes, plaukų folikulų ir polinkio į uždegimus auginimo terpė. Visa tai veikia kartu, ir, pasak Nelsono, mes dar nežinome, kas yra svarbiau.

Vašingtono universiteto medicinos mokyklos mokslininkai ištyrė riebalinių liaukų mikrobiomą ir nustatė, kad vienintelis ilgalaikis spuogų gydymas izotretinoinas (žinomas įvairiais prekiniais pavadinimais) iš dalies keičia odos mikrobiomą ir padidina bendrą spuogų įvairovę. mikrobų, tarp kurių sunkiau įsitvirtinti kenksmingoms padermėms.

Dabar, kai mokslininkai sužinojo, kad izotretinoinas veikia pakeisdamas mikrobiomo sudėtį, jie gali bandyti sukurti kitus tokio paties poveikio vaistus, bet, tikiuosi, saugesnius – juk izotretinoinas gali sukelti vaikų apsigimimus, jei motinos vaisto vartojo nėštumo metu.

Branda

Ką daryti, jei treniruotėse galite nuveikti daugiau, tiesiog pasiskolinę sportininko žarnyno mikrobus? Tokį klausimą uždavė mokslininkai iš Harvardo universiteto. Dvi savaites jie kasdien rinko išmatų mėginius iš 15 bėgikų, kurie dalyvavo 2015 m. Bostono maratone – pradedant likus savaitei iki lenktynių ir baigiant savaite vėliau – ir lygino juos su išmatų mėginiais, paimtais iš dešimties kontrolinės grupės žmonių, taip pat per dvejus. savaites. neveikia. Tyrėjai išsiaiškino, kad praėjus kelioms dienoms po maratono, mėginiuose, paimtuose iš bėgikų, buvo žymiai daugiau Veillonella atypica bakterijų nei iš kontrolinės grupės.

„Šis atradimas daug ką paaiškina, nes Veilonella metabolizmas yra unikalus: jos mėgstamiausias energijos šaltinis yra laktatas, pieno rūgšties druska“, – sako Aleksandaras Kostičius iš Joslino diabeto tyrimų centro ir Harvardo medicinos mokyklos. „Ir mes pagalvojome: gal Veilonella suskaido raumenų laktatą sportininko kūne? Ir jei taip tikrai yra, ar įmanoma, supažindinus su jo padermėmis nuo profesionalaus sporto nutolusius žmones, padidinti jų ištvermę?

Tada mokslininkai kovojo su laboratorinėmis pelėmis: Veilonella, išskirta iš vieno iš bėgikų išmatų, buvo suleista 16 pelių su normalia mikrobioma, ištirta dėl patogenų. Tada tiriamieji buvo pasodinti ant bėgimo takelio ir priversti bėgti, kol išsekdavo. Tas pats buvo padaryta su 16 kontrolinių pelių; tik jiems buvo suleista bakterijų, kurios nevartoja laktato. Kaip paaiškėjo, pelės, „užkrėstos“Veilonella, bėgo daug ilgiau nei kontroliniai gyvūnai, o tai reiškia, mokslininkų nuomone, mikrobiomas gali atlikti lemiamą vaidmenį palaikant našumą.

Kosticho teigimu, šis eksperimentas yra „nuostabus pavyzdys, ką mums suteikia simbiozė“. Veilonella klesti, kai žmogus, jos nešiotojas, dėl fizinio aktyvumo gamina laktatą, kuriuo ji maitinasi, ir, savo ruožtu, yra naudinga žmogui, paverčiant laktatą propionatu, o tai turi įtakos šeimininko veiklai, nes, be kita ko,, padidina širdies susitraukimų dažnį ir gerina deguonies apykaitą, o taip pat, galbūt, neleidžia vystytis uždegimams raumenyse.

„Atrodo, kad tokie santykiai yra daugelio žmonių ir mikrobiomų sąveikos pagrindas“, - aiškina Kostichas. „Galų gale santykiai tarp jų yra abipusiai naudingi.

Mikrobiomas taip pat gali būti atsakingas už mažiau malonius žmogaus prigimties bruožus, įskaitant psichines sąlygas, tokias kaip nerimas ir depresija. 2016 metais mokslininkai iš Nacionalinio Airijos universiteto Korke paskelbė mikrobiomo įtakos depresijos vystymuisi tyrimo rezultatus. Tyrėjai suskirstė 28 laboratorines žiurkes į dvi grupes. Eksperimentinei grupei žarnyno mikroflorą persodino trys vyrai, kenčiantys nuo sunkios depresijos, o kontrolinė grupė – trijų sveikų vyrų.

Paaiškėjo, kad žmonių, sergančių depresija, žarnyno mikrobiomas pasinėrė į depresiją ir žiurkes. Palyginti su kontroliniais gyvūnais, jie prarado susidomėjimą veikla, kuri teikia malonumą (žiurkėms tai lemia tai, kaip dažnai jie nori gerti saldaus vandens), ir padidėjo nerimas, išreikštas noru vengti atvirų ar nepažįstamų laboratorijos zonų. labirintas.

Atsižvelgiant į didelį skirtumą tarp žiurkių ir žmonių, mokslininkai pažymi, kad jų tyrimas pateikia naujų įrodymų, kad žarnyno mikrobiomas gali turėti įtakos depresijai. Anksčiau ar vėliau, anot jų, gali ateiti diena, kai bus kovojama su depresija ir kitais panašiais sutrikimais, įskaitant taikinį prieš tam tikras žmogaus organizme esančias bakterijas.

Senatvė

Mikrobiomas yra ir elastingas, ir skystas tuo pačiu metu. Jo unikali struktūra didžiąja dalimi susiformuoja iki ketverių metų amžiaus ir jai iš tikrųjų įtakos gali turėti tik labai reikšmingi veiksniai – pavyzdžiui, mitybos pasikeitimas, fizinio aktyvumo intensyvumas ar laikas, praleistas lauke, persikėlimas į naują gyvenamąją vietą, naudojimas. antibiotikų ir kai kurių kitų vaistų. Tačiau tam tikra prasme mikrobiomas nuolat kinta, subtiliai keičiasi su kiekvienu valgymu. Suaugusiesiems šie pokyčiai yra tokie nuspėjami, kad jūsų amžių galima apytiksliai nustatyti tik susipažinus su žarnyne gyvenančių bakterijų rinkiniu.

Šis metodas, žinomas kaip „amžiaus nustatymas pagal senėjimo mikrobiominį laikrodį“, reikalauja dirbtinio intelekto pagalbos, pavyzdžiui, neseniai Honkonge įsikūrusio startuolio „Insilico Medicine“atliktame eksperimente. Mokslininkai surinko informaciją apie 1165 žmonių iš Europos, Azijos ir Šiaurės Amerikos mikrobiomas. Trečdalis jų buvo 20–30 metų, dar trečdalis – 40–50, o paskutinis – 60–90 metų amžiaus.

Mokslininkai, pažymėdami savo nešiotojų amžių, duomenis apie 90 procentų mikrobiomų panaudojo „kompiuteriniam interpretavimui“, o vėliau dirbtinio intelekto nustatytus modelius pritaikė likusių dešimties procentų žmonių, kurių amžius nebuvo pažymėtas, mikrobiomams. Jų amžių pavyko nustatyti tik su ketverių metų paklaida.

Ką reiškia „redaguoti“savo mikrobiomą ir gyventi taikiai? Deja, net didžiausi mikrobiomų mokslo entuziastai teigia, kad iki šiol sunku padaryti tikslias išvadas apie mikrobiomo ir žmogaus sveikatos ryšį, ir tvirtina, kad pereinant prie gydymo bakterijų transplantatais reikia būti labai atsargiems.

Daugelis dabar pyksta dėl mikrobiotos potencialo naudoti kaip vaistą, sako Paul Wilms iš Liuksemburgo universiteto ir pažymi, kad farmacijos įmonės kuria naujus probiotikus, kad subalansuotų mikrobiomą.

„Kad galėtume tai padaryti teisingai ir protingai, – sako Wilmsas, – turime išsamiai suprasti, kas yra sveikas mikrobiomas ir kaip jis tiksliai veikia žmogaus kūną. Manau, kad mums dar labai toli iki to“.

Mikrobai mūsų viduje

• dvitaškis - 38 kvintilijonai
• plokštelė - 1 kvintilijonas
• odos – 180 mlrd
• seilių – 100 mlrd
• plonojoje žarnoje – 40 mlrd
• skrandžio – 9 mln

Pamatykite mikrobiomą

Visus šio straipsnio vaizdus padarė Martinas Eggerly, naudodamas skenuojantį elektroninį mikroskopą: mėginiai buvo išdžiovinti, ant jų purškiami aukso atomai ir patalpinti į vakuuminę kamerą. Mikroskopo elektronų pluošto bangos ilgis yra trumpesnis nei matoma šviesa, todėl spindulys „išryškina“mažiausius objektus, tačiau už spalvų spektro ribų. Eggerly dažyti mikrobai, kurių spalva žinoma, šiomis spalvomis, kitais atvejais pasirinko kitą gamą, kad būtų galima atskirti mikrobus ir jiems būdingas savybes.