Kvintiljonid mikroobe inimeses määravad meie olemuse

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Mida rohkem teadlased inimkehas elavaid mikroobe uurivad, seda rohkem saavad nad teada nende puru võimsast mõjust meie välimusele, käitumisele, isegi mõtte- ja enesetundele.

Kas viirused, bakterid, ainuraksed seened ja muud organismid, mis elavad kopsudes ja sooltes, nahas ja silmamunades, sõltuvad tõesti meie tervisest ja heaolust? Kas pole liiga kummaline uskuda, et mikroskoopilised olendid, mida me endas ja enda peal kanname, määravad paljuski meie olemuse?

Mikrobioomi – nii nimetatakse seda miniloomaaeda – mõju võib olla fundamentaalne juba arengu varases staadiumis.

Üks uuringutest, mille tulemused avaldati eelmisel aastal, näitab, et isegi selline pealtnäha kaasasündinud omadus nagu imiku temperament võib sõltuda sellest, kas suurem osa tema soolestikus olevatest bakteritest kuulub samasse perekonda: mida rohkem bifidobaktereid, seda rõõmsam on laps..

Anna-Katariina Aatsinki ja tema kolleegide Soomest Turu ülikoolist tehtud järeldused põhinevad 301 beebi väljaheiteproovide analüüsil. Need lapsed, kellel oli kahe kuu pärast rohkem bifidobaktereid, ilmutasid tõenäolisemalt "positiivseid emotsioone", nagu teadlased tuvastasid, kuue kuu pärast.

Mikrobioomi uurimine algas suhteliselt hiljuti – tegelikult alles 15 aastat tagasi. See tähendab, et suurem osa seni tehtud uuringutest on olnud esialgsed ja tagasihoidlikud, hõlmates vaid kümneid hiiri või inimesi. Teadlased on leidnud kindla seose mikrobioomi seisundi ja erinevate haiguste vahel, kuid pole veel suutnud tuvastada selgeid põhjus-tagajärg seoseid inimese tihedalt asustatud "sisemaailma" konkreetsete elanike ja tema tervise vahel.

Isegi nende elanike arv on hämmastav: tänapäeval arvatakse, et tavalise noormehe kehas elab umbes 38 kvintiljonit (1012) mikroobi – seda on isegi rohkem kui nende enda inimrakud. Kui õpime mõistma, kuidas seda – oma – rikkust käsutada, avanevad meie ees põnevad väljavaated.

Optimistide sõnul muutub lähitulevikus tavaks süstida inimesele terveid mikroobide komplekse prebiootikumide (ühendid, mis toimivad substraadina, millel kasulikud bakterid saavad paljuneda), probiootikumide (need bakterid ise) või väljaheite kujul. siirdamine (rikka soolestiku mikrobioomi siirdamine doonoritelt) - et ta tunneks end tervena.

Mikrobioomist rääkides mõeldakse eelkõige seedetrakti elanikke, kes moodustavad 90 protsenti meie mikroorganismidest. Teised elundid aga kubisevad elust: mikroobid täidavad kõik kehaosad, mis välismaailmaga kokku puutuvad: silmad, kõrvad, nina, suu, päraku, urogenitaalsüsteemi. Lisaks leidub mikroobe igal nahatükil, eriti kaenlaalustes, kõhukelmes, varvaste vahel ja nabas.

Ja siin on see, mis on tõesti hämmastav: igaühel meist on ainulaadne mikroobide kogum, mida kellelgi teisel pole. California ülikooli (San Diego) mikrobioomide innovatsiooni keskusest pärit Rob Knighti sõnul võib täna juba väita, et tõenäosus, et kaks inimest, kellel on mikrobioomides sama liigid, lähenevad nullile. Knight ütles, et mikrobioomi ainulaadsust saab ära kasutada kohtuekspertiisis. "Inimese nahale jäetud mikrobioomi "sõrmejälje" järgi jälgitakse seda, kes objekti puudutas," selgitab ta. Ühel päeval hakkavad uurijad tõendeid otsides koguma nahal elavate mikroobide proove, täpselt nagu tänapäeval sõrmejälgede jaoks.

Selles artiklis jagame mõningaid olulisi avastusi, mille on teinud teadlased, kes on uurinud mikrobioomi ja kuidas see meid imikueast vanaduseni mõjutab.

Imikueas

Emakas olev loode on praktiliselt steriilne. Sünnituskanalist läbi pressides kohtab ta hulgaliselt baktereid. Tavalise sünnituse ajal "pestakse" last tupes elavate mikroobide poolt; lisaks satuvad sellele ema soolebakterid. Need mikroobid hakkavad kohe asustama oma soolestikku, astudes omamoodi suhtlemisse areneva immuunsüsteemiga. Seega valmistab mikrobioom juba oma eksisteerimise varases staadiumis immuunsüsteemi ette, et tulevikus korralikult toimida.

Kui laps sünnib keisrilõike kaudu, puudub kontakt ema bakteritega ning tema soolestikku koloniseerivad teised mikroorganismid – ema nahast ja rinnapiimast, õe käest, isegi haiglapesust. Selline võõras mikrobioom võib inimese kogu edasise elu keeruliseks muuta.

2018. aastal avaldas Paul Wilms Luksemburgi ülikooli süsteemimeditsiini keskusest 13 loomulikul teel sündinud beebi ja 18 kirurgiliselt sündinud beebi uuringu tulemused. Wilms ja kolleegid analüüsisid vastsündinute ja nende emade väljaheidet, aga ka sünnitusel olevate naiste tupeproove. "Keisrilõigetel" oli oluliselt vähem baktereid, mis toodavad lipopolüsahhariide ja stimuleerivad seeläbi immuunsüsteemi arengut. Vähemalt viieks päevaks pärast sündi on selliseid mikroobe alles jäänud – Wilmsi sõnul piisab sellest, et viia immuunsusele pikaajalised tagajärjed.

Mõne aja pärast, tavaliselt esimeseks sünnipäevaks, omandavad mõlema rühma laste mikrobioomid sarnasusi. Elu algusaegadel täheldatud erinevus tähendab Wilmsi sõnul aga seda, et keisrilõikega sündinud beebide organismis ei pruugi läbida esmane immuniseerimine, mille käigus immuunrakud õpivad õigesti reageerima välismõjudele. See ilmselt seletab, miks neil lastel tekivad tõenäolisemalt mitmesugused immuunsüsteemi toimimisega seotud probleemid, sealhulgas allergiad, põletikud ja rasvumine. Wilmsi sõnul hakatakse tulevikus ehk "keisritele" andma probiootikume, mis on loodud ema bakteritüvede baasil, et asustada nende seedesüsteem kasulike mikroobidega.

Lapsepõlv

Toiduallergia on muutunud nii tavaliseks, et mõned koolid on kehtestanud piirangud toidule, mida lapsed võivad kodust kaasa võtta (näiteks ei tohi tuua maapähklibatoone ega moosivõileibu), et mõnel klassikaaslasel ei tekiks allergiat.reaktsioon. Ameerika Ühendriikides kannatab toiduallergiate all 5,6 miljonit last, see tähendab, et igas klassis on vähemalt kaks kuni kolm sellist last.

Nimetatakse mitmesuguseid põhjuseid, mis võivad viia allergiate levikuni, sealhulgas keisrilõikega sündivate laste arvu suurenemine ja antibiootikumide liigkasutamine, mis võivad hävitada meid kaitsvaid baktereid. Katherine Nagler ja tema kolleegid Chicago ülikoolist otsustasid testida, kas toiduallergiate levik laste seas on seotud nende mikrobioomi koostisega. Eelmisel aastal avaldasid nad uuringu tulemused, milles osales kaheksa kuuekuust last, kellest pooled olid lehmapiima suhtes allergilised. Selgus, et kahe rühma esindajate mikrobioomid on üsna erinevad: tervete imikute soolestikus leidus omavanustele korralikult arenevatele lastele omaseid baktereid ning lehmapõletikku põdevatel leiti täiskasvanutele omasemaid baktereid. piima allergia.

Nagleri sõnul toimus allergiliste laste puhul tavaliselt aeglane üleminek lapsepõlvest mikrobioomilt täiskasvanule "ebanormaalse kiirusega".

Nagler ja tema kolleegid siirdasid (kasutades väljaheite siirdamist) "oma" imikute soolebakterid hiirtele, kes sündisid keisrilõikega ja kasvasid üles steriilsetes tingimustes, st täiesti mikroobideta. Selgus, et ainult tervetelt imikutelt siirdatud hiirtel ei ilmnenud lehmapiima suhtes allergilist reaktsiooni. Teised, nagu nende doonorid, on muutunud allergiliseks.

Edasised uuringud näitasid, et esimese hiirte rühma kaitsmisel mängisid ilmselt peamist rolli ühe liigi bakterid, mida leidub ainult lastel: Anaerostipes caccae rühmast Clostridia. Clostridia hoiab ära ka maapähkliallergia, leidsid Nagler ja tema kolleegid ühes uuringus.

Nagler, Chicagos asuva farmaatsiaidufirma ClostraBio president ja kaasasutaja, loodab testida Anaerostipes caccae terapeutilist potentsiaali laborihiirtel ja seejärel allergilistel inimestel. Esimene ülesanne oli leida soolestikus koht, kuhu saaks maanduda trobikond kasulikke baktereid. Isegi ebatervislikus mikrobioomis on Nagleri sõnul kõik nišid juba täidetud; nii et selleks, et Clostridia uues kohas juurduks, tuleb eelmised asukad välja ajada. Seetõttu on ClostraBio loonud ravimi, mis puhastab mikrobioomis teatud niši. Nagler ja tema kolleegid "kirjutavad" selle hiirtele välja ja süstivad neile siis mitut tüüpi Clostridia, aga ka kiudaineid, mis soodustavad mikroobide paljunemist. Nagler loodab järgmise kahe aasta jooksul alustada Clostridia kliinilisi uuringuid inimestel ja lõpuks luua ravim toiduallergiatega lastele.

Soolestiku mikroobe võib lastel seostada ka teiste haigustega, sealhulgas I tüüpi diabeediga. Austraalias analüüsisid teadlased väljaheiteproove 93 lapselt, kelle sugulased põdesid diabeeti, ja avastasid, et neil, kellel see haigus hiljem tekkis, oli väljaheites suurenenud enteroviiruse A tase. Siiski oli üks katsetajatest, W. Ian Lipkin Meilmanovskajast. Columbia ülikooli rahvatervise kool hoiatab kolleege kiirete järelduste tegemise eest, et teatud haiguste põhjused on tingitud üksnes mikrobioomi erinevustest. "Me teame kindlalt," ütleb ta, "on see, et teatud mikroobid on mingil moel seotud teatud haigustega."

Siiski on Lipkin entusiastlik mikrobioomiteaduse tulevikust. Tema prognoosi kohaselt paljastavad teadlased järgmise viiekümne aasta jooksul mikrobioomi mõju mehhanismi kehale ja alustavad kliinilisi uuringuid inimestel, et näidata, kuidas mikrobioomi "redigeerimisega" saab tervist parandada.

Noorus

Paljudel noorukitel on eelsoodumus akne tekkeks – ja näib olevat nähtus, mida nimetatakse "rasu mikrobioomiks". Poiste nahk on eriti tervitatav kahe aknega seotud Cutibacterium acnes bakteri tüve vastu. Enamik selle bakteri tüvesid on ohutud või isegi kasulikud, kuna pärsivad patogeensete mikroobide kasvu; tegelikult on see bakter normaalse näo ja kaela mikrobioomi põhikomponent.

Halb tüvi võib aga palju kurja teha: selle olemasolu on Pennsylvania ülikooli meditsiinikolledži dermatoloogi Amanda Nelsoni sõnul üks põletiku tekke eeldusi. Muude haiguse arengu põhjuste hulgas nimetavad teadlased rasu (mida toodavad rasunäärmed naha niisutamiseks), mis toimib C. acnese, juuksefolliikulite ja põletikule kalduvuse kasvulavana. See kõik töötab koos ja Nelsoni sõnul ei tea me veel, kumb on olulisem.

Washingtoni ülikooli meditsiinikooli teadlased uurisid rasunäärmete mikrobioomi ja leidsid, et ainus kauakestev akneravim isotretinoiin (tuntud erinevate kaubanimetuste all) toimib osaliselt naha mikrobioomi muutmise teel, suurendades üldist mitmekesisust. mikroobid, mille hulgas on kahjulikel tüvedel raskem juurduda.

Nüüd, kus teadlased on teada saanud, et isotretinoiin muudab mikrobioomi koostist, võivad nad proovida luua teisi sama toimega ravimeid, kuid loodetavasti ohutumaid – lõppude lõpuks võib isotretinoiin põhjustada lastel sünnidefekte, kui emad võtsid seda ravimit raseduse ajal.

Küpsus

Mis siis, kui saaksite oma treeningutega rohkem ära teha, laenates lihtsalt sportlase soolestiku mikroobe? Selle küsimuse esitasid Harvardi ülikooli teadlased. Kahe nädala jooksul kogusid nad iga päev väljaheiteproove 15 jooksjalt, kes osalesid 2015. aasta Bostoni maratonil – alustades nädal enne võistlust ja lõpetades nädal hiljem – ning võrdlesid neid väljaheiteproovidega, mis koguti kümnelt kontrollrühma kuulunud inimeselt ka üle kahe. nädalat ei jookse. Teadlased leidsid, et mõni päev pärast maratoni sisaldasid jooksjatelt võetud proovid oluliselt rohkem Veillonella atypica baktereid kui kontrollrühma omad.

"See avastus selgitab palju, sest Veilonellal on ainulaadne ainevahetus: tema lemmikenergiaallikaks on laktaat, piimhappe sool," ütleb Aleksandar Kostić Joslini diabeediuuringute keskusest ja Harvardi meditsiinikoolist. "Ja me mõtlesime: võib-olla lagundab Veilonella sportlase kehas lihaslaktaati?" Ja kui see tõesti nii on, siis kas profispordikaugetele inimestele selle tüvede tutvustamisega on võimalik suurendada nende vastupidavust?

Seejärel asusid teadlased tegelema laborihiirtega: ühe jooksja väljaheitest eraldatud Veilonellat süstiti 16 hiirele normaalse mikrobioomiga, mida testiti patogeenide suhtes. Seejärel asetati katsealused jooksulindile ja sunniti jooksma kuni väsimuseni. Sama tehti 16 kontrollhiirega; ainult neile süstiti baktereid, mis laktaati ei tarbi. Nagu selgus, jooksid Veilonellaga "nakatunud" hiired palju kauem kui kontrollloomad, mis tähendab, et mikrobioom võib teadlaste arvates mängida jõudluse säilitamisel otsustavat rolli.

Kostichi sõnul on see eksperiment "imeline näide sellest, mida sümbioos meile annab". Veilonella areneb hästi siis, kui inimene, selle kandja, toodab kehalise aktiivsuse tulemusena laktaati, millest ta toitub, ning on omakorda inimesele kasulik, muutes laktaadi propionaadiks, mis mõjutab peremeesorganismi jõudlust, sest muuhulgas, suurendab südame kontraktsioonide sagedust ja parandab hapniku ainevahetust ning võib-olla takistab ka põletike teket lihastes.

"Sellised suhted näivad olevat enamiku inimeste ja mikrobiomi vahelise koostoime aluseks," selgitab Kostich. "Lõppkokkuvõttes on nendevaheline suhe nii vastastikku kasulik."

Mikrobioom võib olla vastutav ka inimloomuse vähem meeldivate tunnuste, sealhulgas vaimsete seisundite, nagu ärevus ja depressioon, eest. 2016. aastal avaldasid Corkis asuva Iirimaa riikliku ülikooli teadlased uuringu tulemused mikrobioomi mõju kohta depressiooni tekkele. Teadlased jagasid 28 laborirotti kahte rühma. Katserühmale siirdati soolestiku mikrofloorat kolm rasket depressiooni põdevat meest ja kontrollrühma kolmelt tervelt mehelt.

Selgus, et depressiooni all kannatavate inimeste soolestiku mikrobioom sukeldus depressiooni ja rottidesse. Võrreldes kontrollloomadega vähenes neil huvi tegevuste vastu, mis pakuvad naudingut (rottidel määrab selle see, kui sageli nad tahavad magusat vett juua) ja suurenenud ärevus, mis väljendus soovis vältida labori avatud või võõraid alasid. labürint.

Arvestades suurt erinevust rottide ja inimeste vahel, märgivad teadlased, et nende uuring annab uusi tõendeid selle kohta, et soolestiku mikrobioom võib mängida rolli depressioonis. Nad ütlevad, et varem või hiljem võib tulla päev, mil depressiooni ja muude sarnaste häiretega võideldakse, sealhulgas sihikule võtta teatud bakterid inimkehas.

Vanas eas

Mikrobioom on samaaegselt nii elastne kui ka vedel. Selle ainulaadne struktuur kujuneb suures osas välja neljaks eluaastaks ning seda saavad reaalselt mõjutada vaid väga olulised tegurid - näiteks toitumise muutus, kehalise aktiivsuse intensiivsus või õues veedetud aeg, uude elukohta kolimine, kasutamine. antibiootikumid ja mõned muud ravimid. Kuid teatud mõttes on mikrobioom pidevas muutumises, muutudes iga toidukorraga peenelt. Täiskasvanutel on need muutused nii etteaimatavad, et teie vanuse saab umbkaudu kindlaks teha, kui tutvute soolestikus elavate bakteritega.

See meetod, mida nimetatakse "vanuse määramiseks vananemise mikrobioomi kella järgi", nõuab tehisintellekti abi, näiteks Hongkongis asuva idufirma Insilico Medicine hiljuti läbi viidud katses. Teadlased on kogunud teavet 1165 inimese mikrobioomi kohta Euroopast, Aasiast ja Põhja-Ameerikast. Kolmandik neist olid 20-30-aastased, teine kolmandik - 40-50- ja viimane - 60-90-aastased.

Teadlased, märkides nende kandjate vanuse, allutasid 90 protsendi mikrobioomide andmed "arvutitõlgendusele" ja rakendasid tehisintellekti tuvastatud mustreid ülejäänud kümne protsendi inimeste mikrobioomide suhtes, kelle vanust polnud märgitud. Nende vanust oli võimalik kindlaks teha vaid nelja-aastase veaga.

Mida tähendab oma mikrobioomi "redigeerimine" ja rahus elamine? Paraku ütlevad isegi suurimad mikrobioomiteaduse entusiastid, et mikrobioomi ja inimese tervise vahelise seose kohta on seni raske täpseid järeldusi teha, ning nõuavad, et üleminekul bakterisiirikutega ravile tuleb olla väga ettevaatlik.

Paljud raevuvad praegu mikrobiota võimaliku kasutamise üle ravimina, ütleb Paul Wilms Luksemburgi ülikoolist, märkides, et farmaatsiaettevõtted töötavad välja uusi probiootikume mikrobioomi tasakaalustamiseks.

"Enne kui saame seda tõesti õigesti ja arukalt teha," ütleb Wilms, "peame üksikasjalikult mõistma, mis on tervislik mikrobioom ja kuidas see täpselt inimkeha mõjutab. Ma arvan, et me oleme sellest veel väga kaugel."

Mikroobid meie sees

• käärsool - 38 kvintiljonit
• tahvel - 1 kvintiljon
• nahk - 180 miljardit
• sülg - 100 miljardit
• peensool - 40 miljardit
• kõht - 9 miljonit

Vaadake mikrobioomi

Kõik selles artiklis olevad pildid tegi Martin Eggerly skaneeriva elektronmikroskoobi abil: proovid kuivatati, neile pihustati kullaaatomeid ja asetati vaakumkambrisse. Mikroskoobi elektronkiire lainepikkus on lühem kui nähtav valgus, mistõttu kiir "tõstab esile" väikseimad objektid, kuid väljaspool värvispektrit. Eggerly värvitud mikroobid, mille värvus on teada, nendes värvides, muudel juhtudel valis ta erineva gamma, et oleks võimalik eristada mikroobe ja neile iseloomulikke tunnuseid.