Kvintilión mikróbov v človeku definuje našu podstatu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Čím viac vedci skúmajú mikróby, ktoré žijú v ľudskom tele, tým viac sa dozvedajú o mocnom vplyve týchto drobcov na náš vzhľad, správanie, dokonca aj na spôsob myslenia a cítenia.

Sú vírusy, baktérie, jednobunkové huby a iné organizmy, ktoré žijú v pľúcach, črevách, koži a očných bulvách, skutočne závislé od nášho zdravia a pohody? Nie je príliš zvláštne veriť, že mikroskopické stvorenia, ktoré nosíme v sebe a na sebe, v mnohom určujú našu samotnú podstatu?

Vplyv mikrobiómu – tak sa volá táto minizoo – môže byť zásadný už v ranom štádiu vývoja.

Jedna zo štúdií, ktorej výsledky boli zverejnené minulý rok, ukazuje, že aj zdanlivo vrodená vlastnosť, akou je temperament dojčaťa, môže závisieť od toho, či väčšina baktérií v jeho črevách patrí do rovnakého rodu: čím viac bifidobaktérií, tým je dieťa veselšie..

Závery, ku ktorým dospela Anna-Katariina Aatsinki a jej kolegovia z University of Turku vo Fínsku, sú založené na analýze vzoriek stolice od 301 bábätiek. U detí, ktoré mali viac bifidobaktérií v dvoch mesiacoch, bola väčšia pravdepodobnosť, že po šiestich mesiacoch budú prejavovať „pozitívne emócie“, ako zistili vedci.

Štúdium mikrobiómu začalo relatívne nedávno – v skutočnosti len pred 15 rokmi. To znamená, že väčšina doterajšieho výskumu bola predbežná a rozsahom skromná a zahŕňala len desiatky myší alebo ľudí. Vedci našli jednoznačný vzťah medzi stavom mikrobiómu a rôznymi chorobami, no zatiaľ nedokázali identifikovať jednoznačné vzťahy príčin a následkov medzi konkrétnymi obyvateľmi husto osídleného „vnútorného sveta“človeka a jeho zdravia.

Dokonca aj počet týchto obyvateľov je úžasný: dnes sa verí, že v tele obyčajného mladého muža žije asi 38 kvintiliónov (1012) mikróbov - to je ešte viac ako ich vlastné ľudské bunky. Ak sa naučíme chápať, ako s týmto – vlastným – bohatstvom naložiť, otvoria sa nám fascinujúce vyhliadky.

Podľa optimistov bude v blízkej budúcnosti bežné vpichovať človeku zdravé komplexy mikróbov vo forme prebiotík (zlúčeniny, ktoré fungujú ako substrát, na ktorých sa môžu množiť prospešné baktérie), probiotík (samotné tieto baktérie) alebo stolice. transplantácia (transplantácia bohatého črevného mikrobiómu od darcov) - aby sa cítil zdravý.

Keď sa hovorí o mikrobióme, majú na mysli predovšetkým obyvateľov tráviaceho traktu, ktorí tvoria 90 percent našich mikroorganizmov. Iné orgány sa však hemžia životom: mikróby vypĺňajú akúkoľvek časť tela, ktorá je v kontakte s vonkajším svetom: oči, uši, nos, ústa, konečník, urogenitálny systém. Okrem toho sú choroboplodné zárodky prítomné na akomkoľvek kúsku kože, najmä v podpazuší, hrádzi, medzi prstami na nohách a v pupku.

A tu je to, čo je naozaj úžasné: každý z nás má jedinečný súbor mikróbov, ktoré nemá nikto iný. Dnes už možno podľa Roba Knighta z Centra pre inovácie mikrobiómov na Kalifornskej univerzite (San Diego) tvrdiť, že pravdepodobnosť výskytu dvoch ľudí s rovnakým súborom druhov v mikrobiómoch sa blíži k nule. Jedinečnosť mikrobiómu by sa dala využiť vo forenznej oblasti, povedal Knight. „Ktokoľvek sa dotkol predmetu, je sledovaný mikrobiómovým ‚odtlačkom prsta‘, ktorý zanechá na koži človeka,“vysvetľuje. No, jedného dňa začnú vyšetrovatelia, ktorí hľadajú dôkazy, zbierať vzorky mikróbov žijúcich na koži, rovnako ako dnes odtlačky prstov.

V tomto článku sa podelíme o niektoré významné objavy vedcov, ktorí skúmali mikrobióm a ako nás ovplyvňuje od detstva až po starobu.

Detstvo

Plod v maternici je prakticky sterilný. Pretláčaním sa cez pôrodné cesty stretáva nespočetné množstvo baktérií. Počas normálneho pôrodu je dieťa "umývané" mikróbmi, ktoré žijú vo vagíne; navyše sa na ňu dostanú črevné baktérie matky. Tieto mikróby okamžite začnú osídľovať jeho vlastné črevá a vstupujú do akejsi komunikácie s vyvíjajúcim sa imunitným systémom. Takže už v najskorších štádiách svojej existencie mikrobióm pripravuje imunitný systém na správne fungovanie v budúcnosti.

Ak sa bábätko narodí cisárskym rezom, nedochádza ku kontaktu s baktériami matky a jeho črevá osídľujú iné mikroorganizmy – z pokožky matky a z materského mlieka, z rúk sestry, dokonca aj z nemocničnej bielizne. Takýto cudzí mikrobióm môže človeku skomplikovať celý budúci život.

V roku 2018 Paul Wilms z Centra systémovej medicíny na Luxemburskej univerzite zverejnil výsledky štúdie 13 prirodzene narodených detí a 18 chirurgicky narodených detí. Wilms a kolegovia analyzovali stolicu novorodencov a ich matiek, ako aj vaginálne výtery rodiacich žien. "Cisársky rez" mal podstatne menej baktérií, ktoré produkujú lipopolysacharidy a tým stimulujú rozvoj imunitného systému. Takýchto mikróbov zostáva aspoň päť dní po narodení málo – to podľa Wilmsa stačí na to, aby to viedlo k dlhodobým následkom na imunitu.

Po určitom čase, zvyčajne do prvých narodenín, sa mikrobiómy detí v oboch skupinách podobajú. Rozdiel pozorovaný v prvých dňoch života však podľa Wilmsa spôsobuje, že v tele bábätiek narodených cisárskym rezom nemusí prejsť primárna imunizácia, počas ktorej sa imunitné bunky naučia správne reagovať na vonkajšie vplyvy. To pravdepodobne vysvetľuje, prečo sa u týchto detí s väčšou pravdepodobnosťou vyvinú rôzne problémy súvisiace s fungovaním imunitného systému vrátane alergií, zápalov a obezity. Podľa Wilmsa sa možno v budúcnosti budú „cisárskym“podávať probiotiká, vytvorené na báze kmeňov materských baktérií, aby sa ich tráviaci systém osídlil prospešnými mikróbmi.

Detstvo

Potravinové alergie sa stali takou bežnou záležitosťou, že niektoré školy zaviedli obmedzenia na jedlo, ktoré si deti môžu zobrať z domu (napr. nesmú si priniesť arašidové tyčinky alebo sendviče s džemom), aby sa u niektorých spolužiakov nevyvinuli alergie.reakcia. V Spojených štátoch trpí potravinovými alergiami 5,6 milióna detí, to znamená, že v každej triede sú aspoň dve až tri takéto deti.

Uvádzajú sa rôzne dôvody, ktoré by mohli viesť k šíreniu alergií, vrátane nárastu počtu detí narodených cisárskym rezom a nadmerného užívania antibiotík, ktoré môžu zničiť baktérie, ktoré nás chránia. Katherine Nagler a jej kolegovia z Chicagskej univerzity sa rozhodli otestovať, či šírenie potravinových alergií medzi deťmi súvisí so zložením ich mikrobiómu. Minulý rok zverejnili výsledky štúdie, ktorej sa zúčastnilo osem šesťmesačných detí, z ktorých polovica bola alergická na kravské mlieko. Ukázalo sa, že mikrobiómy predstaviteľov týchto dvoch skupín sú značne odlišné: v črevách zdravých dojčiat boli baktérie typické pre správne sa vyvíjajúce deti v ich veku a baktérie, ktoré sú charakteristické skôr pre dospelých, sa našli u tých, ktorí trpia kravskou chorobou. alergie na mlieko.

U alergických detí, povedal Nagler, sa zvyčajne pomalý prechod z detského mikrobiómu na dospelého "vyskytoval v abnormálnej miere."

Nagler a jej kolegovia transplantovali (pomocou fekálnych transplantácií) črevné baktérie „svojich“detí myšiam, ktoré sa narodili cisárskym rezom a boli chované v sterilných podmienkach, teda úplne bez mikróbov. Ukázalo sa, že alergickú reakciu na kravské mlieko nevykazovali len myši transplantované od zdravých bábätiek. Iní, podobne ako ich darcovia, sa stali alergickými.

Ďalšie štúdie ukázali, že hlavnú úlohu pri ochrane prvej skupiny myší zrejme zohrali baktérie jedného druhu, ktoré sa vyskytujú iba u detí: Anaerostipes caccae zo skupiny Clostridia. Clostridia tiež zabraňuje alergiám na arašidy, zistili Nagler a jej kolegovia v jednej štúdii.

Nagler, prezident a spoluzakladateľ farmaceutického startupu ClostraBio so sídlom v Chicagu, dúfa, že otestuje terapeutický potenciál Anaerostipes caccae na laboratórnych myšiach a potom u alergických ľudí. Prvou úlohou bolo nájsť miesto v črevách, kde by sa dala vysadiť tlupa prospešných baktérií. Dokonca aj v nezdravom mikrobióme, hovorí Nagler, sú všetky výklenky už zaplnené; aby sa Clostridia udomácnila na novom mieste, musíte vyhnať predchádzajúcich obyvateľov. Preto spoločnosť ClostraBio vytvorila liek, ktorý odstraňuje určitú medzeru v mikrobióme. Nagler a jeho kolegovia ho „predpísali“myšiam a potom im vstrekli niekoľko druhov klostrídií a tiež vlákninu, ktorá podporuje rozmnožovanie mikróbov. Nagler dúfa, že v priebehu nasledujúcich dvoch rokov začne klinické skúšky Clostridia na ľuďoch a nakoniec vytvorí liek pre deti s potravinovými alergiami.

Črevné mikróby môžu byť spojené aj s inými ochoreniami u detí, vrátane cukrovky I. typu. V Austrálii vedci analyzovali vzorky stolice od 93 detí, ktorých príbuzní trpeli cukrovkou, a zistili, že u tých z nich, u ktorých sa ochorenie následne rozvinulo, sa v stolici zvýšila hladina enterovírusu A. Avšak jeden z experimentátorov, W. Ian Lipkin z Meilmanovskaja School of Public Health na Kolumbijskej univerzite varuje kolegov pred unáhlenými závermi, že príčiny niektorých chorôb sú spôsobené výlučne rozdielmi v mikrobióme. "Všetko, čo vieme s istotou," hovorí, "je, že určité mikróby sú nejakým spôsobom spojené s určitými chorobami."

Napriek tomu je Lipkin nadšený budúcnosťou vedy o mikrobiómoch. Podľa jeho prognózy vedci v priebehu nasledujúcich päťdesiatich rokov odhalia mechanizmus účinku mikrobiómu na organizmus a začnú klinické skúšky na ľuďoch, aby ukázali, ako možno zlepšiť zdravie „úpravou“mikrobiómu.

mládež

Mnoho dospievajúcich má predispozíciu na akné – a zdá sa, že existuje fenomén nazývaný „mazový mikrobióm“. Pokožka chlapov obzvlášť víta dva kmene baktérií Cutibacterium acnes spojené s akné. Väčšina kmeňov tejto baktérie je bezpečná alebo dokonca prospešná, pretože inhibuje rast patogénnych mikróbov; v skutočnosti je táto baktéria hlavnou zložkou normálneho mikrobiómu tváre a krku.

Zlý kmeň však môže narobiť veľa škody: jeho prítomnosť je podľa dermatologičky Amandy Nelsonovej z University of Pennsylvania College of Medicine jedným z predpokladov vzniku zápalu. Medzi ďalšie dôvody rozvoja ochorenia vedci nazývajú kožný maz (produkovaný mazovými žľazami na zvlhčenie pokožky), ktorý slúži ako živná pôda pre C. acnes, vlasové folikuly a sklon k zápalom. Všetko to spolu funguje a podľa Nelsona zatiaľ nevieme, čo je dôležitejšie.

Vedci z University of Washington School of Medicine skúmali mikrobióm mazových žliaz a zistili, že jediná dlhotrvajúca liečba akné, izotretinoín (známy pod rôznymi obchodnými názvami), funguje čiastočne tak, že mení mikrobióm pokožky, čím zvyšuje celkovú rozmanitosť mikróby, medzi ktorými sa škodlivé kmene ťažšie zakoreňujú.

Teraz, keď vedci zistili, že izotretinoín pôsobí tak, že mení zloženie mikrobiómu, môžu sa pokúsiť vytvoriť iné lieky s rovnakým účinkom, ale dúfajme, že bezpečnejšie - koniec koncov, izotretinoín môže viesť k vrodeným chybám u detí, ak matky užívali liek počas počas tehotenstva.

Vyspelosť

Čo ak dokážete pri cvičení urobiť viac tým, že si jednoducho požičiate črevné mikróby športovca? Túto otázku si položili vedci z Harvardskej univerzity. Počas dvoch týždňov odoberali denné vzorky stolice od 15 bežcov, ktorí sa zúčastnili Bostonského maratónu v roku 2015 – začínali týždeň pred pretekmi a skončili o týždeň neskôr – a porovnávali ich so vzorkami stolice odobratými od desiatich ľudí v kontrolnej skupine, tiež viac ako dvoch. týždňov.nebeží. Vedci zistili, že niekoľko dní po maratóne vzorky odobraté bežcom obsahovali podstatne viac baktérií Veillonella atypica ako tie z kontrolnej skupiny.

„Tento objav veľa vysvetľuje, pretože Veilonella má jedinečný metabolizmus: jej obľúbeným zdrojom energie je laktát, soľ kyseliny mliečnej,“hovorí Aleksandar Kostić z Joslin Diabetes Research Center a Harvard Medical School. "A my sme si mysleli: možno Veilonella rozkladá svalový laktát v tele športovca?" A ak je to naozaj tak, je možné predstavením jeho kmeňov ľuďom, ktorí sú ďaleko od profesionálneho športu, zvýšiť ich vytrvalosť?

Potom vedci riešili laboratórne myši: Veilonella, izolovaná z výkalov jedného z bežcov, bola injikovaná 16 myšiam s normálnym mikrobiómom testovaným na patogény. Subjekty potom umiestnili na bežiaci pás a prinútili bežať až do vyčerpania. To isté sa urobilo so 16 kontrolnými myšami; len im boli vpichnuté baktérie, ktoré nespotrebúvajú laktát. Ako sa ukázalo, myši „infikované“Veilonellou bežali oveľa dlhšie ako kontrolné zvieratá, čo znamená, že podľa vedcov môže mikrobióm zohrávať rozhodujúcu úlohu pri udržiavaní výkonu.

Podľa Kosticha je tento experiment „nádherným príkladom toho, čo nám symbióza dáva“. Veilonelle sa darí, keď človek, jeho nositeľ, v dôsledku fyzickej aktivity produkuje laktát, ktorým sa živí, a naopak prospieva človeku premenou laktátu na propionát, čo ovplyvňuje výkonnosť hostiteľa, pretože okrem iného, zvyšuje frekvenciu kontrakcií srdca a zlepšuje metabolizmus kyslíka, prípadne tiež zabraňuje rozvoju zápalu vo svaloch.

"Zdá sa, že tento druh vzťahu je základom väčšiny interakcií medzi ľuďmi a mikrobiómom," vysvetľuje Kostich. "V konečnom dôsledku je vzťah medzi nimi taký obojstranne výhodný."

Mikrobióm môže byť zodpovedný aj za menej príjemné črty ľudskej povahy, vrátane duševných stavov, ako je úzkosť a depresia. V roku 2016 vedci z National University of Ireland v Corku zverejnili výsledky štúdie o vplyve mikrobiómu na vznik depresie. Vedci rozdelili 28 laboratórnych potkanov do dvoch skupín. Experimentálna skupina dostala transplantáty črevnej mikroflóry od troch mužov trpiacich ťažkou depresiou a kontrolná skupina - od troch zdravých mužov.

Ukázalo sa, že črevný mikrobióm ľudí trpiacich depresiou sa ponoril do depresie a potkanov. V porovnaní s kontrolnými zvieratami vykazovali stratu záujmu o činnosti, ktoré prinášajú potešenie (u potkanov to závisí od toho, ako často chcú piť sladkú vodu) a zvýšenú úzkosť, vyjadrenú v ich túžbe vyhnúť sa otvoreným alebo neznámym oblastiam laboratória. labyrint.

Vzhľadom na veľký rozdiel medzi potkanmi a ľuďmi výskumníci poznamenávajú, že ich štúdia poskytuje nový dôkaz, že črevný mikrobióm môže hrať úlohu pri depresii. Skôr či neskôr vraj môže prísť deň, keď sa bude bojovať proti depresii a iným podobným poruchám, a to aj zameraním sa na určité baktérie v ľudskom tele.

Staroba

Mikrobióm je odolný a zároveň tekutý. Jeho jedinečnú štruktúru tvorí do značnej miery dovŕšenie veku štyroch rokov a reálne ho môžu ovplyvniť len veľmi významné faktory – napríklad zmena stravovania, intenzita pohybovej aktivity či čas strávený vonku, presťahovanie sa do nového bydliska, využívanie antibiotikami a niektorými ďalšími liekmi. V určitom zmysle je však mikrobióm v neustálom pohybe, ktorý sa jemne mení s každým jedlom. U dospelých sú tieto zmeny také predvídateľné, že váš vek možno zhruba určiť jednoduchým oboznámením sa so súborom baktérií žijúcich v črevách.

Táto technika, známa ako „určovanie veku mikrobiómovými hodinami starnutia“, si vyžaduje pomoc umelej inteligencie, ako napríklad v experimente, ktorý nedávno uskutočnil hongkonský startup Insilico Medicine. Vedci zhromaždili informácie o mikrobiómoch 1165 ľudí z Európy, Ázie a Severnej Ameriky. Tretina z nich mala 20-30 rokov, ďalšia tretina - 40-50 a posledná - 60-90 rokov.

Vedci tým, že označili vek ich nosičov, podrobili údaje o 90 percentách mikrobiómov „počítačovej interpretácii“a následne aplikovali vzory identifikované umelou inteligenciou na mikrobiómy zvyšných desiatich percent ľudí, ktorých vek nebol označený. Ich vek bolo možné určiť s chybou iba štyri roky.

Čo znamená „upraviť“svoj mikrobióm a žiť v pokoji? Bohužiaľ, aj najväčší nadšenci vedy o mikrobiómoch hovoria, že je ťažké vyvodiť presné závery o vzťahu medzi mikrobiómom a ľudským zdravím, a trvajú na tom, že prechodu na liečbu bakteriálnymi štepmi treba venovať veľkú pozornosť.

Mnohí teraz blúznia o potenciáli, že by sa mikrobiota mohla použiť ako liek, hovorí Paul Wilms z Luxemburskej univerzity a poznamenáva, že farmaceutické spoločnosti vyvíjajú nové probiotiká na vyváženie mikrobiómu.

„Predtým, ako to naozaj dokážeme urobiť správne a inteligentne,“hovorí Wilms, „musíme podrobne pochopiť, čo je zdravý mikrobióm a ako presne ovplyvňuje ľudské telo. Myslím si, že sme od toho ešte veľmi ďaleko."

Mikróby v nás

• hrubé črevo - 38 kvintiliónov
• plaketa - 1 kvintilión
• koža - 180 miliárd
• sliny - 100 miliárd
• tenké črevo - 40 miliárd
• žalúdok - 9 miliónov

Pozrite si mikrobióm

Všetky obrázky v tomto článku urobil Martin Eggerly pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu: vzorky sa vysušili, nastriekali sa na ne atómy zlata a umiestnili sa do vákuovej komory. Vlnová dĺžka elektrónového lúča mikroskopu je kratšia ako viditeľné svetlo, takže lúč „zvýrazní“najmenšie predmety, no mimo farebného spektra. Eggerly zafarbené mikróby, ktorých farba je známa, v týchto farbách, v iných prípadoch zvolil inú škálu, aby bolo možné rozlíšiť mikróby a ich charakteristické znaky.