Quintiljoen mikrobes in 'n persoon definieer ons wese

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Hoe meer wetenskaplikes die mikrobes bestudeer wat in die menslike liggaam woon, hoe meer leer hulle oor die kragtige invloed van hierdie krummels op ons voorkoms, gedrag, selfs op die manier van dink en voel.

Is virusse, bakterieë, eensellige swamme en ander organismes wat in die longe en ingewande, vel en oogballe woon werklik afhanklik van ons gesondheid en welstand? Is dit nie te vreemd om te glo dat die mikroskopiese wesens wat ons in onsself en op onsself dra, op baie maniere ons wese bepaal nie?

Die invloed van die mikrobioom - dit is die naam van hierdie mini-dieretuin - kan reeds in die vroeë stadiums van ontwikkeling fundamenteel wees.

Een van die studies, waarvan die resultate verlede jaar gepubliseer is, toon dat selfs 'n oënskynlik aangebore eienskap soos 'n baba se temperament daarvan kan afhang of die meerderheid bakterieë in sy ingewande aan dieselfde genus behoort: hoe meer bifidobakterieë, hoe vroliker kind.

Die gevolgtrekkings waartoe Anna-Katariina Aatsinki en haar kollegas by die Universiteit van Turku in Finland gekom het, is gebaseer op die ontleding van stoelgangmonsters van 301 babas. Die kinders wat meer bifidobakterieë op twee maande gehad het, was meer geneig om "positiewe emosies" te toon, soos die navorsers vasgestel het, op ses maande.

Die studie van die mikrobioom het betreklik onlangs begin - trouens net 15 jaar gelede. Dit beteken dat die meeste van die navorsing wat tot dusver gedoen is, voorlopig en beskeie in omvang was, wat slegs dosyne muise of mense betrek het. Wetenskaplikes het 'n definitiewe verband tussen die toestand van die mikrobioom en verskeie siektes gevind, maar kon nog nie duidelike oorsaak-en-gevolg-verwantskappe tussen spesifieke inwoners van 'n digbevolkte "binnewêreld" van 'n persoon en sy gesondheid identifiseer nie.

Selfs die aantal van hierdie inwoners is verstommend: vandag word geglo dat ongeveer 38 kwintiljoen (1012) mikrobes in die liggaam van 'n gewone jong man woon - dit is selfs meer as hul eie menslike selle. As ons leer om te verstaan hoe om van hierdie - ons eie - rykdom ontslae te raak, sal fassinerende vooruitsigte voor ons oopmaak.

Volgens optimiste sal dit in die nabye toekoms algemeen word om 'n persoon met gesonde komplekse mikrobes in te spuit in die vorm van prebiotika (verbindings wat as 'n substraat dien waarop voordelige bakterieë kan vermeerder), probiotika (hierdie bakterieë self) of deur fekale oorplanting (oorplanting van 'n ryk dermmikrobioom van skenkers) - sodat hy gesond kan voel.

Wanneer mense oor die mikrobioom praat, bedoel hulle hoofsaaklik die inwoners van die spysverteringskanaal, wat 90 persent van ons mikro-organismes uitmaak. Ander organe wemel egter van lewe: mikrobes vul enige deel van die liggaam wat in kontak is met die buitewêreld: oë, ore, neus, mond, anus, genitourinêre stelsel. Boonop is kieme teenwoordig op enige stuk vel, veral in die oksels, perineum, tussen die tone en in die naeltjie.

En hier is wat regtig wonderlik is: elkeen van ons het 'n unieke stel mikrobes wat niemand anders het nie. Vandag, volgens Rob Knight van die Centre for Microbiome Innovation aan die Universiteit van Kalifornië (San Diego), kan daar reeds geargumenteer word dat die waarskynlikheid van twee mense met dieselfde stel spesies in mikrobiome nul nader. Die uniekheid van die mikrobioom kan in forensiese ondersoeke uitgebuit word, het Knight gesê. "Wie ook al aan 'n voorwerp geraak het, word opgespoor deur die mikrobioom 'vingerafdruk' wat op die vel van 'n persoon gelaat word," verduidelik hy. Wel, eendag sal ondersoekers, op soek na bewyse, monsters van mikrobes wat op die vel leef, begin versamel, net soos hulle vandag doen vir vingerafdrukke.

In hierdie artikel sal ons 'n paar van die belangrike ontdekkings deel wat gemaak is deur wetenskaplikes wat die mikrobioom bestudeer het en hoe dit ons van kleintyd tot oudag affekteer.

Kinderskoene

Die fetus in die baarmoeder is feitlik steriel. Hy druk deur die geboortekanaal en ontmoet 'n magdom bakterieë. Tydens normale bevalling word die baba “gewas” deur die mikrobes wat in die vagina woon; daarby kom die dermbakterieë van die moeder daarop. Hierdie mikrobes begin dadelik sy eie ingewande bewoon, en tree in 'n soort kommunikasie met die ontwikkelende immuunstelsel. So reeds in die vroegste stadiums van sy bestaan berei die mikrobioom die immuunstelsel voor om in die toekoms behoorlik te funksioneer.

As die baba deur’n keisersnee gebore word, is daar geen kontak met die moeder se bakterieë nie, en ander mikroörganismes koloniseer sy ingewande – van die ma se vel en van borsmelk, uit die hande van’n verpleegster, selfs uit hospitaallinne. So 'n vreemde mikrobioom kan 'n persoon se hele toekomstige lewe bemoeilik.

In 2018 het Paul Wilms van die Sentrum vir Stelselgeneeskunde aan die Universiteit van Luxemburg die resultate gepubliseer van 'n studie van 13 natuurlik gebore babas en 18 chirurgies gebore babas. Wilms en kollegas het die stoelgang van pasgeborenes en hul moeders ontleed, asook vaginale deppers van vroue wat kraam. Die "keisersnee" het aansienlik minder bakterieë gehad wat lipopolisakkariede produseer en sodoende die ontwikkeling van die immuunstelsel stimuleer. Daar is min sulke mikrobes oor vir minstens vyf dae ná geboorte – dit is volgens Wilms genoeg om tot langtermyngevolge vir immuniteit te lei.

Na 'n geruime tyd, gewoonlik teen die eerste verjaardag, kry die mikrobiome van kinders in beide groepe ooreenkomste. Volgens Wilms beteken die verskil wat in die vroeë dae van die lewe waargeneem is egter dat in die liggaam van babas wat met 'n keisersnee gebore is, primêre immunisering dalk nie verbygaan nie, waartydens immuunselle leer om korrek op eksterne invloede te reageer. Dit verklaar waarskynlik waarom hierdie kinders meer geneig is om 'n verskeidenheid probleme te ontwikkel wat verband hou met die funksionering van die immuunstelsel, insluitend allergieë, inflammasie en vetsug. Volgens Wilms sal "keisersnee" miskien in die toekoms probiotika gegee word, geskep op grond van stamme van die moeder se bakterieë, om hul spysverteringstelsel met voordelige mikrobes te vul.

Kinderjare

Voedselallergieë het so algemeen geword dat sommige skole beperkings ingestel het op die kos wat kinders van die huis af kan neem (hulle mag byvoorbeeld nie grondboontjiestafies of konfyttoebroodjies saambring nie) sodat sommige klasmaats nie allergieë ontwikkel nie. In die Verenigde State ly 5,6 miljoen kinders aan voedselallergieë, dit wil sê, daar is ten minste twee tot drie sulke kinders in elke klas.

’n Verskeidenheid redes word aangehaal wat kan lei tot die verspreiding van allergieë, insluitend’n toename in die aantal babas wat deur’n keisersnee gebore word, en die oorbenutting van antibiotika wat die bakterieë wat ons beskerm kan vernietig. Katherine Nagler en haar kollegas aan die Universiteit van Chicago het besluit om te toets of die verspreiding van voedselallergieë onder kinders verband hou met die samestelling van hul mikrobioom. Verlede jaar het hulle die resultate gepubliseer van 'n studie waarby agt ses maande oue kinders betrokke was, waarvan die helfte allergies was vir koeimelk. Dit het geblyk dat die mikrobiome van die verteenwoordigers van die twee groepe heeltemal verskil: in die ingewande van gesonde babas was daar bakterieë wat tipies is vir behoorlik ontwikkelende kinders van hul ouderdom, en bakterieë wat meer kenmerkend is van volwassenes is gevind in diegene wat aan koei ly. melk allergieë.

By allergiese kinders, het Nagler gesê, het die gewoonlik stadige oorgang van kinderjare-mikrobioom na volwassene "teen 'n abnormale tempo plaasgevind."

Nagler en haar kollegas het (met fekale oorplantings) die dermbakterieë van "hul" babas oorgeplant in muise, gebore met 'n keisersnee en onder steriele toestande grootgemaak, dit wil sê heeltemal vry van mikrobes. Dit het geblyk dat slegs muise wat van gesonde babas oorgeplant is, nie 'n allergiese reaksie op koeimelk getoon het nie. Ander, soos hul skenkers, het allergies geword.

Verdere studies het getoon dat die hoofrol in die beskerming van die eerste groep muise blykbaar gespeel is deur bakterieë van een spesie, wat slegs by kinders gevind word: Anaerostipes caccae van die Clostridia-groep. Clostridia voorkom ook grondboontjie-allergieë, het Nagler en haar kollegas in een studie bevind.

Nagler, president en medestigter van die Chicago-gebaseerde farmaseutiese opstart ClostraBio, hoop om die terapeutiese potensiaal van Anaerostipes caccae in laboratoriummuise en dan in allergiese mense te toets. Die eerste taak was om 'n plek in die ingewande te vind waar 'n trop voordelige bakterieë geland kon word. Selfs in 'n ongesonde mikrobioom, sê Nagler, is alle nisse reeds gevul; sodat Clostridia op 'n nuwe plek kan wortel skiet, moet jy die vorige inwoners verdryf. Daarom het ClostraBio 'n geneesmiddel geskep wat 'n sekere nis in die mikrobioom skoonmaak. Nagler en sy kollegas “skryf dit voor” aan muise, en spuit hulle dan met verskeie soorte Clostridia, asook dieetvesel wat die voortplanting van mikrobes bevorder. Nagler hoop om binne die volgende twee jaar met menslike kliniese proewe van Clostridia te begin, en uiteindelik 'n middel vir kinders met voedselallergieë te skep.

Ingewande mikrobes kan ook geassosieer word met ander siektes by kinders, insluitend tipe I-diabetes. In Australië het wetenskaplikes ontlastingmonsters ontleed van 93 kinders wie se familielede aan diabetes gely het, en gevind dat dié van hulle wat daarna die siekte ontwikkel het, verhoogde vlakke van enterovirus A in hul stoelgang gehad het. Een van die eksperimenteerders, W. Ian Lipkin van Meilmanovskaya het egter Skool vir Openbare Gesondheid aan die Universiteit van Columbia, waarsku kollegas om nie tot gevolgtrekkings te kom dat die oorsake van sekere siektes uitsluitlik aan verskille in die mikrobioom te wyte is nie. "Al wat ons vir seker weet," sê hy, "is dat sekere mikrobes op een of ander manier aan sekere siektes gekoppel is."

Tog is Lipkin entoesiasties oor die toekoms van mikrobioomwetenskap. Volgens sy voorspelling sal wetenskaplikes oor die volgende vyftig jaar die meganisme van die mikrobioom se effek op die liggaam onthul en kliniese proewe by mense begin om te demonstreer hoe gesondheid verbeter kan word deur die mikrobioom te “redigeer”.

Jeug

Baie adolessente het 'n geneigdheid tot aknee - en daar blyk 'n verskynsel te wees wat die "talgmikrobioom" genoem word. Die ouens se vel is veral verwelkomend vir twee stamme van die Cutibacterium acnes-bakterieë wat met aknee geassosieer word. Die meeste stamme van hierdie bakterie is veilig of selfs voordelig omdat hulle die groei van patogene mikrobes inhibeer; trouens, hierdie bakterie is 'n belangrike komponent van die normale gesig- en nekmikrobioom.

'n Slegte spanning kan egter baie skade aanrig: die teenwoordigheid daarvan is volgens Amanda Nelson, 'n dermatoloog aan die Universiteit van Pennsylvania College of Medicine, een van die voorvereistes vir die ontwikkeling van inflammasie. Onder ander redes vir die ontwikkeling van die siekte, noem wetenskaplikes sebum (wat deur die talgkliere geproduseer word om die vel te bevogtig), wat dien as 'n teelaarde vir C. acnes, haarfollikels en 'n neiging tot inflammasie. Dit werk alles saam, en volgens Nelson weet ons nog nie wat die belangrikste is nie.

Navorsers aan die Universiteit van Washington Skool vir Geneeskunde het die mikrobioom van die talgkliere ondersoek en gevind dat die enigste langdurige akneebehandeling, isotretinoïen (bekend onder verskeie handelsname), deels werk deur die velmikrobioom te verander, wat die algehele diversiteit van mikrobes, waaronder dit moeiliker is vir skadelike stamme om wortel te skiet.

Noudat wetenskaplikes geleer het dat isotretinoïen werk deur die samestelling van die mikrobioom te verander, kan hulle probeer om ander middels met dieselfde effek te skep, maar hopelik veiliger – isotretinoïen kan immers tot geboortedefekte by kinders lei as moeders die middel tydens tydens swangerskap.

Volwassenheid

Wat as jy meer met jou oefensessies kan doen deur bloot 'n atleet se dermmikrobes te leen? Hierdie vraag is deur wetenskaplikes van Harvard Universiteit gevra. Hulle het twee weke lank daaglikse stoelgangmonsters van 15 hardlopers wat aan die 2015 Boston-marathon deelgeneem het – wat 'n week voor die wedloop begin het en 'n week later geëindig – ingesamel en dit vergelyk met stoelgangmonsters wat versamel is van tien mense in die kontrolegroep ook oor twee weke loop nie. Die navorsers het bevind dat 'n paar dae ná die marathon die monsters wat van die hardlopers geneem is, aansienlik meer Veillonella atypica-bakterieë bevat het as dié van die kontrolegroep.

"Hierdie ontdekking verduidelik baie, want Veilonella het 'n unieke metabolisme: haar gunsteling energiebron is laktaat, die sout van melksuur," sê Aleksandar Kostić van die Joslin Diabetes Navorsingsentrum en Harvard Mediese Skool. "En ons het gedink: miskien ontbind Veilonella spierlaktaat in die atleet se liggaam?" En, as dit regtig so is, is dit moontlik om hul uithouvermoë te verhoog deur die spanning daarvan aan mense ver van professionele sport bekend te stel?

Toe het die wetenskaplikes laboratoriummuise aangepak: Veilonella, geïsoleer uit die ontlasting van een van die hardlopers, is in 16 muise ingespuit met 'n normale mikrobioom wat vir patogene getoets is. Vakke is toe op 'n trapmeul geplaas en gedwing om te hardloop totdat hulle uitgeput is. Dieselfde is gedoen met 16 kontrolemuise; net hulle is ingespuit met bakterieë wat nie laktaat verbruik nie. Soos dit geblyk het, het muise wat met Veilonella “besmet” is, baie langer as kontrolediere gehardloop, wat beteken, glo die navorsers, die mikrobioom kan’n kritieke rol speel in die handhawing van prestasie.

Volgens Kostich is hierdie eksperiment "'n wonderlike voorbeeld van wat simbiose vir ons gee." Veilonella floreer wanneer 'n persoon, sy draer, as gevolg van fisieke aktiwiteit laktaat produseer, waarop sy voed, en op sy beurt bevoordeel die persoon deur laktaat in propionaat om te skakel, wat die prestasie van die gasheer beïnvloed, omdat o.a., verhoog die frekwensie sametrekkings van die hart en verbeter suurstofmetabolisme, en voorkom ook, moontlik, die ontwikkeling van inflammasie in die spiere.

"Hierdie soort verhouding blyk die meeste van die interaksies tussen mense en die mikrobioom te onderlê," verduidelik Kostich. "Uiteindelik is die verhouding tussen hulle so wedersyds voordelig."

Die mikrobioom kan ook verantwoordelik wees vir die minder aangename kenmerke van die menslike natuur, insluitend geestelike toestande soos angs en depressie. In 2016 het wetenskaplikes van die Nasionale Universiteit van Ierland in Cork die resultate van 'n studie van die mikrobioom se invloed op die ontwikkeling van depressie gepubliseer. Die navorsers het 28 laboratoriumrotte in twee groepe verdeel. Die eksperimentele groep het oorplantings van dermmikroflora ontvang van drie mans wat aan ernstige depressie ly, en die kontrolegroep - van drie gesonde mans.

Dit het geblyk dat die dermmikrobioom van mense wat aan depressie ly, in depressie en rotte gedompel het. In vergelyking met beheerdiere het hulle 'n verlies aan belangstelling in aktiwiteite wat plesier bring (by rotte word dit bepaal deur hoe gereeld hulle soet water wil drink), en verhoogde angs, uitgedruk in hul begeerte om oop of onbekende areas van die laboratorium te vermy labirint.

Gegewe die groot verskil tussen rotte en mense, merk die navorsers op dat hul studie nuwe bewyse verskaf dat die dermmikrobioom 'n rol in depressie kan speel. Vroeër of later, sê hulle, kan die dag aanbreek wanneer depressie en ander soortgelyke afwykings beveg sal word, insluitend deur sekere bakterieë in die menslike liggaam te teiken.

Ouderdom

Die mikrobioom is beide veerkragtig en vloeibaar op dieselfde tyd. Die unieke struktuur daarvan word grootliks gevorm deur die ouderdom van vier, en slegs baie belangrike faktore kan dit werklik beïnvloed - byvoorbeeld 'n verandering in dieet, die intensiteit van fisieke aktiwiteit of tyd wat in die buitelug spandeer word, verhuising na 'n nuwe woonplek, die gebruik van antibiotika en sommige ander medisyne. In 'n sekere sin is die mikrobioom egter in konstante vloed en verander subtiel met elke maaltyd. By volwassenes is hierdie veranderinge so voorspelbaar dat jou ouderdom rofweg bepaal kan word deur net vertroud te raak met die stel bakterieë wat in die ingewande leef.

Hierdie tegniek, bekend as "bepaling van ouderdom deur die mikrobioomklok van veroudering," vereis die hulp van kunsmatige intelligensie, soos in 'n eksperiment wat onlangs deur die Hong Kong-gebaseerde beginonderneming Insilico Medicine uitgevoer is. Wetenskaplikes het inligting oor die mikrobiome van 1165 mense van Europa, Asië en Noord-Amerika ingesamel. 'n Derde van hulle was 20-30 jaar oud, nog 'n derde - 40-50, en die laaste - 60-90 jaar oud.

Wetenskaplikes het, deur die ouderdom van hul draers te merk, die data oor 90 persent van mikrobiome aan "rekenaarinterpretasie" onderwerp en dan die patrone wat deur kunsmatige intelligensie geïdentifiseer is, toegepas op die mikrobiome van die oorblywende tien persent van mense wie se ouderdom nie gemerk is nie. Dit was moontlik om hul ouderdom met 'n fout van slegs vier jaar vas te stel.

Wat beteken dit om jou mikrobioom te "redigeer" en in vrede te leef? Helaas, selfs die grootste mikrobioomwetenskap-entoesiaste sê dat dit moeilik is om akkurate gevolgtrekkings te maak oor die verhouding tussen die mikrobioom en menslike gesondheid tot dusver, en dring daarop aan dat groot sorg geneem moet word in die oorgang na behandeling met bakteriese oorplantings.

Baie is nou gaande oor die potensiaal vir mikrobiota om as 'n medisyne gebruik te word, sê Paul Wilms van die Universiteit van Luxemburg, en let op dat farmaseutiese maatskappye nuwe probiotika ontwikkel om die mikrobioom te balanseer.

"Voordat ons dit regtig reg en intelligent kan doen," sê Wilms, "moet ons in detail verstaan wat 'n gesonde mikrobioom is en presies hoe dit die menslike liggaam affekteer. Ek dink ons is nog baie ver daarvan af.”

Mikrobes binne-in ons

• kolon - 38 kwintiljoen
• gedenkplaat - 1 kwintiljoen
• vel - 180 miljard
• speeksel - 100 miljard
• dunderm - 40 miljard
• maag - 9 miljoen

Sien die mikrobioom

Al die beelde in hierdie artikel is deur Martin Eggerly geneem met behulp van 'n skandeerelektronmikroskoop: die monsters is gedroog, goue atome is daarop gespuit en in 'n vakuumkamer geplaas. Die golflengte van die elektronstraal van die mikroskoop is korter as die sigbare lig, so die straal "lig" die kleinste voorwerpe, maar buite die kleurspektrum. Eggerly gekleurde mikrobes, waarvan die kleur bekend is, in hierdie kleure, in ander gevalle het hy 'n ander spektrum gekies sodat mikrobes en hul kenmerkende kenmerke onderskei kon word.