Quintillion mikrob dalam seseorang menentukan intipati kita

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Lebih banyak saintis mengkaji mikrob yang hidup dalam tubuh manusia, lebih banyak mereka belajar tentang pengaruh kuat serbuk ini pada penampilan, tingkah laku, malah dalam cara berfikir dan perasaan.

Adakah virus, bakteria, kulat unisel dan organisma lain yang hidup di dalam paru-paru dan usus, kulit dan bola mata benar-benar bergantung kepada kesihatan dan kesejahteraan kita? Tidakkah terlalu pelik untuk mempercayai bahawa makhluk mikroskopik yang kita bawa dalam diri kita dan pada diri kita sendiri, dalam banyak cara menentukan intipati kita?

Pengaruh mikrobiom - ini adalah nama zoo mini ini - mungkin asas sudah pada peringkat awal pembangunan.

Salah satu kajian, yang hasilnya diterbitkan tahun lepas, menunjukkan bahawa kualiti yang kelihatan seperti semula jadi seperti perangai bayi boleh bergantung pada sama ada majoriti bakteria dalam ususnya tergolong dalam genus yang sama: lebih banyak bifidobakteria, kanak-kanak lebih ceria..

Kesimpulan yang dicapai oleh Anna-Katariina Aatsinki dan rakan-rakannya di Universiti Turku di Finland adalah berdasarkan analisis sampel najis daripada 301 bayi. Kanak-kanak yang mempunyai lebih banyak bifidobakteria pada dua bulan lebih cenderung untuk menunjukkan "emosi positif," seperti yang ditentukan oleh penyelidik, pada enam bulan.

Kajian mikrobiom bermula agak baru-baru ini - sebenarnya, hanya 15 tahun yang lalu. Ini bermakna kebanyakan penyelidikan yang dilakukan setakat ini adalah skop awal dan sederhana, hanya melibatkan berpuluh-puluh tikus atau manusia. Para saintis telah menemui hubungan yang pasti antara keadaan mikrobiom dan pelbagai penyakit, tetapi masih belum dapat mengenal pasti hubungan sebab-akibat yang jelas antara penduduk tertentu "dunia dalaman" yang padat penduduk dan kesihatannya.

Malah bilangan penduduk ini sangat mengagumkan: hari ini dipercayai bahawa kira-kira 38 quintillion (1012) mikrob hidup di dalam badan seorang lelaki muda biasa - ini lebih daripada sel manusia mereka sendiri. Jika kita belajar untuk memahami bagaimana untuk melupuskan ini - kekayaan kita sendiri, prospek yang menarik akan terbuka di hadapan kita.

Menurut optimis, dalam masa terdekat ia akan menjadi biasa untuk menyuntik seseorang dengan kompleks mikrob yang sihat dalam bentuk prebiotik (sebatian yang bertindak sebagai substrat di mana bakteria berfaedah boleh membiak), probiotik (bakteria ini sendiri) atau melalui najis. pemindahan (pemindahan mikrobiom usus yang kaya daripada penderma) - supaya dia boleh berasa sihat.

Apabila orang bercakap tentang mikrobiom, mereka terutamanya bermaksud penghuni saluran gastrousus, yang membentuk 90 peratus daripada mikroorganisma kita. Walau bagaimanapun, organ lain dipenuhi dengan kehidupan: mikrob memenuhi mana-mana bahagian badan yang bersentuhan dengan dunia luar: mata, telinga, hidung, mulut, dubur, sistem genitouriner. Selain itu, kuman terdapat pada mana-mana bahagian kulit, terutamanya di bahagian ketiak, perineum, antara jari kaki dan di pusat.

Dan inilah yang menakjubkan: setiap daripada kita mempunyai set mikrob unik yang tidak dimiliki oleh orang lain. Hari ini, menurut Rob Knight dari Pusat Inovasi Mikrobiom di Universiti California (San Diego), sudah boleh dikatakan bahawa kemungkinan dua orang dengan set spesies yang sama dalam mikrobiom menghampiri sifar. Keunikan mikrobiom boleh dieksploitasi dalam forensik, kata Knight. "Sesiapa yang menyentuh objek dikesan oleh 'cap jari' mikrobiom yang ditinggalkan pada kulit seseorang," jelasnya. Nah, suatu hari nanti, penyiasat, mencari bukti, akan mula mengumpul sampel mikrob yang hidup pada kulit, seperti yang mereka lakukan hari ini untuk cap jari.

Dalam artikel ini, kami akan berkongsi beberapa penemuan penting yang dibuat oleh saintis yang telah mengkaji mikrobiom dan bagaimana ia memberi kesan kepada kita dari bayi hingga usia tua.

Masa bayi

Janin dalam kandungan boleh dikatakan steril. Memerah melalui saluran kelahiran, dia bertemu dengan segudang bakteria. Semasa bersalin normal, bayi "dicuci" oleh mikrob yang hidup di dalam faraj; selain itu, bakteria usus ibu mendapatnya. Mikrob ini segera mula mendiami ususnya sendiri, memasuki sejenis komunikasi dengan sistem imun yang sedang berkembang. Oleh itu, sudah dalam peringkat terawal kewujudannya, mikrobiom menyediakan sistem imun untuk berfungsi dengan baik pada masa hadapan.

Sekiranya bayi dilahirkan melalui pembedahan caesarean, tidak ada sentuhan dengan bakteria ibu, dan mikroorganisma lain menjajah ususnya - dari kulit ibu dan dari susu ibu, dari tangan jururawat, walaupun dari linen hospital. Mikrobiom asing sedemikian boleh merumitkan seluruh kehidupan masa depan seseorang.

Pada 2018, Paul Wilms dari Pusat Perubatan Sistem di Universiti Luxembourg menerbitkan hasil kajian terhadap 13 bayi yang dilahirkan secara semula jadi dan 18 bayi yang dilahirkan melalui pembedahan. Wilms dan rakan sekerja menganalisis najis bayi yang baru lahir dan ibu mereka, serta sapuan faraj wanita yang bersalin. "Caesareans" mempunyai lebih sedikit bakteria yang menghasilkan lipopolisakarida dan dengan itu merangsang perkembangan sistem imun. Terdapat beberapa mikrob sedemikian yang tinggal sekurang-kurangnya lima hari selepas kelahiran - ini, menurut Wilms, sudah cukup untuk membawa kepada akibat jangka panjang untuk imuniti.

Selepas beberapa lama, biasanya menjelang hari lahir pertama, mikrobiom kanak-kanak dalam kedua-dua kumpulan memperoleh persamaan. Walau bagaimanapun, menurut Wilms, perbezaan yang diperhatikan pada hari-hari awal kehidupan bermakna bahawa dalam tubuh bayi yang dilahirkan melalui pembedahan caesarean, imunisasi primer mungkin tidak lulus, di mana sel-sel imun belajar untuk bertindak balas dengan betul kepada pengaruh luar. Ini mungkin menjelaskan mengapa kanak-kanak ini lebih cenderung untuk mengalami pelbagai masalah yang berkaitan dengan fungsi sistem imun, termasuk alahan, keradangan dan obesiti. Menurut Wilms, pada masa akan datang, mungkin, "Caesareans" akan diberi probiotik, dicipta berdasarkan strain bakteria ibu, untuk mengisi sistem pencernaan mereka dengan mikrob yang bermanfaat.

zaman kanak-kanak

Alahan makanan telah menjadi sangat biasa sehingga sesetengah sekolah telah mengenakan sekatan ke atas makanan yang boleh diambil oleh kanak-kanak dari rumah (contohnya, mereka tidak dibenarkan membawa bar kacang atau sandwic jem) supaya sesetengah rakan sekelas tidak mengalami alahan. reaksi. Di Amerika Syarikat, 5.6 juta kanak-kanak mengalami alahan makanan, iaitu, terdapat sekurang-kurangnya dua hingga tiga kanak-kanak sedemikian dalam setiap kelas.

Pelbagai sebab disebut yang boleh membawa kepada penyebaran alahan, termasuk peningkatan bilangan bayi yang dilahirkan melalui pembedahan caesarean, dan penggunaan berlebihan antibiotik yang boleh memusnahkan bakteria yang melindungi kita. Katherine Nagler dan rakan-rakannya di Universiti Chicago memutuskan untuk menguji sama ada penyebaran alahan makanan di kalangan kanak-kanak berkaitan dengan komposisi mikrobiom mereka. Tahun lalu, mereka menerbitkan hasil kajian yang melibatkan lapan kanak-kanak berusia enam bulan, separuh daripadanya alah kepada susu lembu. Ternyata mikrobiom wakil kedua-dua kumpulan itu agak berbeza: dalam usus bayi yang sihat terdapat bakteria khas untuk kanak-kanak yang berkembang dengan betul pada usia mereka, dan bakteria yang lebih ciri orang dewasa ditemui pada mereka yang menderita lembu. alahan susu.

Dalam kanak-kanak alahan, Nagler berkata, peralihan yang biasanya perlahan dari mikrobiom kanak-kanak kepada dewasa "berlaku pada kadar yang tidak normal."

Nagler dan rakan-rakannya memindahkan (menggunakan pemindahan najis) bakteria usus bayi "mereka" ke dalam tikus, dilahirkan melalui pembedahan cesarean dan dibesarkan dalam keadaan steril, iaitu, bebas daripada mikrob sepenuhnya. Ternyata hanya tikus yang dipindahkan daripada bayi yang sihat tidak menunjukkan reaksi alahan terhadap susu lembu. Orang lain, seperti penderma mereka, telah menjadi alergi.

Kajian lanjut menunjukkan bahawa peranan utama dalam perlindungan kumpulan pertama tikus, nampaknya, dimainkan oleh bakteria satu spesies, hanya terdapat pada kanak-kanak: Anaerostipes caccae dari kumpulan Clostridia. Clostridia juga menghalang alahan kacang, Nagler dan rakan-rakannya ditemui dalam satu kajian.

Nagler, presiden dan pengasas bersama ClostraBio permulaan farmaseutikal yang berpangkalan di Chicago, berharap untuk menguji potensi terapeutik Anaerostipes caccae dalam tikus makmal dan kemudian pada orang alah. Tugas pertama ialah mencari tempat di dalam usus di mana kumpulan bakteria bermanfaat boleh didaratkan. Walaupun dalam mikrobiom yang tidak sihat, Nagler berkata, semua niche sudah diisi; supaya Clostridia berakar di tempat baru, anda perlu mengusir penduduk terdahulu. Oleh itu, ClostraBio telah mencipta ubat yang membersihkan ceruk tertentu dalam mikrobiom. Nagler dan rakan-rakannya "menetapkan" kepada tikus, dan kemudian menyuntiknya dengan beberapa jenis Clostridia, serta serat makanan yang menggalakkan pembiakan mikrob. Nagler berharap untuk memulakan ujian klinikal manusia Clostridia dalam tempoh dua tahun akan datang, dan akhirnya mencipta ubat untuk kanak-kanak yang mempunyai alahan makanan.

Mikrob usus juga boleh dikaitkan dengan penyakit lain pada kanak-kanak, termasuk diabetes jenis I. Di Australia, saintis menganalisis sampel najis daripada 93 kanak-kanak yang saudara-mara mereka menghidap diabetes, dan mendapati bahawa mereka yang kemudiannya menghidap penyakit itu telah meningkatkan tahap enterovirus A dalam najis mereka. Bagaimanapun, salah seorang penguji, W. Ian Lipkin dari Meilmanovskaya Sekolah Kesihatan Awam di Universiti Columbia, memberi amaran kepada rakan sekerja supaya tidak membuat kesimpulan bahawa punca penyakit tertentu adalah disebabkan semata-mata oleh perbezaan dalam mikrobiom. "Apa yang kita tahu pasti," katanya, "adalah mikrob tertentu entah bagaimana dikaitkan dengan penyakit tertentu."

Namun, Lipkin bersemangat tentang masa depan sains mikrobiom. Menurut ramalannya, dalam tempoh lima puluh tahun akan datang, saintis akan mendedahkan mekanisme kesan mikrobiom pada badan dan memulakan ujian klinikal pada manusia untuk menunjukkan bagaimana kesihatan boleh dipertingkatkan dengan "mengedit" mikrobiom.

belia

Ramai remaja mempunyai kecenderungan untuk jerawat - dan nampaknya terdapat fenomena yang dipanggil "mikrobiom sebum." Kulit lelaki sangat mengalu-alukan dua jenis bakteria Cutibacterium acnes yang dikaitkan dengan jerawat. Kebanyakan strain bakteria ini selamat atau malah bermanfaat kerana ia menghalang pertumbuhan mikrob patogen; sebenarnya, bakteria ini adalah komponen utama mikrobiom muka dan leher yang normal.

Walau bagaimanapun, ketegangan yang buruk boleh mendatangkan banyak bahaya: kehadirannya, menurut Amanda Nelson, pakar dermatologi di Kolej Perubatan Universiti Pennsylvania, adalah salah satu prasyarat untuk perkembangan keradangan. Antara sebab lain untuk perkembangan penyakit ini, saintis memanggil sebum (dihasilkan oleh kelenjar sebum untuk melembapkan kulit), yang berfungsi sebagai tempat pembiakan untuk C. acnes, folikel rambut dan kecenderungan untuk keradangan. Semuanya berfungsi bersama, dan menurut Nelson, kita belum tahu yang mana lebih penting.

Penyelidik di Sekolah Perubatan Universiti Washington meneliti mikrobiom kelenjar sebum dan mendapati bahawa satu-satunya rawatan jerawat yang tahan lama, isotretinoin (dikenali dengan pelbagai nama dagang), berfungsi sebahagiannya dengan mengubah mikrobiom kulit, meningkatkan kepelbagaian keseluruhan mikrob, antaranya lebih sukar untuk strain berbahaya untuk berakar.

Sekarang saintis telah mengetahui bahawa isotretinoin berfungsi dengan mengubah komposisi mikrobiom, mereka mungkin cuba mencipta ubat lain dengan kesan yang sama, tetapi diharapkan yang lebih selamat - lagipun, isotretinoin boleh menyebabkan kecacatan kelahiran pada kanak-kanak jika ibu mengambil ubat semasa semasa mengandung.

Kematangan

Bagaimana jika anda boleh melakukan lebih banyak lagi dengan senaman anda dengan hanya meminjam mikrob usus seorang atlet? Soalan ini ditanya oleh saintis dari Universiti Harvard. Selama dua minggu, mereka mengumpul sampel najis harian daripada 15 pelari yang mengambil bahagian dalam Marathon Boston 2015 - bermula seminggu sebelum perlumbaan dan menamatkan perlumbaan seminggu kemudian - dan membandingkannya dengan sampel najis yang dikumpul daripada sepuluh orang dalam kumpulan kawalan juga lebih dua minggu.tidak berlari. Para penyelidik mendapati bahawa beberapa hari selepas maraton, sampel yang diambil dari pelari mengandungi lebih banyak bakteria Veillonella atypica daripada kumpulan kawalan.

"Penemuan ini menjelaskan banyak perkara, kerana Veilonella mempunyai metabolisme yang unik: sumber tenaga kegemarannya ialah laktat, garam asid laktik," kata Aleksandar Kostić dari Pusat Penyelidikan Diabetes Joslin dan Sekolah Perubatan Harvard. "Dan kami fikir: mungkin Veilonella menguraikan laktat otot dalam badan atlet?" Dan, jika ini benar-benar begitu, adakah mungkin, dengan memperkenalkan ketegangannya kepada orang yang jauh dari sukan profesional, untuk meningkatkan daya tahan mereka?

Kemudian para saintis menangani tikus makmal: Veilonella, diasingkan daripada najis salah seorang pelari, disuntik ke dalam 16 tikus dengan mikrobiom biasa yang diuji untuk patogen. Subjek kemudiannya diletakkan di atas treadmill dan dipaksa berlari sehingga keletihan. Perkara yang sama dilakukan dengan 16 tikus kawalan; hanya mereka disuntik dengan bakteria yang tidak mengambil laktat. Ternyata, tikus "dijangkiti" dengan Veilonella berlari lebih lama daripada haiwan kawalan, yang bermaksud, para penyelidik percaya, mikrobiom boleh memainkan peranan penting dalam mengekalkan prestasi.

Menurut Kostich, eksperimen ini adalah "contoh yang bagus tentang apa yang diberikan oleh simbiosis kepada kita." Veilonella berkembang subur apabila seseorang, pembawanya, sebagai hasil daripada aktiviti fizikal menghasilkan laktat, yang dia makan, dan, seterusnya, memberi manfaat kepada orang itu dengan menukar laktat kepada propionat, yang menjejaskan prestasi tuan rumah, kerana, antara lain., meningkatkan kekerapan penguncupan jantung dan meningkatkan metabolisme oksigen, dan juga, mungkin, menghalang perkembangan keradangan dalam otot.

"Hubungan semacam ini nampaknya mendasari kebanyakan interaksi antara manusia dan mikrobiom, " jelas Kostich. "Akhirnya, hubungan antara mereka sangat menguntungkan."

Mikrobiom juga mungkin bertanggungjawab terhadap ciri sifat manusia yang kurang menyenangkan, termasuk keadaan mental seperti kebimbangan dan kemurungan. Pada tahun 2016, saintis dari Universiti Kebangsaan Ireland di Cork menerbitkan hasil kajian tentang pengaruh mikrobiom terhadap perkembangan kemurungan. Para penyelidik membahagikan 28 tikus makmal kepada dua kumpulan. Kumpulan eksperimen menerima pemindahan mikroflora usus daripada tiga lelaki yang mengalami kemurungan yang teruk, dan kumpulan kawalan - daripada tiga lelaki yang sihat.

Ternyata mikrobiom usus orang yang mengalami kemurungan menjunam ke dalam kemurungan dan tikus. Berbanding dengan haiwan kawalan, mereka menunjukkan kehilangan minat dalam aktiviti yang membawa keseronokan (pada tikus ini ditentukan oleh kekerapan mereka mahu minum air manis), dan peningkatan kebimbangan, dinyatakan dalam keinginan mereka untuk mengelakkan kawasan terbuka atau tidak dikenali di makmal. labirin.

Memandangkan perbezaan besar antara tikus dan manusia, para penyelidik mencatat kajian mereka memberikan bukti baru bahawa mikrobiom usus mungkin memainkan peranan dalam kemurungan. Lambat laun, kata mereka, mungkin tiba masanya kemurungan dan gangguan lain yang serupa akan dilawan, termasuk dengan menyasarkan bakteria tertentu dalam tubuh manusia.

Berusia

Mikrobiom adalah kedua-dua berdaya tahan dan cecair pada masa yang sama. Struktur uniknya sebahagian besarnya terbentuk pada usia empat tahun, dan hanya faktor yang sangat penting yang benar-benar boleh mempengaruhinya - contohnya, perubahan dalam diet, intensiti aktiviti fizikal atau masa yang dihabiskan di luar rumah, berpindah ke tempat kediaman baru, penggunaan antibiotik dan beberapa ubat lain. Walau bagaimanapun, dalam erti kata tertentu, mikrobiom berada dalam fluks yang berterusan, berubah secara halus dengan setiap hidangan. Pada orang dewasa, perubahan ini sangat boleh diramalkan sehingga umur anda boleh ditentukan secara kasar dengan hanya membiasakan diri anda dengan set bakteria yang hidup di dalam usus.

Teknik ini, yang dikenali sebagai "menentukan umur dengan jam mikrobiom penuaan," memerlukan bantuan kecerdasan buatan, seperti dalam percubaan baru-baru ini dijalankan oleh syarikat permulaan Insilico Medicine yang berpangkalan di Hong Kong. Para saintis telah mengumpul maklumat mengenai mikrobiom 1165 orang dari Eropah, Asia dan Amerika Utara. Satu pertiga daripada mereka berumur 20-30 tahun, satu pertiga lagi - 40-50, dan yang terakhir - 60-90 tahun.

Para saintis, dengan menandakan umur pembawa mereka, menundukkan data pada 90 peratus mikrobiom kepada "tafsiran komputer", dan kemudian menggunakan corak yang dikenal pasti oleh kecerdasan buatan pada mikrobiom baki sepuluh peratus orang yang umurnya tidak ditandakan. Ia adalah mungkin untuk menetapkan umur mereka dengan kesilapan hanya empat tahun.

Apakah yang dimaksudkan dengan "mengedit" mikrobiom anda dan hidup dengan aman? Malangnya, walaupun peminat sains mikrobiom terbesar mengatakan bahawa sukar untuk membuat kesimpulan yang tepat tentang hubungan antara mikrobiom dan kesihatan manusia setakat ini, dan menegaskan bahawa penjagaan yang tinggi mesti diambil dalam peralihan kepada rawatan dengan cantuman bakteria.

Ramai yang kini bercakap tentang potensi mikrobiota untuk digunakan sebagai ubat, kata Paul Wilms dari Universiti Luxembourg, sambil menyatakan bahawa syarikat farmaseutikal sedang membangunkan probiotik baharu untuk mengimbangi mikrobiom.

"Sebelum kita benar-benar boleh melakukannya dengan betul dan bijak, " kata Wilms, "kita perlu memahami secara terperinci apakah mikrobiom yang sihat dan bagaimana ia memberi kesan kepada tubuh manusia. Saya rasa kita masih jauh dari itu."

Mikrob di dalam kita

• kolon - 38 quintillion
• plak - 1 quintillion
• kulit - 180 bilion
• air liur - 100 bilion
• usus kecil - 40 bilion
• perut - 9 juta

Lihat mikrobiom

Semua imej dalam artikel ini diambil oleh Martin Eggerly menggunakan mikroskop elektron pengimbasan: sampel telah dikeringkan, atom emas disembur padanya dan diletakkan di dalam ruang vakum. Panjang gelombang pancaran elektron mikroskop adalah lebih pendek daripada cahaya yang boleh dilihat, jadi pancaran "menyerlahkan" objek terkecil, tetapi di luar spektrum warna. Mikrob yang dicelup eggerly, warna yang diketahui, dalam warna ini, dalam kes lain dia memilih gamut yang berbeza supaya mikrob dan ciri ciri mereka dapat dibezakan.