Kvintiljoona mikrobeja ihmisessä määrittelee olemuksemme

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Mitä enemmän tiedemiehet tutkivat ihmiskehossa eläviä mikrobeja, sitä enemmän he oppivat näiden murujen voimakkaasta vaikutuksesta ulkonäköömme, käyttäytymiseemme, jopa ajattelutapaamme ja tunteisiimme.

Riippuvatko virukset, bakteerit, yksisoluiset sienet ja muut keuhkoissa ja suolistossa, ihossa ja silmämunissa elävät organismit todella terveydestämme ja hyvinvoinnistamme? Eikö ole liian outoa uskoa, että mikroskooppiset olennot, joita kannamme itsessämme ja päällämme, määräävät monin tavoin olemuksemme?

Mikrobiomin vaikutus - tämä on tämän minieläintarhan nimi - voi olla perustavanlaatuista jo kehityksen alkuvaiheessa.

Yksi tutkimuksista, jonka tulokset julkaistiin viime vuonna, osoittaa, että jopa näennäisesti synnynnäinen ominaisuus, kuten lapsen luonne, voi riippua siitä, kuuluuko suurin osa sen suolistossa olevista bakteereista samaan sukuun: mitä enemmän bifidobakteereja, sitä iloisempi lapsi.

Anna-Katariina Aatsinkin ja hänen kollegoidensa Turun yliopistossa tekemät johtopäätökset perustuvat 301 vauvan ulostenäytteiden analyysiin. Ne lapset, joilla oli enemmän bifidobakteereja kahden kuukauden iässä, osoittivat todennäköisemmin "positiivisia tunteita", kuten tutkijat totesivat, kuuden kuukauden iässä.

Mikrobiomin tutkimus alkoi suhteellisen äskettäin - itse asiassa vain 15 vuotta sitten. Tämä tarkoittaa, että suurin osa tähän mennessä tehdystä tutkimuksesta on ollut alustavaa ja vaatimatonta, ja siihen on osallistunut vain kymmeniä hiiriä tai ihmisiä. Tutkijat ovat löytäneet selvän yhteyden mikrobiomin tilan ja eri sairauksien välillä, mutta eivät ole vielä kyenneet tunnistamaan selkeitä syy-seuraussuhteita ihmisen tiheästi asutun "sisäisen maailman" tiettyjen asukkaiden ja hänen terveytensä välillä.

Jopa näiden asukkaiden määrä on hämmästyttävä: nykyään uskotaan, että noin 38 kvintiljoonaa (1012) mikrobia elää tavallisen nuoren miehen kehossa - tämä on jopa enemmän kuin heidän omat ihmissolunsa. Jos opimme ymmärtämään, kuinka tästä - omasta - rikkaudestamme luovutaan, edessämme avautuu kiehtovia näkymiä.

Optimistien mukaan lähitulevaisuudessa tulee yleistä, että ihmiseen ruiskutetaan terveitä mikrobikomplekseja prebioottien (yhdisteitä, jotka toimivat substraattina, jolle hyödylliset bakteerit voivat lisääntyä), probioottien (nämä bakteerit itse) tai ulosteen muodossa. elinsiirto (rikkaan suoliston mikrobiomin siirto luovuttajilta) - jotta hän voi tuntea olonsa terveeksi.

Kun ihmiset puhuvat mikrobiomista, he tarkoittavat ensisijaisesti maha-suolikanavan asukkaita, jotka muodostavat 90 prosenttia mikro-organismeistamme. Muut elimet kuitenkin kuhisevat elämää: mikrobit täyttävät kaikki kehon osat, jotka ovat kosketuksissa ulkomaailmaan: silmät, korvat, nenä, suu, peräaukko, virtsaelimet. Lisäksi bakteereita on missä tahansa ihossa, erityisesti kainaloissa, välilihassa, varpaiden välissä ja navassa.

Ja tässä on todella hämmästyttävää: jokaisella meistä on ainutlaatuinen joukko mikrobeja, joita ei ole kenelläkään muulla. Nykyään Kalifornian yliopiston (San Diego) mikrobiomiinnovaatiokeskuksen Rob Knightin mukaan voidaan jo väittää, että todennäköisyys, että kaksi ihmistä, joilla on sama lajisto mikrobiomeissa, on lähellä nollaa. Mikrobiomin ainutlaatuisuutta voitaisiin hyödyntää oikeuslääketieteessä, Knight sanoi. "Se, joka kosketti esinettä, seuraa mikrobiomin "sormenjälkeä", joka jää ihmisen iholle", hän selittää. No, jonakin päivänä tutkijat etsivät todisteita ja alkavat kerätä näytteitä iholla elävistä mikrobeista, aivan kuten nykyään sormenjälkiä.

Tässä artikkelissa jaamme joitakin merkittäviä löytöjä, joita mikrobiomia tutkineet tutkijat ovat tehneet ja kuinka se vaikuttaa meihin lapsesta vanhuuteen.

Lapsenkengät

Kohdun sikiö on käytännössä steriili. Puristaessaan synnytyskanavan läpi hän tapaa lukemattomia bakteereja. Normaalin synnytyksen aikana vauva "pestään" emättimessä elävien mikrobien toimesta; lisäksi äidin suolistobakteerit pääsevät siihen. Nämä mikrobit alkavat välittömästi asua omassa suolissaan ja muodostavat eräänlaisen yhteyden kehittyvän immuunijärjestelmän kanssa. Joten jo olemassaolonsa varhaisessa vaiheessa mikrobiomi valmistaa immuunijärjestelmää toimimaan kunnolla tulevaisuudessa.

Jos vauva syntyy keisarinleikkauksella, äidin bakteerien kanssa ei ole kosketusta, ja muut mikro-organismit kolonisoivat hänen suolistaan - äidin ihosta ja rintamaidosta, sairaanhoitajan käsistä, jopa sairaalan liinavaatteista. Tällainen vieras mikrobiomi voi vaikeuttaa ihmisen koko tulevaa elämää.

Vuonna 2018 Paul Wilms Luxemburgin yliopiston Systems Medicine -keskuksesta julkaisi tulokset 13 luonnollisesti syntyneestä ja 18 kirurgisesti syntyneestä vauvasta. Wilms ja kollegat analysoivat vastasyntyneiden ja heidän äitiensä ulosteita sekä synnyttävien naisten emättimestä otettuja vanupuikkoja. "Keisarileikkauksilla" oli huomattavasti vähemmän bakteereja, jotka tuottavat lipopolysakkarideja ja stimuloivat siten immuunijärjestelmän kehitystä. Tällaisia mikrobeja on jäljellä vähän vähintään viideksi päiväksi syntymän jälkeen - tämä riittää Wilmsin mukaan aiheuttamaan pitkäaikaisia vaikutuksia immuniteetille.

Jonkin ajan kuluttua, yleensä ensimmäisen syntymäpäivän jälkeen, molempien ryhmien lasten mikrobiomit saavat samankaltaisuudet. Elämän alkuaikoina havaittu ero merkitsee Wilmsin mukaan kuitenkin sitä, että keisarileikkauksella syntyneiden vauvojen kehossa ei välttämättä läpäise perusrokotus, jonka aikana immuunisolut oppivat reagoimaan oikein ulkoisiin vaikutuksiin. Tämä todennäköisesti selittää, miksi näille lapsille kehittyy todennäköisemmin erilaisia immuunijärjestelmän toimintaan liittyviä ongelmia, mukaan lukien allergiat, tulehdukset ja liikalihavuus. Wilmsin mukaan tulevaisuudessa kenties "keisarileikkauksille" annetaan äidin bakteerikantojen pohjalta luotuja probiootteja, jotta heidän ruoansulatusjärjestelmänsä asustetaan hyödyllisillä mikrobeilla.

Lapsuus

Ruoka-aineallergiat ovat yleistyneet niin yleisiksi, että joissakin kouluissa on asetettu rajoituksia lasten kotoa tuomalle ruoalle (esimerkiksi ei saa tuoda maapähkinäpatukkaa tai hillovoileipiä), jotta joillekin luokkakavereille ei kehittyisi allergiareaktiota. Yhdysvalloissa 5,6 miljoonaa lasta kärsii ruoka-aineallergioista, eli jokaisessa luokassa on vähintään kahdesta kolmeen tällaista lasta.

Useita syitä, jotka voivat johtaa allergioiden leviämiseen, mainitaan, mukaan lukien keisarileikkauksella syntyneiden vauvojen lisääntyminen ja antibioottien liikakäyttö, jotka voivat tuhota meitä suojaavia bakteereja. Katherine Nagler ja hänen kollegansa Chicagon yliopistosta päättivät testata, liittyykö lasten ruoka-aineallergioiden leviäminen heidän mikrobiomiinsa. Viime vuonna he julkaisivat tulokset tutkimuksesta, johon osallistui kahdeksan kuuden kuukauden ikäistä lasta, joista puolet oli allergisia lehmänmaidolle. Kävi ilmi, että näiden kahden ryhmän edustajien mikrobiomit ovat varsin erilaisia: terveiden vauvojen suolistossa oli ikäisilleen oikein kehittyville lapsille tyypillisiä bakteereita ja lehmän taudista kärsivillä aikuisille tyypillisempiä bakteereja. maitoallergiat.

Nagler sanoi, että allergisilla lapsilla tavallisesti hidas siirtyminen lapsuuden mikrobiomista aikuiseen "tapahtui epänormaalilla nopeudella".

Nagler ja hänen kollegansa siirsivät (ulosteensiirtoja käyttämällä) "heidän" vauvojensa suolistobakteerit hiirille, jotka syntyivät keisarileikkauksella ja kasvatettiin steriileissä olosuhteissa eli täysin mikrobittomissa olosuhteissa. Kävi ilmi, että vain terveistä vauvoista siirretyt hiiret eivät osoittaneet allergista reaktiota lehmänmaidolle. Toiset, kuten heidän luovuttajansa, ovat tulleet allergisiksi.

Lisätutkimukset osoittivat, että päärooli ensimmäisen hiiriryhmän suojelemisessa oli ilmeisesti yhden lajin bakteereilla, joita löydettiin vain lapsista: Anaerostipes caccae Clostridia-ryhmästä. Nagler ja hänen kollegansa havaitsivat yhdessä tutkimuksessa, että Clostridia ehkäisee myös maapähkinäallergioita.

Nagler, Chicagossa toimivan lääkealan startup-yrityksen ClostraBion puheenjohtaja ja perustaja, toivoo voivansa testata Anaerostipes caccaen terapeuttista potentiaalia laboratoriohiirillä ja sitten allergisilla ihmisillä. Ensimmäinen tehtävä oli löytää suolistosta paikka, johon joukko hyödyllisiä bakteereja voisi laskeutua. Jopa epäterveellisessä mikrobiomissa, Nagler sanoo, kaikki markkinaraot ovat jo täynnä; jotta Clostridia juurtuisi uuteen paikkaan, sinun on karkotettava aiemmat asukkaat. Siksi ClostraBio on luonut lääkkeen, joka puhdistaa tietyn markkinaraon mikrobiomissa. Nagler ja hänen kollegansa "määräävät" sitä hiirille ja ruiskuttavat niille useita erilaisia Clostridia-lajeja sekä ravintokuitua, joka edistää mikrobien lisääntymistä. Nagler toivoo voivansa aloittaa kliiniset Clostridia-tutkimukset ihmisillä seuraavan kahden vuoden sisällä ja lopulta luoda lääkkeen lapsille, joilla on ruoka-aineallergioita.

Suolistomikrobit voivat liittyä myös muihin lasten sairauksiin, kuten tyypin I diabetekseen. Australiassa tutkijat analysoivat ulostenäytteitä 93 lapselta, joiden sukulaiset kärsivät diabeteksesta, ja havaitsivat, että heistä, jotka saivat myöhemmin taudin, ulosteessa oli kohonnut enterovirus A. Kuitenkin yksi kokeen tekijöistä, W. Ian Lipkin Meilmanovskajasta Columbian yliopiston kansanterveyslaitos varoittaa kollegoita tekemästä hätiköityjä johtopäätöksiä, joiden mukaan tiettyjen sairauksien syyt johtuvat yksinomaan mikrobiomin eroista. "Tiedämme varmasti vain sen, että tietyt mikrobit ovat jotenkin yhteydessä tiettyihin sairauksiin."

Lipkin on kuitenkin innostunut mikrobiomitieteen tulevaisuudesta. Hänen ennusteensa mukaan seuraavien viidenkymmenen vuoden aikana tutkijat paljastavat mikrobiomin vaikutusmekanismin elimistöön ja aloittavat kliiniset kokeet ihmisillä osoittaakseen, kuinka terveyttä voidaan parantaa "muokkamalla" mikrobiomia.

Nuoriso

Monilla nuorilla on taipumus akneen - ja näyttää olevan ilmiö, jota kutsutaan "talimikrobiomiksi". Poikien iho on erityisen tervetullut kahdelle akneen liittyvälle Cutibacterium acnes -bakteerikannalle. Useimmat tämän bakteerin kannat ovat turvallisia tai jopa hyödyllisiä, koska ne estävät patogeenisten mikrobien kasvua; itse asiassa tämä bakteeri on tärkeä osa normaalia kasvojen ja kaulan mikrobiomia.

Huono kanta voi kuitenkin tehdä paljon haittaa: sen esiintyminen on Pennsylvanian yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun ihotautilääkäri Amanda Nelsonin mukaan yksi tulehduksen kehittymisen edellytyksistä. Muiden taudin kehittymisen syiden ohella tiedemiehet kutsuvat talia (jota talirauhaset tuottavat kosteuttamaan ihoa), joka toimii kasvualustana C. acnesille, karvatupille ja taipumukselle tulehduksille. Kaikki toimii yhdessä, ja Nelsonin mukaan emme vielä tiedä kumpi on tärkeämpää.

Washingtonin yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun tutkijat tutkivat talirauhasten mikrobiomia ja havaitsivat, että ainoa pitkäkestoinen aknen hoitomuoto, isotretinoiini (tunnetaan useilla kauppanimillä), vaikuttaa osittain muuttamalla ihon mikrobiomia ja lisäämällä ihon yleistä monimuotoisuutta. mikrobit, joiden joukossa haitallisten kantojen juurtuminen on vaikeampaa.

Nyt kun tiedemiehet ovat oppineet, että isotretinoiini toimii muuttamalla mikrobiomin koostumusta, he voivat yrittää luoda muita samanvaikutteisia lääkkeitä, mutta toivottavasti turvallisempia - loppujen lopuksi isotretinoiini voi aiheuttaa lapsen synnynnäisiä epämuodostumia, jos äidit ottavat lääkettä raskauden aikana.

Kypsyys

Entä jos voit tehdä harjoituksissasi enemmän yksinkertaisesti lainaamalla urheilijan suolistomikrobeja? Tämän kysymyksen esittivät Harvardin yliopiston tutkijat. He keräsivät kahden viikon ajan päivittäisiä ulostenäytteitä 15:ltä vuoden 2015 Boston Marathoniin osallistuneelta juoksijalta - alkaen viikkoa ennen kilpailua ja maaliin viikkoa myöhemmin - ja vertasivat niitä ulostenäytteisiin, jotka kerättiin kymmeneltä kontrolliryhmän ihmiseltä myös kahden yli. viikkoa, ei juokse. Tutkijat havaitsivat, että muutama päivä maratonin jälkeen juoksijoilta otetut näytteet sisälsivät merkittävästi enemmän Veillonella atypica -bakteereja kuin kontrolliryhmän näytteissä.

"Tämä löytö selittää paljon, koska Veilonellalla on ainutlaatuinen aineenvaihdunta: hänen suosikkienergiansa on laktaatti, maitohapon suola", sanoo Aleksandar Kostić Joslin Diabetes Research Centeristä ja Harvard Medical Schoolista. "Ja ajattelimme: ehkä Veilonella hajottaa lihaslaktaattia urheilijan kehossa?" Ja jos tämä todella on niin, onko mahdollista lisätä heidän kestävyyttään esittelemällä sen kantoja ammattiurheilusta kaukana oleville ihmisille?

Sitten tutkijat tarttuivat laboratoriohiiriin: Veilonellaa, joka oli eristetty yhden juoksijan ulosteista, injektoitiin 16 hiireen normaalilla mikrobiomilla, joka oli testattu patogeenien varalta. Koehenkilöt asetettiin sitten juoksumatolle ja pakotettiin juoksemaan uupumiseen asti. Sama tehtiin 16 kontrollihiirellä; vain niihin pistettiin bakteereja, jotka eivät kuluta laktaattia. Kuten kävi ilmi, Veilonellalla "tartunnan saaneet" hiiret juoksivat paljon pidempään kuin kontrollieläimet, mikä tarkoittaa, että tutkijat uskovat, että mikrobiomilla voi olla kriittinen rooli suorituskyvyn ylläpitämisessä.

Kostichin mukaan tämä kokeilu on "upea esimerkki siitä, mitä symbioosi antaa meille". Veilonella viihtyy, kun ihminen, sen kantaja, tuottaa fyysisen toiminnan seurauksena laktaattia, jota hän ruokkii, ja puolestaan hyödyttää ihmistä muuntamalla laktaatin propionaatiksi, mikä vaikuttaa isännän suorituskykyyn, koska mm., lisää sydämen supistusten tiheyttä ja parantaa happiaineenvaihduntaa sekä mahdollisesti myös ehkäisee tulehduksen kehittymistä lihaksissa.

"Tällainen suhde näyttää olevan useimpien ihmisten ja mikrobiomin välisten vuorovaikutusten taustalla", Kostich selittää. "Loppujen lopuksi heidän välinen suhde on molempia osapuolia hyödyttävä."

Mikrobiomi voi myös olla vastuussa ihmisluonnon vähemmän miellyttävistä piirteistä, mukaan lukien henkiset tilat, kuten ahdistus ja masennus. Corkin Irlannin kansallisen yliopiston tutkijat julkaisivat vuonna 2016 tulokset tutkimuksesta, joka koski mikrobiomin vaikutusta masennuksen kehittymiseen. Tutkijat jakoivat 28 laboratoriorottaa kahteen ryhmään. Koeryhmä sai suoliston mikroflooran siirrot kolmelta vakavasta masennuksesta kärsivältä mieheltä ja kontrolliryhmä kolmelta terveeltä mieheltä.

Kävi ilmi, että masennuksesta kärsivien ihmisten suoliston mikrobiomi syöksyi masennukseen ja rottiin. Verrokkieläimiin verrattuna ne osoittivat menettäneen kiinnostuksensa iloa tuottavia aktiviteetteja kohtaan (rotilla tämä määräytyy sen mukaan, kuinka usein he haluavat juoda makeaa vettä) ja lisääntynyttä ahdistusta ilmaistuna haluna välttää avoimia tai tuntemattomia laboratorion alueita. labyrintti.

Kun otetaan huomioon suuri ero rottien ja ihmisten välillä, tutkijat huomauttavat, että heidän tutkimuksensa tarjoaa uutta näyttöä siitä, että suoliston mikrobiomi voi vaikuttaa masennukseen. He sanovat, että ennemmin tai myöhemmin voi tulla päivä, jolloin masennusta ja muita vastaavia häiriöitä vastaan taistellaan, mukaan lukien kohdistamalla tiettyihin ihmiskehon bakteereihin.

Vanhuus

Mikrobiomi on samanaikaisesti sekä joustava että nestemäinen. Sen ainutlaatuinen rakenne muodostuu suurelta osin neljän vuoden iässä, ja siihen voivat todella vaikuttaa vain erittäin merkittävät tekijät - esimerkiksi ruokavalion muutos, liikunnan intensiteetti tai ulkona vietetty aika, muutto uuteen asuinpaikkaan, käyttö antibiootit ja eräät muut lääkkeet. Kuitenkin tietyssä mielessä mikrobiomi on jatkuvassa muutoksessa, muuttuen hienovaraisesti jokaisen aterian yhteydessä. Aikuisilla nämä muutokset ovat niin ennustettavissa, että ikäsi voidaan karkeasti määrittää vain tutustumalla suolistossa eläviin bakteereihin.

Tämä tekniikka, joka tunnetaan nimellä "iän määrittäminen ikääntymisen mikrobiomikellon perusteella", vaatii tekoälyn apua, kuten Hongkongissa toimivan startup Insilico Medicinen äskettäin tekemässä kokeessa. Tutkijat ovat keränneet tietoa 1165 ihmisen mikrobiomista Euroopasta, Aasiasta ja Pohjois-Amerikasta. Kolmannes heistä oli 20-30-vuotiaita, kolmasosa -40-50-vuotiaita ja viimeinen - 60-90-vuotiaita.

Tutkijat merkitsivät kantajiensa ikää ja alistivat 90 prosentissa mikrobiomeista saadut tiedot "tietokonetulkinnalle" ja sovelsivat sitten tekoälyn tunnistamia malleja jäljellä olevien kymmenen prosentin ihmisten mikrobiomiin, joiden ikää ei ollut merkitty. Heidän ikänsä oli mahdollista määrittää vain neljän vuoden virheellä.

Mitä tarkoittaa "muokata" mikrobiomiasi ja elää rauhassa? Valitettavasti suurimmatkin mikrobiomitieteen harrastajat sanovat, että toistaiseksi on vaikea tehdä tarkkoja johtopäätöksiä mikrobiomin ja ihmisten terveyden välisestä suhteesta, ja vaativat, että siirryttäessä bakteerisiirteiden hoitoon on oltava erittäin varovainen.

Monet raivoavat nyt mikrobiotan mahdollisuudesta käyttää lääkkeenä, sanoo Paul Wilms Luxemburgin yliopistosta ja huomauttaa, että lääkeyhtiöt kehittävät uusia probiootteja tasapainottamaan mikrobiomia.

"Ennen kuin voimme todella tehdä sen oikein ja älykkäästi", Wilms sanoo, "meidän on ymmärrettävä yksityiskohtaisesti, mitä terve mikrobiomi on ja miten se tarkalleen vaikuttaa ihmiskehoon. Uskon, että olemme vielä kaukana siitä."

Mikrobit sisällämme

• kaksoispiste - 38 kvintiljoonaa
• plakki - 1 kvintiljoona
• iho - 180 miljardia
• sylki - 100 miljardia
• ohutsuoli - 40 miljardia
• vatsa - 9 miljoonaa

Katso mikrobiomi

Kaikki tämän artikkelin kuvat otti Martin Eggerly pyyhkäisyelektronimikroskoopilla: näytteet kuivattiin, kultaatomit suihkutettiin niihin ja asetettiin tyhjökammioon. Mikroskoopin elektronisäteen aallonpituus on lyhyempi kuin näkyvä valo, joten säde "korostaa" pienimmätkin kohteet, mutta värispektrin ulkopuolella. Eggerly-värjätyt mikrobit, joiden väri on tiedossa, näissä väreissä, muissa tapauksissa hän valitsi toisen väriskaalan, jotta mikrobit ja niiden ominaispiirteet voitaisiin erottaa.