Човешкото тяло е дом на много микроорганизми. Едва сега започваме да научаваме колко са важни.
Колкото повече учени изследват микробите, които живеят в човешкото тяло, толкова повече научават за мощното влияние на тези трохи върху нашия външен вид, поведение, дори върху начина на мислене и чувство. Наистина ли здравето и здравето ни зависят от вирусите, бактериите, едноклетъчните гъбички и други организми, живеещи в белите дробове и червата, върху кожата и очните ябълки? Не е ли твърде странно да вярваме, че микроскопичните същества, които носим в себе си и върху себе си, до голяма степен определят нашата същност?
Влиянието на микробиома - това е името на тази мини-зоологическа градина - може да е фундаментално още в ранните етапи на развитие.
Едно от проучванията, резултатите от които бяха публикувани миналата година, показват, че дори привидно вродено качество като темперамента на бебето може да зависи от това дали по-голямата част от бактериите в червата му принадлежат към един и същи род: колкото повече бифидобактерии, толкова по-весели дете.
Заключенията, направени от Ана-Катарина Аатинки и нейните колеги от университета в Турку във Финландия, се основават на анализа на проби от изпражнения от 301 бебета. Тези деца, които са имали повече бифидобактерии на два месеца, са по-склонни да проявяват „положителни емоции“на шест месеца, както дефинираха изследователите.
Изучаването на микробиома започна сравнително наскоро - всъщност само преди 15 години. Това означава, че повечето от проучванията, проведени до момента, са предварителни и скромни по обхват, включващи само десетки мишки или хора. Учените са открили определена връзка между състоянието на микробиома и различни заболявания, но все още не са успели да установят ясни причинно-следствени връзки между конкретни обитатели на гъсто населен „вътрешен свят“на човек и неговото здраве.
Разнообразието на микробиома на червата е в най-добрия случай в този образец. Освен всичко друго тук виждаме огромна бактерия - тя е 50 пъти по-дълга от E. coli. Микробиомът на всеки човек е уникален. Учените продължават да изследват многото начини, по които микроорганизмите, които го съставят, влияят на нашето здраве, тегло, настроение и дори черти на личността.
Промоционално видео:
Дори броят на тези обитатели е невероятен: днес се смята, че около 38 квинтилиона (10 до силата на 12) микроби живеят в тялото на обикновен млад човек - това е дори повече от техните собствени човешки клетки. Ако се научим да разбираме как да се разпореждаме с това - наше собствено - богатство, очарователни перспективи ще се отворят пред нас.
Според оптимистите в близко бъдеще ще стане обичайно да се инжектира човек със здравословни комплекси от микроби под формата на пребиотици (съединения, които действат като субстрат, върху който полезните бактерии могат да се размножават), пробиотици (самите тези бактерии) или чрез фекална трансплантация (трансплантация на богата чревна микробиома от донори) - за да може да се чувства здрав.
Когато хората говорят за микробиома, те имат предвид основно жителите на стомашно-чревния тракт, които съставляват 90 процента от нашите микроорганизми. Други органи обаче са изпълнени с живот: микробите запълват всяка част от тялото, която влиза в контакт с външния свят: очи, уши, нос, уста, анус, пикочно-половата система. Освен това микробите присъстват върху всяко парче кожа, особено в подмишниците, перинеума, между пръстите на краката и в пъпа.
Показаните тук бактерии се вземат от потни крака. Именно те придават на секретите на потните жлези особена миризма: тъй като се натрупва, потта става среда за възпроизвеждане на миризливи микроби. И по-голямата част от потните жлези са концентрирани върху дланите и подметките ни.
И ето какво наистина е невероятно: всеки от нас има уникален набор от микроби, който не се среща в никой друг. Днес, казва Роб Найт от Центъра за иновации на микробиомите в Калифорнийския университет (Сан Диего), вече може да се твърди, че вероятността от двама души с един и същи набор от видове в микробиомата се доближава до нула. Уникалността на микробиома може да бъде използвана в криминалистиката, каза Найт. „Който докосне предмет, се проследява от микробиома„ пръстов отпечатък “, който е оставен от човешката кожа“, обяснява той. Е, един ден разследващите, търсейки доказателства, ще започнат да събират проби от микроби, които живеят върху кожата, подобно на това, което правят днес за пръстови отпечатъци.
В тази статия ще споделим някои от значимите открития, направени от учени, изучаващи микробиома и неговото въздействие върху нас от ранна детска възраст до старост.
ранно детство
Плодът в утробата е практически стерилен. Стискайки се през родовия канал, той среща безброй бактерии. По време на нормалното раждане бебето се „измива“от микробите, които живеят във влагалището; в допълнение чревните бактерии на майката попадат на него. Тези микроби веднага започват да обитават собствените му черва, влизайки в един вид комуникация с развиващата се имунна система. По този начин, дори в най-ранните етапи на своето съществуване, микробиомът подготвя имунната система да функционира правилно в бъдеще.
Ако бебето се роди чрез цезарово сечение, няма контакт с бактериите на майката, а други микроорганизми колонизират червата му - от кожата на майката и от кърмата, от ръцете на медицинска сестра, дори от болнично бельо. Такъв чужд микробиом може да усложни целия бъдещ живот на човек.
Streptococcus pneumoniae, показан тук по време на клетъчното делене, може да причини сериозни заболявания като менингит и пневмония - обаче, подобно на щамовете на E. coli, някои стрептококи са безвредни. Тези бактерии живеят върху кожата и устата, в дихателните пътища и в червата.
През 2018 г. Пол Уилмс от Центъра за системна медицина в Люксембургския университет публикува резултатите от проучване на 13 естествено родени бебета и 18 хирургически родени бебета. Уилмс и колеги анализираха изпражненията на новородените и техните майки, както и вагинални тампони на родилни жени. „Цезарите” имаха значително по-малко бактерии, които произвеждат липополизахариди и по този начин стимулират развитието на имунната система. Има малко такива микроби, останали поне пет дни след раждането - това, според Уилмс, е достатъчно, за да доведе до дългосрочни последици за имунитета.
След известно време, обикновено до първия рожден ден, микробиомите на децата от двете групи придобиват прилики. Според Уилмс обаче разликата, наблюдавана в първите дни на живота, означава, че в тялото на бебета, родени чрез цезарово сечение, може да не премине първичната имунизация, по време на която имунните клетки се научават да реагират правилно на външни влияния. Това вероятно обяснява защо тези деца са по-склонни да изпитват различни проблеми, свързани с функционирането на имунната система, включително алергии, възпаления и затлъстяване. Според Уилмс в бъдеще може би на „Цезарово сечение“ще се дават пробиотици, създадени на базата на щамове на бактериите на майката, за да населят храносмилателната им система с полезни микроби.
Детство
Хранителните алергии станаха толкова често срещани, че някои училища наложиха ограничения върху храната, която децата могат да вземат със себе си от вкъщи (например, не им е позволено да носят бани с фъстъци или сандвичи с конфитюр), така че някои съученици да не развият алергии. реакция. В САЩ 5,6 милиона деца страдат от хранителни алергии, което означава, че има поне две до три такива деца във всеки клас.
Посочени са различни причини, които биха могли да доведат до разпространение на алергии, включително увеличаване на броя на децата, родени чрез цезарово сечение, и прекомерната употреба на антибиотици, които могат да унищожат бактериите, които ни защитават. Катрин Наглер и нейните колеги от Чикагския университет решиха да проверят дали разпространението на хранителните алергии сред децата е свързано със състава на техния микробиом. Миналата година те публикуваха резултатите от проучване, в което участваха осем шестмесечни деца, половината от които бяха алергични към краве мляко. Оказа се, че микробиомите на представителите на двете групи са доста различни: в червата на здрави бебета имаше бактерии, характерни за правилно развиващи се деца на тяхната възраст, а бактерии, които са по-характерни за възрастните, бяха открити при страдащи от алергии към краве мляко.
При деца с алергии, казва Nagler, обикновено бавният преход от детска към възрастна микробиома „е настъпил с необичайна скорост“.
Наглер и нейните колеги трансплантираха (използвайки фекални трансплантации) чревните бактерии на „техните“бебета в мишки, родени чрез цезарово сечение и отглеждани при стерилни условия, тоест напълно без микроби. Оказа се, че само мишки, трансплантирани от здрави бебета, не проявяват алергична реакция към краве мляко. Други, като техните донори, са станали алергични.
Допълнителни изследвания показват, че основната роля в защитата на първата група мишки, най-вероятно, са играли бактерии от един вид, открити само при деца: Anaerostipes caccae от групата на Clostridia. Clostridia също предотвратява алергиите към фъстъци, Nagler и нейните колеги открили в едно проучване.
Наглер, президент и съосновател на фармацевтичния старт ClostraBio, базиран в Чикаго, очаква да тества терапевтичния потенциал на бактериите Anaerostipes caccae при лабораторни мишки и след това при алергични хора. Първата задача беше да се намери място в червата, където да се приземи отряд от полезни бактерии. Дори в нездравословен микробиом, казва Наглер, всички ниши вече са запълнени; за да може Clostridia да се вкорени на ново място, трябва да изгоните предишните обитатели. Следователно ClostraBio създаде лекарство, което изчиства определена ниша в микробиома. Nagler и неговите колеги го "предписват" на мишки и след това ги инжектират с няколко вида Clostridia, както и диетични фибри, които насърчават възпроизводството на микроби. Nagler се надява да започне клинични изпитвания на Clostridia при хора в рамките на следващите две години.и в крайна сметка да се създаде лекарство за деца с хранителни алергии.
Чревните микроби могат да бъдат свързани с други заболявания при деца, включително диабет тип I. В Австралия учените анализираха проби от изпражненията на 93 деца, чиито роднини страдаха от диабет, и откриха, че тези от тях, които впоследствие развиха заболяването, имат повишени нива на ентеровирус А. В изпражненията си. Един от експериментаторите, У. Иън Липкин от Meilmanovskaya School of Public Health към Колумбийския университет, предупреждава колегите да не се подсказват, че причините за някои заболявания се дължат единствено на различията в микробиомата. „Всичко, което знаем със сигурност“, казва той, „е, че определени микроби по някакъв начин са свързани с определени заболявания.“
Все пак Липкин е ентусиазиран от бъдещето на науката за микробиомите. Според прогнозата му през следващите петдесет години учените ще разкрият механизма на ефекта на микробиома върху организма и ще започнат клинични изпитвания върху хората, за да демонстрират как здравето може да се подобри чрез „редактиране“на микробиома.
младежта
Много юноши имат предразположение към акне - и изглежда, че има феномен, наречен „мастна микробиома“. Кожата на момчетата е особено приветлива за два щама от бактериите Cutibacterium acnes, свързани с акне. Повечето щамове от тази бактерия са безопасни или дори полезни, защото инхибират растежа на патогенни микроби; всъщност тази бактерия е основен компонент на нормалния микробиом за лице и шия.
Въпреки това, един лош щам може да причини много вреда: неговото присъствие, според Аманда Нелсън, дерматолог от Медицинския колеж в Пенсилвания, е една от предпоставките за развитие на възпаление. Сред другите причини за заболяването учените цитират себум (произвеждан от мастните жлези за овлажняване на кожата), който служи като хранително вещество за C. acnes, космени фоликули и склонност към възпаление. Всичко работи заедно и според Нелсън все още не знаем кое е по-важно.
Изследователи от Училището по медицина на Университета във Вашингтон изследвали микробиома на мастните жлези и установили, че единственият агент против акне, който може да доведе до дългосрочно отслабване на болестта, изотретиноин (известен с различни търговски наименования), действа отчасти като променя кожния микробиом, увеличавайки цялостното разнообразие на микробите, сред които са по-трудни за вкореняване на вредните щамове.
Сега, когато учените научиха, че изотретиноинът действа, променяйки състава на микробиома, може да се опитат да създадат други лекарства със същия ефект, но се надяват да са по-безопасни - в края на краищата изотретиноинът може да доведе до вродени дефекти при деца, ако майките са приемали лекарството по време на по време на бременност.
Всякакви микроби са харесали мокрите устни. Това е микробиома на една от жените, която буквално целува чаша на Петри с хранителна среда. След няколко дни колонията вече процъфтява. При хората, които често се целуват, има сходства между микобиомите на устната кухина.
Зрелост
Ами ако можете да направите повече с тренировките си, като просто взаимствате микробите на червата на спортист? Този въпрос зададоха учени от Харвардския университет. В продължение на две седмици те събираха ежедневни проби от изпражнения от 15 бегачи, които участваха в Бостънския маратон през 2015 г. - стартирайки седмица преди състезанието и завършвайки седмица по-късно - и ги сравниха с проби от изпражнения, събрани от десет души от контролната група също за две седмици. не работи. Изследователите установили, че няколко дни след маратона пробите, взети от бегачите, съдържат значително повече бактерии Veillonella atypica, отколкото тези от контролната група.
„Това откритие обяснява много, защото Veilonella има уникален метаболизъм: любимият й източник на енергия е лактат, солта на млечната киселина“, казва Александър Костич от Центъра за изследвания на диабета в Joslin и медицинския център в Харвард. - И ние си помислихме: може би Veilonella разгражда мускулния лактат в тялото на спортиста? И ако това наистина е така, възможно ли е, като се въведат неговите напрежения на хора, далеч от професионалните спортове, да се увеличи тяхната издръжливост?
Тогава учените се обърнаха към лабораторни мишки: изолирана Veilonella от изпражненията на един от бегачите беше инжектирана в 16 мишки с нормален микробиом, тестван за патогени. След това субектите бяха поставени на бягаща пътека и принудени да бягат до изтощение. Същото е направено с 16 контролни мишки; само те са били инжектирани с бактерии, които не консумират лактат. Както се оказа, мишките, "заразени" с Veilonella, течеха много по-дълго от контролните животни, което означава, че изследователите смятат, че микробиома може да играе критична роля за поддържане на ефективността.
Според Костич този експеримент е „прекрасен пример за това, което ни дава симбиозата“. Veilonella процъфтява, когато човек, неговият носител, в резултат на физическа активност, произвежда лактат, с който се храни, и от своя страна облагодетелства човека, превръщайки лактат в пропионат, което се отразява на производителността на "домакина", тъй като, наред с други неща, увеличава честотата контракциите на сърцето и подобрява кислородния метаболизъм, а вероятно и предотвратява развитието на възпаление в мускулите.
„Този вид връзки изглежда е в основата на повечето взаимодействия между хората и микробиомата“, обяснява Костич. "В крайна сметка отношенията помежду им са толкова взаимно изгодни."
Микробиомът може също да е отговорен за по-малко приятните черти на човешката природа, включително психичните състояния като тревожност и депресия. През 2016 г. учени от Националния университет на Ирландия в Корк публикуват своите открития относно влиянието на микробиома върху депресията. Учените разделиха 28 лабораторни плъхове в две групи. Експерименталната група получи трансплантации на чревна микрофлора от трима мъже, страдащи от тежка депресия, а контролната група - от трима здрави мъже.
Оказа се, че микробиома на червата на депресираните хора се е потопил в депресия и плъхове. В сравнение с контролните животни те проявяват загуба на интерес към дейности, които носят удоволствие (при плъховете това се определя от това колко често искат да пият сладка вода) и повишена тревожност, изразена в желанието им да избягват открити или непознати зони от лабораторния лабиринт.
Като се има предвид голямата разлика между плъхове и хора, учените отбелязват, че тяхното изследване е ново доказателство, че микробиома на червата може да играе роля при депресия. Рано или късно, казват те, може да дойде денят, в който ще се пребори депресия и други подобни разстройства, включително чрез насочване към определени бактерии в човешкото тяло.
Старост
Микробиомът е едновременно устойчив и течен. Уникалната му структура до голяма степен се формира от четиригодишна възраст и само много важни фактори могат наистина да я повлияят - например промяна в диетата, интензивността на физическата активност или времето, прекарано на чист въздух, преместване на ново място на пребиваване, употреба на антибиотици и някои други лекарства. В известен смисъл обаче микробиомът е в постоянен поток, променяйки се фино с всяко хранене. При възрастни тези промени са толкова предсказуеми, че възрастта ви може да бъде грубо определена, като просто се запознаете с множеството бактерии, живеещи в червата.
Тази техника, известна като "определяне на възрастта чрез часовника за стареене на микробиома", изисква помощта на изкуствен интелект, като например в експеримент, проведен наскоро от стартиращия в Хонг Конг Insilico Medicine. Учените са събрали информация за микробиомите на 1165 души от Европа, Азия и Северна Америка. Една трета от тях са били на 20-30 години, друга трета - на 40-50, а на последната - на 60-90 години.
Учените поставят данните за 90 процента от микробиомите, като маркират възрастта на техните носители, подлагайки ги на „изчислителна интерпретация“и след това прилагат моделите, идентифицирани от изкуствения интелект, към микробиомите на останалите десет процента от хората, чиято възраст не е маркирана. Възрастта им е установена с грешка само четири години.
Какво означава да „редактирате“микробиома си и да живеете в мир? Уви, дори най-големите ентусиасти на науката за микробиомите казват, че е трудно да се направят точни изводи за връзката между микробиома и човешкото здраве досега и настояват, че трябва да се внимава при прехода към лечение с бактериални присадки.
Мнозина сега бълнуват за възможността микробиотата да бъде използвана като лекарство, казва Пол Уилмс от Люксембургския университет, отбелязвайки, че фармацевтичните компании разработват нови пробиотици, които имат за цел да балансират микробиомата.
„Преди наистина да можем да правим това правилно и интелигентно, казва Уилмс,„ трябва да разберем подробно какво е здравословен микробиом и как влияе на човешкото тяло. Мисля, че все още сме много далеч от това."
Микроби вътре в нас
- дебелото черво - 38 квинтион
- плака - 1 квинтион
- кожа - 180 милиарда
- слюнка - 100 милиарда
- тънки черва - 40 милиарда
- стомах - 9 милиона
* приблизителна сума
Вижте микробиома
Всички изображения в тази статия бяха взети от Мартин Егърли с помощта на сканиращ електронен микроскоп: пробите бяха изсушени, златни атоми бяха напръскани върху тях и поставени във вакуумна камера. Дължината на вълната на електронния лъч на микроскопа е по-къса от видимата светлина, така че лъчът "подчертава" най-малките обекти, но извън цветовия спектър. Eggly боядисани микроби, чийто цвят е известен, в тези цветове, в други случаи той избра различна гама, така че да могат да се разграничат микробите и техните характерни черти.
Текст: Робин Маранц Хоениг; Снимка: Мартин Егърли