Un miliard de microbi dintr-o persoană definesc esența noastră

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Cu cât oamenii de știință studiază mai mult microbii care trăiesc în corpul uman, cu atât mai mult învață despre influența puternică a acestor firimituri asupra aspectului, comportamentului nostru, chiar și asupra modului de a gândi și a simți.

Virușii, bacteriile, ciupercile unicelulare și alte organisme care trăiesc în plămâni și intestine, pielea și globii oculari depind cu adevărat de sănătatea și bunăstarea noastră? Nu este prea ciudat să credem că creaturile microscopice pe care le purtăm în noi înșine și pe noi înșine, determină în multe feluri însăși esența noastră?

Influența microbiomului - acesta este numele acestei mini-grădini zoologice - poate fi fundamentală deja în stadiile incipiente de dezvoltare.

Unul dintre studii, ale cărui rezultate au fost publicate anul trecut, arată că chiar și o calitate aparent înnăscută, cum ar fi temperamentul unui sugar, poate depinde de faptul că majoritatea bacteriilor din intestinele sale aparțin aceluiași gen: cu cât mai multe bifidobacterii, cu atât copilul este mai vesel..

Concluziile la care au ajuns Anna-Katariina Aatsinki și colegii ei de la Universitatea Turku din Finlanda se bazează pe analiza probelor de scaun de la 301 bebeluși. Acei copii care aveau mai multe bifidobacterie la două luni aveau mai multe șanse să manifeste „emoții pozitive”, după cum au stabilit cercetătorii, la șase luni.

Studiul microbiomului a început relativ recent - de fapt, în urmă cu doar 15 ani. Aceasta înseamnă că majoritatea cercetărilor efectuate până în prezent au fost preliminare și de anvergură modestă, implicând doar zeci de șoareci sau oameni. Oamenii de știință au găsit o relație certă între starea microbiomului și diferite boli, dar nu au reușit încă să identifice relații clare cauză-efect între locuitorii specifici ai unei „lumi interioare” dens populate a unei persoane și sănătatea sa.

Chiar și numărul acestor locuitori este uimitor: astăzi se crede că aproximativ 38 de chintilioane (1012) microbi trăiesc în corpul unui tânăr obișnuit - aceasta este chiar mai mult decât propriile celule umane. Dacă învățăm să înțelegem cum să dispunem de aceasta - propria noastră - bogăție, ni se vor deschide perspective fascinante.

Potrivit optimiștilor, în viitorul apropiat va deveni obișnuit să se injecteze unei persoane complexe sănătoase de microbi sub formă de prebiotice (compuși care acționează ca un substrat pe care bacteriile benefice se pot înmulți), probiotice (aceste bacterii în sine) sau prin fecale. transplant (transplantul unui microbiom intestinal bogat de la donatori) - astfel încât să se simtă sănătos.

Când oamenii vorbesc despre microbiom, se referă în primul rând la locuitorii tractului gastrointestinal, care reprezintă 90 la sută din microorganismele noastre. Cu toate acestea, alte organe sunt pline de viață: microbii umplu orice parte a corpului care este în contact cu lumea exterioară: ochii, urechile, nasul, gura, anusul, sistemul genito-urinar. În plus, germenii sunt prezenți pe orice bucată de piele, în special în axile, perineu, între degete și în buric.

Și iată ce este cu adevărat uimitor: fiecare dintre noi are un set unic de microbi pe care nimeni altcineva nu îl are. Astăzi, conform lui Rob Knight de la Centrul pentru Inovare în Microbiom de la Universitatea din California (San Diego), se poate susține deja că probabilitatea ca două persoane cu același set de specii în microbiomi se apropie de zero. Unicitatea microbiomului ar putea fi exploatată în criminalistică, a spus Knight. „Cine a atins un obiect este urmărit de „amprenta” microbiomului care este lăsată pe pielea unei persoane”, explică el. Ei bine, într-o zi, anchetatorii, în căutare de dovezi, vor începe să colecteze mostre de microbi care trăiesc pe piele, la fel cum fac astăzi pentru amprentele digitale.

În acest articol, vom împărtăși câteva dintre descoperirile semnificative făcute de oamenii de știință care au studiat microbiomul și modul în care acesta ne afectează de la copilărie până la bătrânețe.

Pruncie

Fătul din uter este practic steril. Strângând prin canalul de naștere, el întâlnește o multitudine de bacterii. În timpul nașterii normale, copilul este „spălat” de microbii care trăiesc în vagin; în plus, bacteriile intestinale ale mamei ajung pe el. Acești microbi încep imediat să locuiască în propriile intestine, intrând într-un fel de comunicare cu sistemul imunitar în curs de dezvoltare. Deci, deja în primele etape ale existenței sale, microbiomul pregătește sistemul imunitar să funcționeze corect în viitor.

Dacă copilul se naște prin cezariană, nu există contact cu bacteriile mamei, iar alte microorganisme îi colonizează intestinele - din pielea mamei și din laptele matern, din mâinile unei asistente, chiar și din lenjeria de spital. Un astfel de microbiom străin poate complica întreaga viață viitoare a unei persoane.

În 2018, Paul Wilms de la Centrul de Medicină a Sistemelor de la Universitatea din Luxemburg a publicat rezultatele unui studiu pe 13 bebeluși născuți natural și 18 bebeluși născuți chirurgical. Wilms și colegii săi au analizat scaunul nou-născuților și al mamelor acestora, precum și tampoanele vaginale ale femeilor aflate în travaliu. „Cezarienele” aveau semnificativ mai puține bacterii care produc lipopolizaharide și, prin urmare, stimulează dezvoltarea sistemului imunitar. Au mai rămas puțini astfel de microbi timp de cel puțin cinci zile după naștere - acest lucru, potrivit lui Wilms, este suficient pentru a duce la consecințe pe termen lung pentru imunitate.

După ceva timp, de obicei până la prima zi de naștere, microbiomele copiilor din ambele grupuri capătă asemănări. Totuși, potrivit lui Wilms, diferența observată în primele zile ale vieții înseamnă că în corpul bebelușilor născuți prin operație cezariană este posibil să nu treacă imunizarea primară, timp în care celulele imune învață să răspundă corect la influențele externe. Acest lucru explică probabil de ce acești copii sunt mai susceptibili de a dezvolta o varietate de probleme legate de funcționarea sistemului imunitar, inclusiv alergii, inflamații și obezitate. Potrivit lui Wilms, în viitor, poate, „cezarianelor” li se va administra probiotice, create pe baza tulpinilor bacteriilor mamei, pentru a-și popula sistemul digestiv cu microbi benefici.

Copilărie

Alergiile alimentare au devenit atât de frecvente încât unele școli au impus restricții asupra alimentelor pe care copiii le pot lua de acasă (de exemplu, nu au voie să aducă batoane cu arahide sau sandvișuri cu gem) astfel încât unii colegi de clasă să nu dezvolte alergii.reacție. În Statele Unite, 5,6 milioane de copii suferă de alergii alimentare, adică există cel puțin doi până la trei astfel de copii în fiecare clasă.

Sunt invocate o varietate de motive care ar putea duce la răspândirea alergiilor, inclusiv creșterea numărului de copii născuți prin cezariană și utilizarea excesivă a antibioticelor care pot distruge bacteriile care ne protejează. Katherine Nagler și colegii ei de la Universitatea din Chicago au decis să testeze dacă răspândirea alergiilor alimentare în rândul copiilor este legată de compoziția microbiomului lor. Anul trecut, au publicat rezultatele unui studiu care a implicat opt copii de șase luni, dintre care jumătate erau alergici la laptele de vacă. S-a dovedit că microbiomele reprezentanților celor două grupe sunt destul de diferite: în intestinele bebelușilor sănătoși au existat bacterii tipice pentru dezvoltarea adecvată a copiilor de vârsta lor, iar bacterii care sunt mai caracteristice adulților au fost găsite la cei care suferă de boala de vacă. alergii la lapte.

La copiii alergici, a spus Nagler, tranziția de obicei lentă de la microbiomul copilăriei la adult „a avut loc într-un ritm anormal”.

Nagler și colegii ei au transplantat (folosind transplanturi fecale) bacteriile intestinale ale bebelușilor „lor” la șoareci, născuți prin operație cezariană și crescuți în condiții sterile, adică complet lipsiți de microbi. S-a dovedit că numai șoarecii transplantați de la bebeluși sănătoși nu au prezentat o reacție alergică la laptele de vacă. Alții, ca și donatorii lor, au devenit alergici.

Studiile ulterioare au arătat că rolul principal în protecția primului grup de șoareci, aparent, l-au jucat bacteriile dintr-o singură specie, întâlnite doar la copii: Anaerostipes caccae din grupul Clostridia. Clostridia previne, de asemenea, alergiile la arahide, au descoperit Nagler și colegii ei într-un studiu.

Nagler, președinte și co-fondator al startup-ului farmaceutic ClostraBio din Chicago, speră să testeze potențialul terapeutic al Anaerostipes caccae la șoarecii de laborator și apoi la persoanele alergice. Prima sarcină a fost să găsești un loc în intestine unde să poată fi aterizată o trupă de bacterii benefice. Chiar și într-un microbiom nesănătos, spune Nagler, toate nișele sunt deja umplute; astfel încât, pentru ca Clostridia să prindă rădăcini într-un loc nou, trebuie să-i alungi pe locuitorii anteriori. Prin urmare, ClostraBio a creat un medicament care curăța o anumită nișă în microbiom. Nagler și colegii săi îl „prescriu” șoarecilor, iar apoi le injectează mai multe tipuri de Clostridia, precum și fibre alimentare care promovează reproducerea microbilor. Nagler speră să înceapă studiile clinice pe oameni cu Clostridia în următorii doi ani și, în cele din urmă, să creeze un medicament pentru copiii cu alergii alimentare.

Microbii intestinali pot fi, de asemenea, asociați cu alte boli la copii, inclusiv diabetul de tip I. În Australia, oamenii de știință au analizat mostre de scaun de la 93 de copii ale căror rude sufereau de diabet și au descoperit că cei dintre ei care au dezvoltat ulterior boala aveau în scaun un nivel crescut de enterovirus A. Cu toate acestea, unul dintre experimentatori, W. Ian Lipkin de la Meilmanovskaya Școala de Sănătate Publică de la Universitatea Columbia, îi avertizează pe colegi să nu tragă la concluzii că cauzele anumitor boli se datorează exclusiv diferențelor dintre microbiom. „Tot ce știm cu siguranță”, spune el, „este că anumiți microbi sunt cumva legați de anumite boli.”

Cu toate acestea, Lipkin este entuziasmat de viitorul științei microbiomului. Potrivit prognozei sale, în următorii cincizeci de ani, oamenii de știință vor dezvălui mecanismul efectului microbiomului asupra organismului și vor începe studiile clinice la oameni pentru a demonstra modul în care sănătatea poate fi îmbunătățită prin „editarea” microbiomului.

Tineret

Mulți adolescenți au o predispoziție la acnee – și pare să existe un fenomen numit „microbiomul sebaceu”. Pielea băieților este deosebit de primitoare pentru două tulpini de bacterii Cutibacterium acnes asociate cu acneea. Majoritatea tulpinilor acestei bacterii sunt sigure sau chiar benefice deoarece inhibă creșterea microbilor patogeni; de fapt, această bacterie este o componentă majoră a microbiomului normal al feței și gâtului.

Cu toate acestea, o tulpină proastă poate face mult rău: prezența ei, potrivit Amanda Nelson, medic dermatolog la Colegiul de Medicină al Universității din Pennsylvania, este una dintre condițiile prealabile pentru dezvoltarea inflamației. Printre alte motive pentru dezvoltarea bolii, oamenii de știință numesc sebum (produs de glandele sebacee pentru hidratarea pielii), care servește drept teren de reproducere pentru C. acnes, foliculii de păr și tendința la inflamație. Toate funcționează împreună și, potrivit lui Nelson, încă nu știm care este mai important.

Cercetătorii de la Facultatea de Medicină de la Universitatea din Washington au examinat microbiomul glandelor sebacee și au descoperit că singurul tratament de lungă durată pentru acnee, izotretinoina (cunoscută sub diferite denumiri comerciale), funcționează parțial prin modificarea microbiomului pielii, crescând diversitatea generală a microbi, printre care sunt mai greu să prindă rădăcini tulpinilor dăunătoare.

Acum, după ce oamenii de știință au aflat că izotretinoina funcționează prin modificarea compoziției microbiomului, ei pot încerca să creeze alte medicamente cu același efect, dar, sperăm, mai sigure - la urma urmei, izotretinoina poate duce la malformații congenitale la copii dacă mamele iau medicamentul în timpul în timpul sarcinii.

Maturitate

Ce se întâmplă dacă poți face mai mult cu antrenamentele tale împrumutând pur și simplu microbii intestinali ai unui atlet? Această întrebare a fost pusă de oamenii de știință de la Universitatea Harvard. Timp de două săptămâni, ei au colectat zilnic mostre de scaun de la 15 alergători care au luat parte la Maratonul Boston din 2015 - începând cu o săptămână înainte de cursă și terminând o săptămână mai târziu - și le-au comparat cu mostre de scaun colectate de la zece persoane din grupul de control, de asemenea, peste două săptămâni. saptamani.nu alerga. Cercetătorii au descoperit că la câteva zile după maraton, probele prelevate de la alergători au conținut semnificativ mai multe bacterii Veillonella atypica decât cele din grupul de control.

„Această descoperire explică multe, pentru că Veilonella are un metabolism unic: sursa ei de energie preferată este lactatul, sarea acidului lactic”, spune Aleksandar Kostić de la Centrul de Cercetare a Diabetului Joslin și a Școlii de Medicină Harvard. „Și ne-am gândit: poate Veilonella descompune lactatul muscular în corpul sportivului?” Și, dacă chiar așa este, este posibil, prin introducerea tulpinilor sale persoanelor departe de sporturile profesioniste, să le crească rezistența?

Apoi, oamenii de știință au abordat șoarecii de laborator: Veilonella, izolată din fecalele unuia dintre alergători, a fost injectată în 16 șoareci cu un microbiom normal testat pentru agenți patogeni. Subiecții au fost apoi așezați pe o bandă de alergare și forțați să alerge până la epuizare. Același lucru sa făcut cu 16 șoareci martor; doar li s-au injectat bacterii care nu consuma lactat. După cum s-a dovedit, șoarecii „infectați” cu Veilonella au alergat mult mai mult decât animalele de control, ceea ce înseamnă, cred cercetătorii, microbiomul poate juca un rol critic în menținerea performanței.

Potrivit lui Kostich, acest experiment este „un exemplu minunat a ceea ce ne oferă simbioza”. Veilonella prosperă atunci când o persoană, purtătorul ei, ca urmare a activității fizice, produce lactat, cu care se hrănește și, la rândul său, beneficiază persoana prin transformarea lactatului în propionat, care afectează performanța gazdei, deoarece, printre altele,, crește frecvența contracțiilor inimii și îmbunătățește metabolismul oxigenului și, de asemenea, eventual, previne dezvoltarea inflamației la nivelul mușchilor.

„Acest tip de relație pare să stea la baza majorității interacțiunilor dintre oameni și microbiom”, explică Kostich. „În cele din urmă, relația dintre ei este atât de benefică reciproc.”

Microbiomul poate fi, de asemenea, responsabil pentru trăsăturile mai puțin plăcute ale naturii umane, inclusiv afecțiuni mentale precum anxietatea și depresia. În 2016, oamenii de știință de la Universitatea Națională a Irlandei din Cork au publicat rezultatele unui studiu privind influența microbiomului asupra dezvoltării depresiei. Cercetătorii au împărțit 28 de șobolani de laborator în două grupuri. Grupul experimental a primit transplanturi de microfloră intestinală de la trei bărbați care sufereau de depresie severă, iar grupul de control - de la trei bărbați sănătoși.

S-a dovedit că microbiomul intestinal al persoanelor care suferă de depresie a plonjat în depresie și șobolani. În comparație cu animalele de control, ei au arătat o pierdere a interesului față de activitățile care aduc plăcere (la șobolani aceasta este determinată de cât de des doresc să bea apă dulce) și o anxietate crescută, exprimată în dorința lor de a evita zonele deschise sau nefamiliare ale laboratorului. labirint.

Având în vedere diferența mare dintre șobolani și oameni, cercetătorii notează că studiul lor oferă noi dovezi că microbiomul intestinal poate juca un rol în depresie. Mai devreme sau mai târziu, spun ei, poate veni ziua în care depresia și alte tulburări similare vor fi combatete, inclusiv prin țintirea anumitor bacterii din corpul uman.

In varsta

Microbiomul este atât rezistent, cât și fluid în același timp. Structura sa unică este în mare parte formată până la vârsta de patru ani și numai factori foarte semnificativi o pot afecta cu adevărat - de exemplu, o schimbare a dietei, intensitatea activității fizice sau timpul petrecut în aer liber, mutarea într-un nou loc de reședință, utilizarea a antibioticelor și a altor medicamente. Cu toate acestea, într-un fel, microbiomul este în flux constant, schimbându-se subtil cu fiecare masă. La adulți, aceste schimbări sunt atât de previzibile încât vârsta dumneavoastră poate fi determinată aproximativ doar prin familiarizarea cu setul de bacterii care trăiesc în intestine.

Această tehnică, cunoscută sub numele de „determinarea vârstei de către ceasul microbiom al îmbătrânirii”, necesită ajutorul inteligenței artificiale, cum ar fi într-un experiment realizat recent de startup-ul Insilico Medicine din Hong Kong. Oamenii de știință au strâns informații despre microbiomul a 1165 de oameni din Europa, Asia și America de Nord. O treime dintre ei aveau 20-30 de ani, o altă treime - 40-50, iar ultima - 60-90 de ani.

Oamenii de știință, prin marcarea vârstei purtătorilor lor, au supus datele despre 90 la sută dintre microbiomi unei „interpretări computerizate”, apoi au aplicat tiparele identificate de inteligența artificială microbiomilor celorlalți zece la sută dintre oameni a căror vârstă nu a fost marcată. S-a putut stabili vârsta lor cu o eroare de numai patru ani.

Ce înseamnă să-ți „editezi” microbiomul și să trăiești în pace? Din păcate, chiar și cei mai mari entuziaști ai științei microbiomului spun că este dificil să se tragă concluzii exacte cu privire la relația dintre microbiom și sănătatea umană până acum și insistă că trebuie avută mare grijă în trecerea la tratamentul cu grefe bacteriene.

Mulți se bucură acum de potențialul ca microbiota să fie utilizată ca medicament, spune Paul Wilms de la Universitatea din Luxemburg, menționând că companiile farmaceutice dezvoltă noi probiotice pentru a echilibra microbiomul.

„Înainte de a putea face acest lucru corect și inteligent”, spune Wilms, „trebuie să înțelegem în detaliu ce este un microbiom sănătos și exact cum afectează acesta corpul uman. Cred că suntem încă foarte departe de asta.”

Microbii din interiorul nostru

• colon - 38 de chintilioane
• placă - 1 chintilion
• piele - 180 de miliarde
• saliva - 100 de miliarde
• intestin subțire - 40 de miliarde
• stomac - 9 milioane

Vezi microbiomul

Toate imaginile din acest articol au fost realizate de Martin Eggerly folosind un microscop electronic cu scanare: probele au fost uscate, atomi de aur au fost pulverizați pe ele și plasați într-o cameră vid. Lungimea de undă a fasciculului de electroni al microscopului este mai scurtă decât lumina vizibilă, astfel încât fasciculul „evidențiază” cele mai mici obiecte, dar în afara spectrului de culori. Microbii vopsiți eggerly, a căror culoare este cunoscută, în aceste culori, în alte cazuri a ales o gamă diferită, astfel încât microbii și trăsăturile lor caracteristice să poată fi distinse.