Микробиом Се повеќе и повеќе од нашите цревни бактерии се губат.Спектар на науката
Микробиом: Нашата интестинална разновидност е загрозена
Livingив корален гребен каде широк спектар на риби и други морски животи пливаат низ заслепувачки подводен свет. Или тропска прашума, во чија слабо зелена боја се кријат најразновидните жители, од пеперутки до жаби и од папагали до горила. Ваквите слики прво ми паѓаат на ум кога станува збор за особено разновидни заедници полни со фино ткаени односи.
Од друга страна, ретко кој веројатно ќе помисли на сопствените црева на оваа тема. Содржи еден од најсложените екосистеми што ги познаваат научниците. Милјарди и милијарди микроби живеат таму, а нивното сложено дејство има далекусежни последици по здравјето на луѓето. Но, како гребените и шумите во светот, ова живеалиште исто така се чини дека се менува, така што некои видови стануваат сè поретки. Но, што ако медицинските важни функции и генетските информации исто така се изгубат како резултат? За да се спречи ова, научниците во моментов градат колекции во кои што поголем дел од микробната разновидност треба да се зачува во иднина: еден вид Ноева арка за жители на цревата.
Има доволно кандидати кои би можеле да одат на бродот. Се проценува дека секоја личност носи околу 1,3 пати повеќе бактерии и други микроорганизми на и во своето тело од сопствените клетки. Вкупно, има неколку стотици грама цимери, од кои повеќето живеат во дебелото црево.
Истражувањата за микробиомите цветаат
Еден грам цревна содржина содржи околу 100 милијарди микроби кои се поврзани едни со други и со нивниот домаќин преку различни врски. Тие се натпреваруваат и соработуваат едни со други, го користат богатото снабдување со храна во цревата и ги претвораат компонентите кои тешко се варат во нови соединенија. Стотици видови микроби ослободуваат илјадници супстанции кои имаат широк спектар на ефекти во организмот и со тоа имаат големо влијание врз неговото здравје. Експертите ја нарекуваат целата микробиолошка заедница на жители, вклучувајќи ги нивните живеалишта и еколошки функции, »микробиом«.
Истражувањата за екосистемот на ова тело неодамна забележаа вистински бум. Илјадници научни публикации се појавуваат на оваа тема секоја година. „Ова е затоа што, благодарение на современите методи, генетската шминка на овие организми може да се анализира многу побрзо и поефикасно отколку пред десет години“, објаснува Александар Лој од Универзитетот во Виена. Тој е ко-основач на австриската иницијатива за микробиоми (АМИЦИ), во која научници од различни дисциплини се обидуваат подобро да ја разберат заедницата во цревата и нејзините функции. „Ние сакаме да откриеме како поединечните видови работат заедно, кои супстанции ги ослободуваат и што прават“, објаснува истражувачот. „И, се разбира, нè интересира дали има поврзаност со одредени болести.
Расплетувањето на сето ова е комплицирана работа. Првиот чекор е да се испитаат примероците на измет за микробна ДНК, создавајќи еден вид попис на организмите што живеат во нив. Генетските анализи потребни за овој фокус првенствено се испитуваат редоследот на градежните блокови на ДНК во таканаречениот ген 16S rRNA. Оваа низа им овозможува на различните видови бактерии да се разликуваат една од друга особено добро.
„Оваа голема разновидност на цревни жители се должи на фактот дека има ниши во овој екосистем за најразлични барања“ (Александар Лој)
При ваквите прегледи, нови, сè уште непознати жители на цревата излегуваат на виделина повторно и повторно. На пример, тим предводен од Самуел Ц. Форстер од британскиот институт за истражување геном, Институтот Велком Сангер близу Кембриџ, неодамна откри измет на 273 различни видови бактерии кај измет на 20 лица од Велика Британија и Канада. На крај, 105 од нив никогаш порано не биле изолирани.
„Големата разновидност на цревните жители се должи на фактот дека во овој екосистем има ниши за најразлични барања“, објаснува Александар Лој. На пример, додека малку кислород е сè уште достапен директно на цревната лигавица, која е добро снабдена со крв, ова е во недостиг понатаму во внатрешноста на дебелото црево. Соодветно на тоа, постојат само анаеробни бактерии кои го прилагодиле метаболизмот на условите без кислород.
Цревни организми - големите непознати
Сепак, истиот вид не живее кај сите луѓе. Во зависност од начинот на живот, животната средина и генетиката, секое црево има своја, индивидуално составена микробна заедница. Работите стануваат уште покомплицирани затоа што секој вид се состои и од различни племиња. И секој со себе носи своја лична комбинација од нив.
„За жал, не е можно да се разликуваат овие соеви со вообичаените генетски анализи“, вели Лој. На пример, генот 16S rRNA не открива дали распространетите безопасни соеви на бактеријата Ешерихија коли живеат во цревата на една личност или се работи за патогени варијанти. „На овој начин можеме да откриеме нешто за составот на микробиолошката заедница, но не и за нејзините функции“, објаснува истражувачот. Особено што во 40 до 70 проценти од сите гени кои се наоѓаат во цревните организми никој не знае за што точно се одговорни. „Ова е сè уште големо градилиште.
Функциите на индивидуалните жители на цревата се особено интересни кога станува збор за здравјето на луѓето. Се повеќе станува очигледно дека малите цимери можат да влијаат на најразновидните аспекти на метаболизмот, имунолошкиот систем, па дури и однесувањето. Вашиот метаболизам ги претвора шеќерот, протеините и мастите од храната во помали молекули, како што се масните киселини со краток ланец оцетна, пропионска и бутирова киселина. Овие потоа се апсорбираат преку цревната лигавица и се пренесуваат во разни други органи преку крвотокот. Ацетата, солта на оцетната киселина, стигнува до мозокот на овој начин, на пример, каде што се врзува за одредени рецептори и на тој начин предизвикува чувство на ситост, меѓу другото.
Повлекувачите од цревата
Но, поврзаноста со разни болести исто така се дискутира повторно и повторно. Луѓето кои страдаат од хронично воспаление на цревата, дијабетес тип II или аутизам имаат различен микробиом од здравите луѓе. „Сепак, тоа не мора да значи дека овие болести се активираат од променетата бактериска заедница“, објаснува Александар Лој. Теоретски, исто толку добро може да се случи развојот да продолжи во спротивна насока: Прво избива болеста, ова ги менува условите за живот во цревата, а потоа на крајот реагираат микроорганизмите. „Честопати не е лесно да се открие што е причина и што е последица“, нагласува виенскиот истражувач.
Во некои случаи, врските се јасни. Кога бројот на нормални жители на цревата е десеткуван со антибиотска терапија, патогените микроорганизми, на пример, често ја искористуваат својата шанса. Во отсуство на конкуренција, тие можат да се етаблираат многу подобро од нормалното во оваа ситуација и на тој начин да предизвикаат поголема штета. Ова е докажано во случај на озлогласениот болнички микроб Clostridium difficile, што може да предизвика многу силна, понекогаш опасна по живот дијареја и цревни воспаленија.
Но, дури и луѓето кои не земале антибиотици можат да имаат осиромашен микробиом. Во цревата на градските жители во индустриските општества, генерално се чини дека има помала микробна разновидност отколку кај луѓето со потрадиционален начин на живот. Ова е првенствено поврзано со исхраната, која во втората често е составена од посложена хемиска структура и затоа бара поразновиден интестинален рамен удел.
Микробиомот реагира на сезонски разлики
Самуел Смитс од Универзитетот Стенфорд во САД и неговите колеги го открија ова, на пример, кога го испитаа микробиомот Хаџа во Танзанија (PDF). За овие ловци и собирачи, составот на бактериската заедница се менува во текот на годината. Тие имаат најголема разновидност на микроби во сувата сезона, кога менито е поразновидно и содржи повеќе месо отколку во дождовната сезона. Очигледно микробиомот реагира на ваквите сезонски разлики, така што видовите се секогаш активни што можат да сторат најмногу со соодветната диета. Ако диетата се промени, некои видови стануваат толку ретки што повеќе не можат да се детектираат во изметот. Тие нема да се појават повторно до следната сезона.
И се чини дека токму овие флексибилни организми се во опаѓање во современите општества. Ова го откриле истражувачите кога ги споредиле нивните податоци од Танзанија со оние од луѓе од 16 други земји со различен стил на живот. Па, дали луѓето во современите општества губат дел од оние цимери со кои ги поврзува стотици илјади години споделена еволутивна историја? И дали тоа може да биде една од причините зошто во пораст се заболувањата во животниот стил, како што се воспалително заболување на дебелото црево, дебелина, астма, дијабетес и алергии?
Сосема микробиолози сметаат дека ова е целосно можно. Постојат докази дека посиромашната интестинална заедница во раното детство претставува поголем ризик за такви болести. И бидејќи сè повеќе луѓе ширум светот ги привлекуваат градовите и модерниот начин на живот, овој тренд може да се интензивира во иднина. Затоа експертите не сакаат да застанат и да го следат сè помалото микробиолошко наследство на човештвото.
Библиотеки за микроби
Околу десетина научници околу Марија Глорија Домингез-Бело од универзитетот „Рутгерс“ во американската држава Newу erseyерси се собраа за да формираат меѓународна иницијатива наречена „Сводот за микробиота“ (сводот за микробиота). Тие се залагаат за создавање меѓународен објект во кој микробиолошките примероци од целиот свет можат трајно да се замрзнат на безбедно и политички неутрално место. Моделот е Глобален трезор на семето Свалбард на островот Шпицберген, каде што се чуваат семиња од 2008 година, со цел да се зачува разновидноста на посевите на земјата.
На многу сличен начин, „чамецот за спасување на бактериите“ во иднина ќе помогне да се зачува и истражи разновидноста на цимерите во човечкото тело. „Треба подобро да разбереме кои соеви исчезнуваат кај човечката популација и какви функционални и патолошки последици има ова“, потенцираат некои од водечките умови на иницијативата во 2018 година во списанието „Сајанс“.
„На идните генерации им должиме микроби што нашите предци ги колонизираа најмалку 200 000 години човечка еволуција“ (водечки истражувачи на микробиоми во „Наука“)
На крајот на краиштата, повеќе од половина од светската популација веќе живее во урбана средина. И се стравува дека може да има изгубени жители на цревата кои се важни за здравјето на луѓето. Но, тоа не може да се прифати. „На идните генерации им должиме микроби кои ги колонизираат нашите предци за најмалку 200 000 години човечка еволуција“, пишуваат истражувачите. Најважно е да се зачуваат микробиомите на различни човечки општества ширум светот. И особено од оние кои сè уште не го следеле трендот кон урбано живеење. Можеби нема да остане многу време за ова, нагласуваат научниците: „Мораме да започнеме пред да биде предоцна“.
Првите чекори на оваа патека веќе се прават. Ерик Алм, Матје Грусин, Матилде Појет и Аинара Систигага од Технолошкиот институт во Масачусетс (МИТ) во Кембриџ, САД, започнаа друга иницијатива за заштита на микробите, Глобална конзервација на микробиоми (ГМЦ), во 2016 година. Експерти од околу 70 научни и медицински институции од целиот свет сега работат заедно тука. Вклучен е широк спектар на научници од различни дисциплини - од микробиолози и лекари до антрополози до еколози и еволуциони биолози. Заедно тие се обидуваат да соберат и зачуваат што е можно повеќе разновидност на животот од човечкото црево.
Вработените во ГМЦ ја започнаа својата библиотека со бактерии со повеќе од 7600 примероци од цревата на здрави жители на градот во Северна Америка. Следно, тие собраа и замрзнаа околу 4.000 соеви на бактерии од неиндустријализираните општества во Арктикот Канада, Камерун и Танзанија. Колекцијата сега порасна и опфаќа повеќе од 11.600 примероци на бактерии од 23 човечки популации ширум светот. И работата продолжува. Дозволите за наплата во Гана, Руанда и Малезија се веќе таму.
Секој ги задржува сопственичките права на своите микроби
Со цел да добијат повеќе патници за нивниот замрзнат ковчег, истражувачите сакаат да работат со што повеќе различни луѓе ширум светот - особено со припадници на домородните народи. Тие нагласуваат дека секој учесник кој ги донира своите измет на проектот ја задржува сопственоста на своите микроби. Покрај тоа, таа треба да биде отворена и некомерцијална колекција до која има пристап секој заинтересиран научник. Доколку еден ден може да се развијат лекови или други намени од колекцијата, треба да имаат корист и земјите од каде потекнуваат донаторите.
„Сите овие се важни точки што треба да се набудуваат во таквата колекција“, нагласува Александар Лој. Општо, тој смета дека напорите на ГМЦ се многу корисни. Веќе постојат неколку големи колекции на бактериски соеви низ целиот свет кои содржат и жители на цревата. На пример, во Германија, многу обемна колекција е зачувана во институтот Лајбниц ДСМЗ - германска колекција на микроорганизми и клеточни култури во Брауншвајг; има слични објекти во САД и Јапонија, на пример. „Сепак, досега овие колекции содржат значително повеќе човечки соеви од индустриски развиените земји“, објаснува Лој. „Не знаеме толку многу за микробиомите во земјите во развој.“ Тој смета дека е сè поразумно да се затвори овој јаз и систематски да се собираат примероци од различни региони во светот.