Quintillion ya microbes katika mtu hufafanua kiini chetu

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Wanasayansi zaidi wanajifunza microbes wanaoishi katika mwili wa mwanadamu, ndivyo wanavyojifunza zaidi juu ya ushawishi mkubwa wa makombo haya juu ya kuonekana kwetu, tabia, hata kwenye njia ya kufikiri na hisia.

Je, virusi, bakteria, fungi unicellular na viumbe vingine vinavyoishi katika mapafu na matumbo, ngozi na mboni za macho hutegemea afya na ustawi wetu? Je, si ajabu sana kuamini kwamba viumbe hadubini tunavyobeba ndani yetu wenyewe na sisi wenyewe, kwa njia nyingi huamua asili yetu?

Ushawishi wa microbiome - hii ni jina la mini-zoo hii - inaweza kuwa ya msingi tayari katika hatua za mwanzo za maendeleo.

Mojawapo ya tafiti, ambayo matokeo yake yalichapishwa mwaka jana, inaonyesha kuwa hata ubora unaoonekana wa kuzaliwa kama tabia ya mtoto mchanga unaweza kutegemea ikiwa bakteria nyingi kwenye matumbo yake ni za jenasi moja: kadiri bifidobacteria inavyozidi, ndivyo mtoto mchangamfu zaidi..

Maamuzi yaliyofikiwa na Anna-Katariina Aatsinki na wenzake katika Chuo Kikuu cha Turku nchini Finland yanatokana na uchanganuzi wa sampuli za kinyesi kutoka kwa watoto 301. Watoto hao ambao walikuwa na bifidobacteria zaidi katika miezi miwili walikuwa na uwezekano zaidi wa kuonyesha "hisia chanya," kama watafiti waliamua, katika miezi sita.

Utafiti wa microbiome ulianza hivi karibuni - kwa kweli, miaka 15 tu iliyopita. Hii ina maana kwamba utafiti mwingi uliofanywa hadi sasa umekuwa wa awali na wa kiasi, ukihusisha tu kadhaa ya panya au binadamu. Wanasayansi wamepata uhusiano wa uhakika kati ya hali ya microbiome na magonjwa mbalimbali, lakini bado hawajaweza kutambua uhusiano wa wazi wa sababu-na-athari kati ya wakazi maalum wa "ulimwengu wa ndani" wenye watu wengi na afya yake.

Hata idadi ya wenyeji hawa ni ya kushangaza: leo inaaminika kuwa karibu 38 quintillion (1012) microbes huishi katika mwili wa kijana wa kawaida - hii ni zaidi ya seli zao za kibinadamu. Ikiwa tutajifunza kuelewa jinsi ya kuondoa hii - yetu wenyewe - utajiri, matarajio ya kuvutia yatafungua mbele yetu.

Kulingana na watu wenye matumaini, katika siku za usoni itakuwa kawaida kuingiza mtu aliye na aina zenye afya za vijidudu kwa njia ya prebiotics (misombo ambayo hufanya kama sehemu ndogo ambayo bakteria yenye faida inaweza kuzidisha), probiotics (bakteria hizi wenyewe) au kwa kinyesi. kupandikiza (kupandikiza microbiome ya intestinal tajiri kutoka kwa wafadhili) - ili apate kujisikia afya.

Watu wanapozungumza kuhusu microbiome, kimsingi wanamaanisha wenyeji wa njia ya utumbo, ambayo hufanya asilimia 90 ya microorganisms zetu. Walakini, viungo vingine vinajaa maisha: vijidudu hujaza sehemu yoyote ya mwili ambayo inagusana na ulimwengu wa nje: macho, masikio, pua, mdomo, mkundu, mfumo wa genitourinary. Kwa kuongeza, vijidudu vipo kwenye kipande chochote cha ngozi, hasa kwenye kwapa, perineum, kati ya vidole na kwenye kitovu.

Na hii ndio ya kushangaza sana: kila mmoja wetu ana seti ya kipekee ya vijidudu ambavyo hakuna mtu mwingine anaye. Leo, kulingana na Rob Knight wa Kituo cha Ubunifu wa Microbiome katika Chuo Kikuu cha California (San Diego), inaweza tayari kubishana kuwa uwezekano wa watu wawili walio na seti moja ya spishi kwenye vijiumbe hai unakaribia sifuri. Upekee wa microbiome inaweza kutumiwa katika uchunguzi wa uchunguzi, Knight alisema. "Yeyote aliyegusa kitu hufuatiliwa na 'alama ya vidole' ya microbiome ambayo huachwa kwenye ngozi ya mtu," anafafanua. Kweli, siku moja, wachunguzi, wakitafuta ushahidi, wataanza kukusanya sampuli za vijidudu wanaoishi kwenye ngozi, kama wanavyofanya leo kwa alama za vidole.

Katika makala haya, tutashiriki baadhi ya uvumbuzi muhimu uliofanywa na wanasayansi ambao wamesoma microbiome na jinsi inavyotuathiri kutoka kwa watoto wachanga hadi uzee.

Uchanga

Kijusi ndani ya tumbo ni kivitendo tasa. Kuminya kwa njia ya mfereji wa kuzaliwa, hukutana na maelfu ya bakteria. Wakati wa kujifungua kwa kawaida, mtoto "huoshwa" na microbes wanaoishi katika uke; kwa kuongeza, bakteria ya matumbo ya mama hupata juu yake. Vidudu hivi mara moja huanza kukaa ndani ya matumbo yake, kuingia katika aina ya mawasiliano na mfumo wa kinga unaoendelea. Kwa hiyo tayari katika hatua za mwanzo za kuwepo kwake, microbiome huandaa mfumo wa kinga kufanya kazi vizuri katika siku zijazo.

Ikiwa mtoto amezaliwa kwa njia ya upasuaji, hakuna mawasiliano na bakteria ya mama, na microorganisms nyingine hutawala matumbo yake - kutoka kwa ngozi ya mama na kutoka kwa maziwa ya mama, kutoka kwa mikono ya muuguzi, hata kutoka kwa kitani cha hospitali. Microbiome kama hiyo ya kigeni inaweza kutatiza maisha yote ya baadaye ya mtu.

Mnamo mwaka wa 2018, Paul Wilms kutoka Kituo cha Tiba ya Mifumo katika Chuo Kikuu cha Luxembourg alichapisha matokeo ya utafiti wa watoto 13 waliozaliwa asili na watoto 18 waliozaliwa kwa upasuaji. Wilms na wenzake walichambua kinyesi cha watoto wachanga na mama zao, pamoja na swabs za uke za wanawake katika leba. "Kaisaria" ilikuwa na bakteria chache sana zinazozalisha lipopolysaccharides na hivyo kuchochea maendeleo ya mfumo wa kinga. Kuna vijidudu vichache vilivyobaki kwa angalau siku tano baada ya kuzaliwa - hii, kulingana na Wilms, inatosha kusababisha matokeo ya muda mrefu ya kinga.

Baada ya muda, kwa kawaida kwa siku ya kuzaliwa ya kwanza, microbiomes ya watoto katika vikundi vyote viwili hupata kufanana. Hata hivyo, kwa mujibu wa Wilms, tofauti iliyoonekana katika siku za mwanzo za maisha ina maana kwamba katika mwili wa watoto waliozaliwa na sehemu ya cesarean, chanjo ya msingi haiwezi kupita, wakati ambapo seli za kinga hujifunza kujibu kwa usahihi kwa ushawishi wa nje. Pengine hii inaeleza kwa nini watoto hawa wana uwezekano mkubwa wa kupata matatizo mbalimbali yanayohusiana na utendaji kazi wa mfumo wa kinga, ikiwa ni pamoja na mizio, uvimbe na unene uliokithiri. Kulingana na Wilms, katika siku zijazo, labda, "Caesareans" watapewa probiotics, iliyoundwa kwa misingi ya matatizo ya bakteria ya mama, ili kujaza mfumo wao wa utumbo na microbes manufaa.

Utotoni

Mzio wa chakula umekuwa wa kawaida sana hivi kwamba shule zingine zimeweka vizuizi kwa chakula ambacho watoto wanaweza kuchukua kutoka nyumbani (kwa mfano, hawaruhusiwi kuleta baa za karanga au sandwichi za jam) ili wanafunzi wenzao wasipate mzio. Nchini Marekani, watoto milioni 5.6 wanakabiliwa na mizio ya chakula, yaani, kuna angalau watoto wawili hadi watatu katika kila darasa.

Sababu mbalimbali zinatajwa zinazoweza kusababisha kuenea kwa mzio, ikiwa ni pamoja na kuongezeka kwa watoto wanaozaliwa kwa njia ya upasuaji, na matumizi makubwa ya dawa za antibiotiki zinazoweza kuharibu bakteria wanaotulinda. Katherine Nagler na wenzake katika Chuo Kikuu cha Chicago waliamua kupima ikiwa kuenea kwa mizio ya chakula miongoni mwa watoto kunahusiana na muundo wa microbiome yao. Mwaka jana, walichapisha matokeo ya utafiti uliohusisha watoto wanane wa miezi sita, nusu yao wakiwa na mzio wa maziwa ya ng'ombe. Ilibadilika kuwa microbiomes ya wawakilishi wa vikundi viwili ni tofauti kabisa: katika matumbo ya watoto wenye afya kulikuwa na bakteria ya kawaida kwa watoto wanaoendelea vizuri wa umri wao, na bakteria ambayo ni tabia zaidi ya watu wazima walipatikana kwa wale wanaosumbuliwa na ng'ombe. mzio wa maziwa.

Katika watoto walio na mzio, Nagler alisema, mabadiliko ya polepole kutoka kwa microbiome ya utoto hadi kwa watu wazima "ilitokea kwa kasi isiyo ya kawaida."

Nagler na wenzake walipandikiza (kwa kutumia upandikizaji wa kinyesi) bakteria ya matumbo ya watoto "wao" ndani ya panya, waliozaliwa kwa njia ya upasuaji na kukulia chini ya hali ya kuzaa, ambayo ni, bila vijidudu kabisa. Ilibadilika kuwa panya tu zilizopandikizwa kutoka kwa watoto wenye afya hazikuonyesha majibu ya mzio kwa maziwa ya ng'ombe. Wengine, kama wafadhili wao, wamekuwa na mzio.

Uchunguzi zaidi ulionyesha kuwa jukumu kuu katika ulinzi wa kundi la kwanza la panya, inaonekana, lilichezwa na bakteria ya aina moja, iliyopatikana tu kwa watoto: Anaerostipes caccae kutoka kwa kikundi cha Clostridia. Clostridia pia huzuia allergy ya karanga, Nagler na wenzake walipatikana katika utafiti mmoja.

Nagler, rais na mwanzilishi mwenza wa kampuni inayoanzisha dawa ya ClostraBio yenye makao yake Chicago, anatumai kupima uwezo wa matibabu wa Anaerostipes caccae kwenye panya wa maabara na kisha kwa watu walio na mzio. Kazi ya kwanza ilikuwa kupata mahali kwenye matumbo ambapo kundi la bakteria yenye manufaa lingeweza kutua. Hata katika microbiome isiyo na afya, Nagler anasema, niches zote tayari zimejaa; ili Clostridia ipate mizizi mahali mpya, unahitaji kuwafukuza wenyeji wa zamani. Kwa hiyo, ClostraBio imeunda dawa ambayo inafuta niche fulani katika microbiome. Nagler na wenzake "kuagiza" kwa panya, na kisha kuwaingiza na aina kadhaa za Clostridia, pamoja na fiber ya chakula ambayo inakuza uzazi wa microbes. Nagler anatarajia kuanza majaribio ya kliniki ya Clostridia ndani ya miaka miwili ijayo, na hatimaye kuunda dawa kwa watoto walio na mzio wa chakula.

Vijidudu vya matumbo vinaweza pia kuhusishwa na magonjwa mengine kwa watoto, pamoja na kisukari cha aina ya I. Huko Australia, wanasayansi walichambua sampuli za kinyesi kutoka kwa watoto 93 ambao jamaa zao walikuwa na ugonjwa wa kisukari, na wakagundua kwamba wale ambao baadaye walipata ugonjwa huo walikuwa wameongeza kiwango cha enterovirus A kwenye kinyesi chao. Hata hivyo, mmoja wa majaribio, W. Ian Lipkin kutoka Meilmanovskaya Shule ya Afya ya Umma katika Chuo Kikuu cha Columbia, inaonya wenzake dhidi ya kuruka hadi hitimisho kwamba sababu za magonjwa fulani zinatokana tu na tofauti za microbiome. “Tunachojua kwa uhakika tu,” asema, “ni kwamba vijiumbe vidogo kwa njia fulani vinahusishwa na magonjwa fulani.”

Bado, Lipkin ana shauku juu ya mustakabali wa sayansi ya viumbe hai. Kulingana na utabiri wake, katika miaka hamsini ijayo, wanasayansi watafichua utaratibu wa athari za mikrobiome kwenye mwili na kuanza majaribio ya kimatibabu kwa binadamu ili kuonyesha jinsi afya inavyoweza kuboreshwa kwa “kuhariri” mikrobiome.

Vijana

Vijana wengi wana mwelekeo wa acne - na inaonekana kuna jambo linaloitwa "microbiome ya sebaceous." Ngozi ya wavulana inakaribisha hasa aina mbili za bakteria ya Cutibacterium acnes inayohusishwa na chunusi. Aina nyingi za bakteria hii ni salama au hata zina manufaa kwa sababu zinazuia ukuaji wa microbes za pathogenic; kwa kweli, bakteria hii ni sehemu kuu ya microbiome ya kawaida ya uso na shingo.

Hata hivyo, shida mbaya inaweza kufanya madhara mengi: uwepo wake, kulingana na Amanda Nelson, dermatologist katika Chuo Kikuu cha Pennsylvania College of Medicine, ni moja ya mahitaji ya maendeleo ya kuvimba. Miongoni mwa sababu nyingine za maendeleo ya ugonjwa huo, wanasayansi huita sebum (iliyotolewa na tezi za sebaceous ili kunyoosha ngozi), ambayo hutumika kama eneo la kuzaliana kwa C. acnes, follicles ya nywele na tabia ya kuvimba. Yote hufanya kazi pamoja, na kulingana na Nelson, bado hatujui ni lipi lililo muhimu zaidi.

Watafiti katika Chuo Kikuu cha Washington Shule ya Tiba walichunguza microbiome ya tezi za mafuta na kugundua kuwa matibabu ya chunusi ya muda mrefu, isotretinoin (inayojulikana kwa majina mbalimbali ya biashara), hufanya kazi kwa sehemu kwa kubadilisha microbiome ya ngozi, na kuongeza utofauti wa jumla wa microbes, kati ya ambayo ni vigumu zaidi kwa matatizo ya hatari kuchukua mizizi.

Sasa kwa kuwa wanasayansi wamejifunza kuwa isotretinoin inafanya kazi kwa kubadilisha muundo wa microbiome, wanaweza kujaribu kuunda dawa zingine zenye athari sawa, lakini kwa matumaini salama - baada ya yote, isotretinoin inaweza kusababisha kasoro za kuzaliwa kwa watoto ikiwa mama walichukua dawa wakati wa ujauzito. wakati wa ujauzito.

Ukomavu

Je, ikiwa unaweza kufanya zaidi na mazoezi yako kwa kuazima tu vijidudu vya matumbo ya mwanariadha? Swali hili liliulizwa na wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Harvard. Kwa muda wa wiki mbili, walikusanya sampuli za viti vya kila siku kutoka kwa wakimbiaji 15 walioshiriki mbio za Boston Marathon 2015 - kuanzia wiki moja kabla ya mbio na kumaliza wiki moja baadaye - na kuzilinganisha na sampuli za kinyesi zilizokusanywa kutoka kwa watu kumi katika kikundi cha kudhibiti pia zaidi ya wawili. wiki kutokimbia. Watafiti waligundua kuwa siku chache baada ya mbio za marathon, sampuli zilizochukuliwa kutoka kwa wakimbiaji zilikuwa na bakteria nyingi za Veillonella atypica kuliko zile za kikundi cha kudhibiti.

"Ugunduzi huu unaelezea mengi, kwa sababu Veilonella ina kimetaboliki ya kipekee: chanzo chake cha nishati cha kupenda ni lactate, chumvi ya asidi ya lactic," anasema Aleksandar Kostić wa Kituo cha Utafiti wa Kisukari cha Joslin na Shule ya Matibabu ya Harvard. "Na tulifikiria: labda Veilonella hutengana lactate ya misuli kwenye mwili wa mwanariadha?" Na, ikiwa hii ni kweli, inawezekana, kwa kuanzisha matatizo yake kwa watu mbali na michezo ya kitaaluma, kuongeza uvumilivu wao?

Kisha wanasayansi walishughulikia panya za maabara: Veilonella, iliyotengwa na kinyesi cha mmoja wa wakimbiaji, ilidungwa ndani ya panya 16 na microbiome ya kawaida iliyojaribiwa kwa pathogens. Kisha masomo yaliwekwa kwenye kinu na kulazimishwa kukimbia hadi kuchoka. Vile vile vilifanyika na panya za kudhibiti 16; tu walidungwa na bakteria ambazo hazitumii lactate. Kama ilivyotokea, panya "walioambukizwa" na Veilonella walikimbia kwa muda mrefu zaidi kuliko wanyama wa kudhibiti, ambayo ina maana, watafiti wanaamini, microbiome inaweza kuchukua jukumu muhimu katika kudumisha utendaji.

Kulingana na Kostich, jaribio hili ni "mfano mzuri wa kile symbiosis inatupa." Veilonella hustawi wakati mtu, mtoaji wake, kama matokeo ya shughuli za mwili hutoa lactate, ambayo hulisha, na, kwa upande wake, humnufaisha mtu kwa kubadilisha lactate kuwa propionate, ambayo inathiri utendaji wa mwenyeji, kwa sababu, kati ya mambo mengine., huongeza contractions ya mzunguko wa moyo na inaboresha kimetaboliki ya oksijeni, na pia, iwezekanavyo, kuzuia maendeleo ya kuvimba katika misuli.

"Aina hii ya uhusiano inaonekana kuwa msingi wa mwingiliano kati ya wanadamu na viumbe hai," anaelezea Kostich. "Mwishowe, uhusiano kati yao ni wa manufaa kwa pande zote."

Microbiome inaweza pia kuwajibika kwa vipengele visivyopendeza vya asili ya binadamu, ikiwa ni pamoja na hali ya akili kama vile wasiwasi na huzuni. Mnamo mwaka wa 2016, wanasayansi kutoka Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Ireland huko Cork walichapisha matokeo ya utafiti wa ushawishi wa microbiome juu ya maendeleo ya unyogovu. Watafiti waligawanya panya 28 za maabara katika vikundi viwili. Kikundi cha majaribio kilipokea kupandikizwa kwa microflora ya matumbo kutoka kwa wanaume watatu wanaosumbuliwa na unyogovu mkali, na kikundi cha udhibiti - kutoka kwa wanaume watatu wenye afya.

Ilibadilika kuwa microbiome ya utumbo ya watu wanaosumbuliwa na unyogovu ilitumbukia katika unyogovu na panya. Ikilinganishwa na wanyama wa kudhibiti, walionyesha kupoteza maslahi katika shughuli zinazoleta furaha (katika panya hii imedhamiriwa na mara ngapi wanataka kunywa maji tamu), na kuongezeka kwa wasiwasi, walionyesha katika tamaa yao ya kuepuka maeneo ya wazi au isiyojulikana ya maabara. labyrinth.

Kwa kuzingatia tofauti kubwa kati ya panya na wanadamu, watafiti wanaona utafiti wao unatoa ushahidi mpya kwamba microbiome ya utumbo inaweza kuchukua jukumu katika unyogovu. Wanasema hivi karibuni, siku inaweza kuja ambapo mshuko-moyo na matatizo mengine kama hayo yatapigwa vita, kutia ndani kulenga bakteria fulani katika mwili wa binadamu.

Uzee

Microbiome ni sugu na kioevu kwa wakati mmoja. Muundo wake wa kipekee kwa kiasi kikubwa huundwa na umri wa miaka minne, na mambo muhimu tu yanaweza kuathiri - kwa mfano, mabadiliko ya chakula, ukubwa wa shughuli za kimwili au muda uliotumiwa nje, kuhamia mahali pa makazi mapya, matumizi. antibiotics na dawa zingine. Walakini, kwa maana fulani, microbiome iko katika mabadiliko ya kila wakati, inabadilika kwa hila kwa kila mlo. Kwa watu wazima, mabadiliko haya yanaweza kutabirika hivi kwamba umri wako unaweza kuamuliwa kwa kujifahamisha tu na seti ya bakteria wanaoishi kwenye matumbo.

Mbinu hii, inayojulikana kama "kuamua umri kwa saa ndogo ya kuzeeka," inahitaji usaidizi wa akili ya bandia, kama vile jaribio lililofanywa hivi majuzi na kampuni ya Insilico Medicine ya Hong Kong. Wanasayansi wamekusanya taarifa juu ya viumbe hai vya watu 1165 kutoka Ulaya, Asia na Amerika Kaskazini. Theluthi moja yao walikuwa na umri wa miaka 20-30, mwingine wa tatu - 40-50, na wa mwisho - miaka 60-90.

Wanasayansi, kwa kuashiria umri wa flygbolag zao, waliweka data kwenye asilimia 90 ya microbiomes kwa "tafsiri ya kompyuta", na kisha wakatumia mifumo iliyotambuliwa na akili ya bandia kwa microbiomes ya asilimia kumi iliyobaki ya watu ambao umri wao haukuwekwa alama. Iliwezekana kuanzisha umri wao na kosa la miaka minne tu.

Inamaanisha nini "kuhariri" microbiome yako na kuishi kwa amani? Ole, hata washiriki wakubwa wa sayansi ya microbiome wanasema kuwa ni vigumu kufikia hitimisho sahihi kuhusu uhusiano kati ya microbiome na afya ya binadamu hadi sasa, na kusisitiza kwamba uangalifu mkubwa lazima uchukuliwe katika mpito wa matibabu na vipandikizi vya bakteria.

Wengi sasa wanashangaa juu ya uwezekano wa microbiota kutumika kama dawa, anasema Paul Wilms wa Chuo Kikuu cha Luxembourg, akibainisha kuwa makampuni ya dawa yanatengeneza probiotics mpya ili kusawazisha microbiome.

"Kabla hatujaweza kuifanya kwa usahihi na kwa akili," anasema Wilms, "tunahitaji kuelewa kwa undani ni nini microbiome yenye afya na jinsi inavyoathiri mwili wa binadamu. Nadhani bado tuko mbali sana na hilo."

Microbes ndani yetu

• koloni - 38 quintillion
• plaque - 1 quintillion
• ngozi - bilioni 180
• mate - bilioni 100
• utumbo mwembamba - bilioni 40
• tumbo - milioni 9

Tazama microbiome

Picha zote katika nakala hii zilichukuliwa na Martin Eggerly kwa kutumia darubini ya elektroni ya skanning: sampuli zilikaushwa, atomi za dhahabu zilinyunyiziwa juu yao na kuwekwa kwenye chumba cha utupu. Urefu wa urefu wa boriti ya elektroni ya darubini ni mfupi kuliko mwanga unaoonekana, hivyo boriti "huangazia" vitu vidogo zaidi, lakini nje ya wigo wa rangi. Viumbe vidogo vilivyotiwa rangi, rangi ambayo inajulikana, katika rangi hizi, katika hali nyingine alichagua gamut tofauti ili microbes na sifa zao za tabia ziweze kujulikana.