Rob Knight pogledaj što je u tebi. Pogledaj što je u tebi

Živimo u eri prave revolucije u mikrobiologiji. Najnovija tehnologija omogućila je znanstvenicima da urone u svijet mikroskopskih stvorenja koja nastanjuju naše tijelo i dođu do nevjerojatnih otkrića u ovom svijetu. Ispostavilo se da mikrobi, koji žive u nezamislivim količinama u gotovo svakom kutku našeg tijela, igraju mnogo važniju ulogu nego što smo dosad mislili: ne samo da o njima ovisi naše fizičko zdravlje, oni određuju naše raspoloženje, naš ukus i samu našu osobnost . O tim znanstvenim otkrićima čujemo iz prve ruke: autor knjige, Rob Knight, jedan je od vodećih mikrobiologa današnjice, koji stvara znanost budućnosti pred našim očima.

Serija: TED knjige

* * *

od strane tvrtke Liters.

1. Mikroorganizmi u našem tijelu

Dakle, pokušajmo procijeniti koliko mikroba živi u nama.

Ako računamo po težini, onda ih u tijelu odrasle osobe ima u prosjeku oko jedan i pol kilogram. To vašu mikrobiotu čini jednim od najvećih organa, koji se po težini može mjeriti s mozgom i tek neznatno inferiornijim od jetre.

Već znamo da u smislu apsolutnog broja stanica mikroorganizmi nadmašuju ljude u omjeru deset prema jedan. Što ako usporedimo naš DNK? Svatko od nas ima otprilike dvadeset tisuća ljudskih gena. A u isto vrijeme nosimo između dva i dvadeset milijuna mikrobnih gena. To znači, nažalost, da smo genetski najmanje 99% mikrobi!

Da se ne biste toliko uvrijedili, pogledajte ovo sa stajališta složenosti ljudskog uređaja. Svaka ljudska stanica sadrži mnogo više gena od mikrobne. Samo što u vašem tijelu ima toliko mikroba da zbroj svih njihovih gena nadmašuje vaše.

Organizmi koji žive u nama i na nama vrlo su raznoliki. Većina (ali ne svi) su jednostanični. Oni predstavljaju sve tri glavne grane evolucijskog stabla. Predstavnici kraljevstva arhea žive u crijevima - jednostanični organizmi koji nemaju jezgre; najčešći od njih su metanogeni, koji postoje bez kisika, pomažu u probavi hrane i oslobađaju plin metan (imaju ga i krave).

Slijede eukarioti: gljivice mikoze kože i kvasci koji koloniziraju vaginu, a ponekad i crijeva. Ali bakterije dominiraju nad svima - na primjer, Escherichia coli ( Escherichia coli), E. coli, koju povezujemo prvenstveno s probavnim smetnjama, do kojih dolazi zbog loše opranog zelja. Međutim, bezopasne i korisne varijante ove bakterije gotovo su uvijek prisutne u našoj unutrašnjosti.

I svaki dan, zahvaljujući novim tehnologijama, učimo da je ovaj svijet još raznolikiji nego što smo prije mislili. Kao da hodamo oceanom s koćom s vrlo velikim ćelijama, a onda bismo nakon pregleda ulova zaključili da u moru ima samo kitova i golemih lignji. Sada smo otkrili da je život koji imamo unutra puno raznolikiji. Na primjer, možete pretpostaviti da su bilo koje dvije bakterije u vašim crijevima koje napadnu vaš posljednji sendvič vrlo slične jedna drugoj, poput, recimo, inćuna ili sardine. No zapravo nemaju ništa više zajedničkog od morskog krastavca (holoturija) i velike bijele psine: to su dva bića potpuno različitog ponašanja, prehrane i ekološke uloge.

Gdje se nalaze svi naši mikrobi i koja je njihova uloga? Da bismo to saznali, krenimo u obilazak našeg tijela.

Kažu da je Napoleon, vraćajući se iz vojnog pohoda, napisao carici Jozefini: "Bit ću u Parizu sutra navečer. Nemoj se kupati." Više je volio prirodni miris svoje obožavane žene i koncentrirao se. Ali zašto, kada nakratko ostanemo bez sapuna, dezodoransa, pudera i parfema, iz nas počne tako smrditi? Uglavnom zbog mikroba koji se hrane našim izlučevinama i čine ih još smrdljivijima.

Znanstvenici još uvijek pokušavaju, oprostite na igri riječi, nanjušiti kojoj praktičnoj svrsi služi aktivnost stvorenja koja žive na našem najvećem organu, koži. Jedno je sigurno: doprinose stvaranju mirisa našeg tijela, uključujući i one komponente tog mirisa koje privlače komarce. Kao što je već navedeno, insekti koji sišu krv stvarno više vole mirise nekih ljudi od drugih, a za to su krivi mikrobi. Oni razgrađuju tvari koje koža oslobađa u hlapljive spojeve koji se komarcima mogu ili ne moraju svidjeti. Štoviše, različite vrste komaraca preferiraju različite dijelove našeg tijela. Na primjer, za Anopheles gambiae, jednog od glavnih prijenosnika malarije, najatraktivniji miris nije miris pazuha, već miris ruku i stopala.

U tom smislu nameće se primamljivo rješenje: utrljate li antibiotik na kožu ruku i stopala, možete spriječiti napad ove vrste komaraca, jer ubijanjem klica ubijate i miris.

Mikrobi koji žive na našoj koži - kao i svi drugi mikrobi - ne postoje nužno samo radi naše dobrobiti. Ali oni nam, kao savjesni stanovnici, doista puno pomažu: time što žive na nama, sprječavaju druge, štetne mikrobe da nas zaraze. Različiti mikrobi žive na različitim područjima kože, a raznolikost - broj vrsta - nije nužno proporcionalan broju mikroba prisutnih na određenom području. Ponekad je upravo suprotno. Da upotrijebimo američku analogiju, zamislite da je Vermont (600 000 stanovnika) etnički raznolik kao Los Angeles (deset milijuna), a Los Angeles je postao jednonacionalan kao i Vermont. Imate ogroman broj klica na čelu i ispod ruku, ali relativno malo vrsta; i obrnuto, na rukama (dlanovima i podlakticama) ima relativno malo mikroba, ali su vrlo raznoliki. Zajednice mikroba na rukama žena obično su raznolikije nego one muškaraca, a ta razlika postoji unatoč pranju ruku, što sugerira da razlog, iako još nepoznat, leži u biološkim razlikama.

Štoviše, otkrili smo da se klice koje žive na vašoj lijevoj ruci razlikuju od onih koje žive na vašoj desnoj ruci. Možete trljati ruke, pljeskati rukama i dirati iste površine s obje ruke - svaka još uvijek razvija zasebnu mikrobnu zajednicu. Ova je činjenica nadahnula profesora Noaha Firera sa Sveučilišta Colorado u Boulderu i mene da pokušamo reproducirati jedno od najpoznatijih otkrića u općoj biologiji. Svojedobno, pokušavajući objasniti distribuciju i distribuciju organizama na izoliranim otocima te odnos raznolikosti vrsta i okupiranog teritorija, britanski biolog i antropolog Alfred Russel Wallace, zajedno s drugim znanstvenicima, razvio je kompleksnu teoriju biogeografije. Wallace, Darwinov suvremenik, koji je istodobno i neovisno razvio doktrinu prirodne selekcije, kartirao je crtu koja prolazi kroz modernu Indoneziju i Maleziju i odvaja azijsku faunu (majmune i nosoroze) od australske (kakadua i klokana). Firer i ja smo se pitali je li moguće povući istu "Wallaceovu liniju" na tipkovnici računala između tipki G i H - ta bi linija, u teoriji, trebala razdvajati polovice tipkovnice s jasno različitim mikrobnim populacijama. Također smo htjeli vidjeti hoće li razmaknica imati više vrsta mikroba, jednostavno zato što je mnogo duža od svih ostalih.

Naši su rezultati potvrdili postojanje neke vrste "Wallaceove linije", ali pronašli smo nešto mnogo iznenađujuće: svaki prst i njegovu odgovarajuću tipku karakterizira približno ista zajednica mikroba. Također smo uspjeli odrediti vlasnike računalnog miša s točnošću do 90% iz mikrobnog profila dlana. Mikrobna zajednica na vašoj ruci jako se razlikuje od sličnih zajednica drugih ljudi (u pogledu raznolikosti vrsta - u prosjeku 85%), što znači da svatko od nas, osim uobičajenih, ima i mikrobne otiske prstiju.

Otišli smo dalje i proveli eksperimente kako bismo otkrili koliko puta morate dodirnuti predmet da biste ostavili jasan mikrobni trag. Ova je studija još uvijek previše nepotpuna da bi se mogla koristiti na sudu. Ali televizija ima, recimo to tako, pojednostavljeni standard dokaza, pa je nedugo nakon što smo objavili članak na tu temu, prikazana još jedna epizoda Crime Scene Investigation: Miami, gdje se radnja temeljila na forenzičkom pregledu mikrobnog otiska prsta.

U međuvremenu, forenzički mikrobiolog David Carter preselio se iz Nebraske na Havaje kako bi tamo postavio "sahranu tijela". "Što je?" - pitate Forenzičari se često suočavaju sa zadatkom utvrđivanja prije koliko je vremena nastupila smrt osobe čiji leš pregledavaju. U Carterovom "rezervatu" u raznim su uvjetima pohranjena tijela umrlih koja daruju rodbina i razne institucije, a znanstvenici neprestano analiziraju brzinu njihove raspadanja. Istodobno se uočava zapanjujući kontinuitet mikrobnih zajednica. Kao što se na goloj stijeni prvo pojavljuju kolonije lišajeva, zatim redom mahovine, trave, korov, grmlje i na kraju drveće, tako i proces truljenja teče određenim redoslijedom.

Jessica Metcalfe, postdoktorandica u mom laboratoriju na Sveučilištu Colorado u Boulderu, postavila je vlastito minijaturno "utočište tijela" koristeći četrdeset mrtvih miševa (umrli su u drugim eksperimentima s lijekovima za kardiovaskularne bolesti i rak). Jessica je otkrila da može točno odrediti vrijeme smrti unutar tri dana. To je otprilike ista margina pogreške kao kod trenutno korištene metode insekata. Zašto nam je onda potrebna mikrobiološka metoda?

Odgovor: insekti ipak moraju pronaći mrtvo tijelo, a mikroorganizmi su uvijek tu, a to može biti korisno u slučajevima kada na mjestu zločina nema insekata.

Nos i pluća

Sljedeća točka našeg obilaska tijela bit će nos. Određene vrste mikroba žive u ljudskim nosnicama, uključujući Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus), koji uzrokuje infekcije stafilokokom u bolnicama. Stoga se čini da su zdravi ljudi često “dom” opasnih mikroba. Vjerujemo da bi u ovom slučaju objašnjenje moglo biti sljedeće: druge bakterije koje žive u našem nosu ne dopuštaju Staphylococcus aureusu da zavlada, odnosno zavlada nosom. Još jedno zanimljivo opažanje: okolina snažno utječe na to koje će se vrste mikroorganizama naseliti u našem nosu. Djeca s raznolikijom populacijom nosnih mikroba, poput one koja živi u ruralnim područjima u blizini životinja, imaju manju vjerojatnost da će u budućnosti razviti astmu i alergije. Ispostavilo se da je petljanje po blatu ponekad korisno.

Silazeći u pluća, obično nalazimo samo mrtve bakterije. Unutarnja površina pluća, koja je izložena zraku, sadrži koktel antimikrobnih peptida: sićušnih proteina koji trenutno ubijaju bakterije koje tamo dospiju. No, u plućima bolesnika s cističnom fibrozom ili virusom humane imunodeficijencije (HIV) ponekad se pronađu opasni mikroorganizmi koji pridonose razvoju plućnih bolesti.

Znanstvenici se još uvijek spore oko toga ima li svatko od nas zasebnu zajednicu mikroba u grlu ili su tamo prisutni samo oni mikrobi koji dolaze iz usta. No, već je poznato da se klice u grlu pušača razlikuju od onih kod nepušača, što vjerojatno znači da pušenje ne šteti samo nama samima, već i bićima koja žive u nama.

Usta i želudac

Vjerojatno ste samo čuli za loše bakterije u ustima—one koje uzrokuju bolesti desni i karijes. Jedan od njih, Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans), isto je stvorenje koje nam uništava zube. Pojavio se, očito, u vezi s razvojem poljoprivrede, kada je prehrana naših predaka oštro obogaćena ugljikohidratima, osobito šećerima.

Baš poput štakora koje smo nesvjesno pripitomili i hraneći se našim otpadom, neke su bakterije naučile živjeti u našim tijelima. Srećom, većina "udomaćenih" bakterija je korisna - one stvaraju biofilm koji sprječava "loše" bakterije. Oralni mikrobi čak mogu pomoći u regulaciji krvnog tlaka opuštanjem arterija pomoću dušikovog oksida (rođaka dušikovog oksida kojeg ste susreli na zubarskoj stolici) koji ispuštaju.

Druga vrsta, Plautov štapić ( Fusobacterium nucleatum), obično prisutna u ustima zdrave osobe, ali također može pridonijeti razvoju parodontne bolesti. F. nucleatum je od interesa jer se te bakterije nalaze unutar tumora debelog crijeva, ali još ne znamo je li to uzrok ili posljedica: F. nucleatum uzrokuje rak ili je jednostavno reakcija na uvjete u kojima se tumor razvija.

Mikrobna populacija u ustima također je vrlo raznolika. Čak i različite strane istog zuba mogu biti kolonizirane različitim mikrobnim zajednicama, ovisno o nizu čimbenika, uključujući pristup kisiku i navike žvakanja.

U želucu, gdje je okolina kisela gotovo kao u automobilskom akumulatoru, samo nekoliko vrsta organizama može preživjeti, ali oni igraju veliku ulogu. Jedna od tih bakterija, Helicobacter pylori ( Helicobacter pylori, H. pylori), toliko dugo koegzistira s ljudima da se proučavanjem njegovih sojeva kod predstavnika različitih naroda može saznati koji su narodi međusobno povezani i s kim su kontaktirali tijekom migracijskog procesa.

H. pylori igra ključnu ulogu u nastanku čira na želucu i tankom crijevu, kada, kao posljedica razaranja sluznice, želučani sok počinje nagrizati tkiva. Početni simptomi uključuju halitozu i žareću bol u želucu, nakon čega slijede mučnina i krvarenje. Dugi niz godina liječnici su uzročnikom čira smatrali stres i neishranjenost te preporučivali mirovanje, mirovanje, isključivanje začinjene hrane, alkohola i kave, propisivali mlijeko i antacide. Bolesnici su osjetili olakšanje, ali su se rijetko potpuno oporavili.

U 1980-ima, australski liječnici Barry Marshall i J. Robin Warren pokazali su da je većina čira uzrokovana bakterijom. H. pylori stoga liječenje treba uključivati antibiotike ili antibakterijske lijekove, poput onih koji sadrže bizmut. Marshall je bio toliko uvjeren da je u pravu da je osobno popio kulturu H. pylori- i zaradio gastritis (koji je brzo izliječio) i Nobelovu nagradu (koju je podijelio s Warrenom).

Međutim, danas znamo da su više od polovice cjelokupnog stanovništva Zemlje kliconoše H. pylori. Zašto velika većina njih nema čireve? Čini se da je ova bakterija samo jedan od mnogih faktora rizika za ovu bolest: nužan, ali ne i dovoljan. Pokazalo se da mnogi zdravi ljudi mogu biti kliconoše H. pylori, kao i brojne druge bakterije koje povezujemo s bolestima. Jedan od ciljeva i nada znanosti o mikrobiomu jest otkriti kako i zašto nas ti mikroorganizmi ponekad iznenada napadnu.

Crijeva

Zatim prelazimo na crijeva. Vjerujemo da je to najveća i najvažnija mikrobna zajednica u ljudskom tijelu. Ako ste mikrob koji živi u čovjeku, onda je ovo vaš kapital. Metropola dugačka i do deset metara, puna krivudavih ulica i zakutaka. Mikrobi su ovdje prostranstvo: toplina, obilje hrane i pića, a kanalizacija je nadohvat ruke. S mikrobnog gledišta, naša crijeva su poput New Yorka i neke istočne naftne prijestolnice u isto vrijeme - bezbroj stanovnika i dostupna energija.

Apsorpcija hranjivih tvari iz hrane u krv uglavnom se događa u tankom crijevu. U debelom crijevu se apsorbira voda, a također se uz pomoć enzima koje luče korisni mikroorganizmi razgrađuju vlakna koja u neprobavljenom obliku dolaze iz tankog crijeva. Time se oslobađa još više energije. Živeći u probavnom traktu, crijevni mikrobi u velikoj mjeri upravljaju našim metabolizmom. Oni određuju što možemo jesti, koliko kalorija apsorbiramo, kojim hranjivim tvarima i toksinima smo izloženi, kako lijekovi utječu na nas.

Sa znanstvenog gledišta, još je jedna činjenica o ovoj važnoj mikrobnoj zajednici od velike važnosti: odavde je vrlo lako dobiti uzorke. Klice, žive ili mrtve, jednostavno se izbace, obično nakon jutarnje kave. U osnovi, izmet sadrži mikroorganizme iz posljednjeg, distalnog, dijela debelog crijeva. Unatoč određenoj razlici u sastavu zajednica tankog i debelog crijeva, ta je razlika općenito beznačajna u usporedbi s razlikama između mikrobnih zajednica dviju različitih osoba. To jest, pokreti crijeva gotov su portret jedinstvene mikrobne zajednice vaših crijeva.

Istina, donekle je iskrivljena slika koju dobivamo analizom izmeta. Na primjer, E coliČesto se u naslovima naziva užasno opasnom bakterijom koja povremeno nađe put do hrane zbog neadekvatnih sanitarnih uvjeta, a zapravo nije nužno opasna sama po sebi. Znamo za njega samo zato što se nalazi u izmetu (ako se nalazi u povrću ili mesu E coli ovo je znak fekalne kontaminacije). Zapravo, u crijevima zdrave osobe nema toliko ovih bakterija: samo jedna stanica na deset tisuća stanica drugih mikroorganizama. Svojom slavom E coli zahvaljuje tome što, među ostalim mikroorganizmima, ima ulogu korova, poput kvinoje ili maslačka, a najbolje raste u Petrijevoj zdjelici. Isto vrijedi i za niz drugih bakterija, čiju smo ulogu desetljećima preuveličavali iz jednog jedinog razloga: lako ih je uzgojiti u laboratoriju.

Većina mikroba u našim crijevima daleko je manje stabilna i još ne znamo kako ih uzgojiti. in vitro(u ovom slučaju u laboratoriju). U osnovi pripadaju dvjema velikim skupinama bakterija - firmicutes ( Firmicutes) i bakteroidi ( Bacteroides) - i igraju važnu ulogu u probavi hrane i apsorpciji lijekova. Osim toga, povezuju se s nizom bolesti, uključujući pretilost, upalnu bolest crijeva, rak debelog crijeva, bolesti srca, multiplu sklerozu i autizam. Zato je otkriće poput sekvenciranja sljedeće generacije napravilo pravu revoluciju. Napokon možemo vidjeti ono što je dosad bilo nevidljivo.

Genitalije

Prije svega, moram priznati vlastito neznanje: još uvijek znamo vrlo malo o mikrobima koji žive izvan i unutar penisa. Mora se reći da mikrobiologija, znanost koja je započela činjenicom da je nizozemski znanstvenik Anthony van Leeuwenhoek ispitivao spermu pod mikroskopom, između ostalog, nije dobro proučila muško spolovilo. Ipak, neki pomaci su već postignuti.

Imam kolegu (koji želi ostati anoniman kako ne bi postao plijen TV ljudi) koji proučava širenje spolno prenosivih bolesti (STD) među tinejdžerima. Dio njegovih radova vezan je uz proučavanje mikrobioma penisa adolescenata. Da bi to učinio, redovito su mu potrebni uzorci sperme, štoviše, uzimani redovito i odmah nakon spolnog odnosa. Dakle, kada ovaj čovjek primi telefonski poziv od jednog od svojih "klijenata", moj kolega, u svojoj uobičajenoj odjeći - dugoj kosi, kožnoj jakni i zlatnim lancem oko vrata - ulazi u bijeli laboratorijski kombi i odlazi uzorkovati vaše sinove ' penisa. Naravno, sve je to isključivo radi znanosti. A ima i takvih svjesnih roditelja koji na to potpišu službenu suglasnost!

U svakom slučaju, do sada nije provedeno dovoljno istraživanja u ovom području (možda djelomično zato što se previše ljudi počne blesavo cerekati kada opisuju tu temu), pa bi rad moje kolegice mogao biti prekretnica u stvaranju mikrobioma penisa - u bolesti i dobrog zdravlja.

Vagina je, za razliku od penisa, vrlo dobro proučena. Mikroflorom zdrave odrasle žene europskog podrijetla obično dominira samo nekoliko vrsta bakterija mliječne kiseline iz roda Lactobacillus ( Lactobacillus). Ne brinite, to nisu bakterije koje mlijeko pretvaraju u jogurt, ali su bliski srodnici koji također proizvode mliječnu kiselinu, održavajući vaginu kiselom. Evo što je Jacques Ravel, profesor mikrobiologije i imunologije na Sveučilištu Maryland, pokazao u svom radu: vrste koje dominiraju vaginalnom mikrobnom zajednicom određene žene mogu se mijenjati tijekom vremena, uključujući različita razdoblja menstrualnog ciklusa, kada stanice koje prerađuju željezo razvijaju se zbog krvotoka bakterije deferribacter ( Deferribacter). Ženske vaginalne bakterije mogu se promijeniti čak i promjenom spolnog partnera.

Donedavno su gotovo sva istraživanja vaginalne mikroflore bila usmjerena na borbu protiv spolno prenosivih bolesti. Znanstvenici su proučavali ulogu vaginalnih mikroba u bolesti zvanoj bakterijska vaginoza, a također su pokušali utvrditi mogu li vaginalni mikrobi pomoći ili spriječiti prijenos raznih spolno prenosivih infekcija, uključujući HIV.

Međutim, pokazalo se da nisu svi zdravi vaginalni mikrobiomi isti. Nova otkrića upućuju na to da se mikrobne zajednice zdravih žena, osobito Hispanoamerikanki, Afroamerikanki, bijelki i Azijata, jako razlikuju prema podrijetlu. I, kao što ćemo vidjeti, u određenoj mjeri vaginalni mikrobi mogu odrediti našu sudbinu.

* * *

Gornji uvodni fragment knjige Pogledaj što je u tebi. Kako mikrobi koji žive u našem tijelu određuju naše zdravlje i našu osobnost (Rob Knight, 2015.) osigurao naš partner u knjizi -

Pogledaj što je u tebi. Kako mikrobi koji žive u našem tijelu određuju naše zdravlje i našu osobnost

Ogroman utjecaj sićušnih mikroba

ROB VITEZ

S BRENDANOM BUHLEROM

TED, TED logo i TED Books zaštitni su znakovi TED Conferences, LLC

TED BOOKS i kolofon registrirani su zaštitni znaci TED Conferences, LLC

Omot i dizajn interijera MGMT. dizajn Ilustracije Olivia de Salve Villedieu

CORPUS ® Naklada

Mojim roditeljima, Alison i Johnu, sa zahvalnošću za njihove gene, njihove ideje i njihove mikrobe

Predgovor

Znamo tko ste: ljudsko biće, dvonožna životinja s beskonačnim mogućnostima uma, nasljednik svega, koji nikada nije pročitao nijedan korisnički ugovor do kraja - samo označite gdje je potrebno. A sada se upoznajte, to ste i vi: trilijuni sićušnih stvorenja koja žive u vašim očima, ušima i ogromnim posjedima, zvanim vaša crijeva. I ovaj unutarnji mikrokozmos može promijeniti vaše razumijevanje vaših bolesti, vašeg zdravlja i vas samih.

Zahvaljujući novim tehnologijama (od kojih su mnoge razvijene u proteklih nekoliko godina), znanstvenici danas znaju više nego ikad prije o mikroskopskim oblicima života u nama. A ono što učimo je nevjerojatno. Ovi jednostanični organizmi - mikrobi - ne samo da su mnogo brojniji nego što smo mislili, oni žive u nezamislivim brojevima u gotovo svakom kutku našeg tijela i igraju mnogo važniju ulogu nego što bismo ikada mogli zamisliti: toliko mnogo aspekata našeg života ovisi o na njih.zdravlju pa i našoj osobnosti.

Skup mikroskopskih bića kojima naše tijelo služi kao dom naziva se ljudska mikrobiota (ponekad i mikroflora i mikrofauna), a ukupnost njihovih gena ljudski mikrobiom. I, kao što je često slučaj sa znanstvenim otkrićima, nove činjenice o mikrokozmosu tjeraju nas da ponizimo svoj ego. Astronomija nam je već objasnila da naš planet uopće nije središte svemira, evolucija nas je naučila da je čovjek samo jedna od životinjskih vrsta. Sastavljanje ljudskog mikrobioma uči nas da je u domu našeg tijela naš vlastiti glas zagušen zborom neovisnih (i međuovisnih) oblika života sa svojim vlastitim planovima i planovima.

Koliko se mikroorganizama nalazi u nama? Vi se sastojite od oko deset trilijuna ljudskih stanica - ali vaše tijelo sadrži oko sto trilijuna mikrobnih stanica. Odnosno, vi u velikoj mjeri niste vi.

Ali to ne znači da je čovjek samo spremnik sićušnih bića koja su slučajno ušla u njegovo tijelo i širila bolesti. Zapravo, živimo u ravnoteži s cjelokupnom zajednicom mikroorganizama koja nas nastanjuje. Njihova uloga nije ograničena na ulogu pasivnih putnika – uključeni su u temeljne životne procese, uključujući probavu, imunološke reakcije, pa čak i ponašanje.

Cjelokupnost mikroba u nama predstavlja nešto poput ujedinjenja raznih zajednica. Različite dijelove tijela nastanjuju različite skupine vrsta koje imaju specijalizirane funkcije. Mikrobi koji žive u ustima razlikuju se od onih koji žive na koži ili u crijevima. Mi nismo samo pojedinci; svatko od nas je ekosustav.

Raznolikost mikroorganizama pomaže objasniti čak i takve individualne karakteristike koje smo pripisivali slučaju ili lošoj sreći. Zašto neki od nas toliko vole komarce? Na primjer, ovi mali demoni mene gotovo ne grizu, dok mojoj prijateljici Amandi lete kao pčele na med. Ispostavilo se da neki od nas stvarno ukusniji sa stajališta komaraca, a glavni razlog ovakvog selektivnog “apetiziranja” su razlike u sastavu mikrobnih zajednica koje žive na našoj koži (više o tome u 1. poglavlju).

I to nije sve: raznolikost mikroba koji žive na nama iu nama je nevjerojatna. Vjerojatno ste čuli da smo, ako usporedimo DNK, svi mi ljudi otprilike isti: naš genom je 99,99% isti kao genom bilo koje druge osobe, poput vašeg susjeda. Ali to se ne odnosi na mikrofloru vaših crijeva: ovdje se može podudarati samo 10% mikroba.

To može objasniti ogromne razlike među ljudima - od razlika u težini do različitih alergija, od vjerojatnosti da se razbolite do razine tjeskobe. Tek počinjemo sistematizirati - i razumijevati - ovaj bezgranični mikrokozmos, ali zaključci prvih studija već su porazni.

Beskrajna raznolikost mikrobnog svijeta posebno je impresivna kada se uzme u obzir da prije samo četrdeset godina nismo imali pojma koliko su jednostanični organizmi brojni i koliki nevjerojatan broj vrsta broje. Prije toga, osnovni principi klasifikacije živih organizama temeljili su se na knjizi Charlesa Darwina "Podrijetlo vrsta", koja je objavljena 1859. godine. Darwin je nacrtao stablo evolucije, grupirajući sve organizme prema zajedničkim fizičkim značajkama: kratkokljune zebe, dugokljune zebe i tako dalje; i dugo je vrijeme ovo načelo ostalo temeljem klasifikacije i taksonomije.

Tradicionalne ideje o životu temeljile su se na onome što su ljudi mogli vidjeti u svijetu oko sebe – golim okom ili kroz mikroskop. Veći organizmi su podijeljeni na biljke, životinje i gljive. Preostali jednostanični organizmi spadaju u dvije široke kategorije: protiste (praživotinje) i bakterije. Što se tiče biljaka, životinja i gljiva, bili smo u pravu. Ali naše ideje o jednostaničnim organizmima pokazale su se apsolutno pogrešnim.

Godine 1977. američki mikrobiolozi Carl Woese i George E. Fox predložili su novu verziju "drveta života", temeljenu na usporedbi različitih oblika života na staničnoj razini pomoću ribosomske ribonukleinske kiseline, srodne DNK, koja je prisutna u bilo kojoj stanici i uključen je u sintezu proteina. Slika je bila zapanjujuća. Woese i Fox otkrili su da su jednostanični organizmi raznolikiji od svih biljaka i životinja zajedno. Kako se pokazalo, životinje, biljke, gljive; svi ljudi, meduze, balegari; bilo koji pramen algi, bilo koja mrlja mahovine, kalifornijske sekvoje koje se penju; svi lišajevi i šumske gljive - sva živa bića koja vidimo oko sebe - samo su tri izdanka na kraju jedne grane evolucijskog stabla. Njegovi glavni stanovnici su jednostanični organizmi: bakterije, arheje (koje su u zasebnu skupinu prvi izdvojili Woese i Fox), kvasci i neki drugi oblici života.

U samo nekoliko proteklih godina došlo je do proboja u našem razumijevanju mikroživota u nama, što dugujemo novim tehnologijama, ponajviše napretku DNK sekvenciranja i eksploziji računalne snage. Danas, putem procesa koji se naziva sekvenciranje sljedeće generacije, možemo uzeti uzorke stanica iz raznih dijelova tijela, brzo analizirati mikrobnu DNK koju sadrže, usporediti i kombinirati s informacijama iz drugih organa kako bismo identificirali tisuće mikrobnih vrsta koje čine naša tijela njihov dom.. Na taj način nalazimo bakterije, arheje, kvasce i druge jednostanične organizme (osobito eukariote) čiji je kombinirani genom duži od našeg.

Ogroman utjecaj sićušnih mikroba

ROB VITEZ

S BRENDANOM BUHLEROM

TED, TED logo i TED Books zaštitni su znakovi TED Conferences, LLC

TED BOOKS i kolofon registrirani su zaštitni znaci TED Conferences, LLC

Omot i dizajn interijera MGMT. dizajn Ilustracije Olivia de Salve Villedieu

CORPUS ® Naklada

* * *

Mojim roditeljima, Alison i Johnu, sa zahvalnošću za njihove gene, njihove ideje i njihove mikrobe

Predgovor

Koliko se mikroorganizama nalazi u nama? Vi se sastojite od oko deset trilijuna ljudskih stanica - ali vaše tijelo sadrži oko sto trilijuna mikrobnih stanica 1
Treba napomenuti da najnovije izvješće Američke akademije za mikrobiologiju smanjuje ovaj omjer na 3:1 uglavnom zbog povećanja broja prebrojanih ljudskih stanica.

Ali u svakom slučaju, brojčana nadmoć je na strani mikroba. Vidi: http://academy.asm.org/index.php/faq-series/5122humanmicrobiome.

. Odnosno, vi u velikoj mjeri niste vi.

Beskrajna raznolikost mikrobnog svijeta posebno je impresivna kada se uzme u obzir da prije samo četrdeset godina nismo imali pojma koliko su jednostanični organizmi brojni i koliki nevjerojatan broj vrsta broje. Prije toga, osnovni principi klasifikacije živih organizama temeljili su se na knjizi Charlesa Darwina "Podrijetlo vrsta", koja je objavljena 1859. godine. 2
Dostupno na internetu: Projekt Gutenberg, www.gutenberg.org/files/1228/1228-h/1228-h.htm.

Darwin je nacrtao stablo evolucije, grupirajući sve organizme prema zajedničkim fizičkim značajkama: kratkokljune zebe, dugokljune zebe i tako dalje; i dugo je vrijeme ovo načelo ostalo temeljem klasifikacije i taksonomije.

Pa, novi računalni algoritmi, zauzvrat, uvelike pojednostavljuju i olakšavaju tumačenje ovih genetskih informacija. Konkretno, sada možemo napraviti mikrobnu kartu tijela koja nam omogućuje usporedbu zajednica mikroorganizama u različitim dijelovima tijela i kod različitih ljudi. Velik dio ovih informacija došao je iz Projekta ljudskog mikrobioma ( Projekt ljudskog mikrobioma), provedeno pod pokroviteljstvom američkog Nacionalnog instituta za zdravlje ( Američki nacionalni institut za zdravlje, NIH). Studija je koštala 170 milijuna dolara, a u njoj je sudjelovalo više od 200 znanstvenika koji su do danas prikupili i analizirali najmanje 4,5 terabajta podataka. A ovo je tek početak; drugi međunarodni projekti kao što je “Istraživanje sastava biote ljudskog gastrointestinalnog trakta” ( Metagenomika Konzorcija ljudskog crijevnog trakta, MetaHIT), neprestano dodajući i analizirajući nove podatke.

Troškovi ovih analiza sve su manji, zahvaljujući čemu sve više ljudi može napraviti potpuni popis mikroba koji žive u njihovim tijelima. Prije deset godina, da biste analizirali svoj mikrobiom, morali biste platiti sto milijuna dolara. Danas će ova vrsta informacija koštati samo stotinjak dolara - toliko jeftino da će liječnici uskoro naručivati takve studije kao rutinski medicinski postupak.

Ali zašto liječnike zanima sastav vašeg mikrobioma? Jer postoji sve više studija koje dokazuju povezanost naših mikroba i mnogih naših bolesti, uključujući pretilost, artritis, autizam, pa čak i depresiju. A ta veza zauzvrat odmah otvara nove izglede za liječenje.

Što ne utječe na naš mikrobiom - lijekovi, prehrana, broj spolnih partnera, čak i to jeste li prvo dijete s roditeljima! Dok budete čitali sljedeće stranice, vidjet ćete da su mikroorganizmi duboko uključeni u gotovo svaki aspekt našeg života. One nas doista tjeraju da na drugačiji način pogledamo pitanje: “Što znači biti čovjek?”

1. Mikroorganizmi u našem tijelu

Dakle, pokušajmo procijeniti koliko mikroba živi u nama.

Gdje se nalaze svi naši mikrobi i koja je njihova uloga? Da bismo to saznali, krenimo u obilazak našeg tijela.

Koža

Kao što je već navedeno, insekti koji sišu krv stvarno više vole mirise nekih ljudi od drugih, a za to su krivi mikrobi. Oni razgrađuju tvari koje koža oslobađa u hlapljive spojeve koji se komarcima mogu ili ne moraju svidjeti. Štoviše, različite vrste komaraca preferiraju različite dijelove našeg tijela. Na primjer, za Anopheles gambiae, jednog od glavnih prijenosnika malarije, najatraktivniji miris nije miris pazuha, već miris ruku i stopala.

U tom smislu nameće se primamljivo rješenje: utrljate li antibiotik na kožu ruku i stopala, možete spriječiti napad ove vrste komaraca, jer ubijanjem klica ubijate i miris.

Mikrobi koji žive na našoj koži - kao i svi drugi mikrobi - ne postoje nužno samo radi naše dobrobiti. Ali oni nam, kao savjesni stanovnici, doista puno pomažu: time što žive na nama, sprječavaju druge, štetne mikrobe da nas zaraze. Različiti mikrobi žive na različitim područjima kože, a raznolikost - broj vrsta - nije nužno proporcionalan broju mikroba prisutnih na određenom području. Ponekad je upravo suprotno. Da upotrijebimo američku analogiju, zamislite da je Vermont (600 000 stanovnika) etnički raznolik kao Los Angeles (deset milijuna), a Los Angeles je postao jednonacionalan kao i Vermont. Imate ogroman broj klica na čelu i ispod ruku, ali relativno malo vrsta; i obrnuto, na rukama (dlanovima i podlakticama) ima relativno malo mikroba, ali vrlo raznolikih 4
E. A. Grice i sur., “Topografska i vremenska raznolikost mikrobioma ljudske kože,” Znanost 324, br. 5931 (29. svibnja 2009.): 1190–192; E. K. Costello et al., “Varijacije bakterijske zajednice u staništima ljudskog tijela kroz prostor i vrijeme,” Znanost 326, br. 5960 (18. prosinca 2009.): 1694–97.

Zajednice mikroba na rukama žena obično su raznolikije nego one muškaraca, a ta razlika postoji unatoč pranju ruku, što sugerira da razlog, iako još nepoznat, leži u biološkim razlikama. 5
F. R. Blattner i dr., “Kompletna sekvenca genoma Escherichie Coli K-12,” Znanost 277, br. 5331 (5. rujna 1997.): 1453–62.

Wallace, Darwinov suvremenik, koji je istodobno i neovisno razvio doktrinu prirodne selekcije, kartirao je crtu koja prolazi kroz modernu Indoneziju i Maleziju i odvaja azijsku faunu (majmune i nosoroze) od australske (kakadua i klokana). Firer i ja smo se pitali je li moguće povući istu "Wallaceovu liniju" na tipkovnici računala između tipki G i H - ta bi linija, u teoriji, trebala razdvajati polovice tipkovnice s jasno različitim mikrobnim populacijama. Također smo htjeli vidjeti hoće li razmaknica imati više vrsta mikroba, jednostavno zato što je mnogo duža od svih ostalih.

Naši su rezultati potvrdili postojanje neke vrste "Wallaceove linije", ali pronašli smo nešto mnogo iznenađujuće: svaki prst i njegovu odgovarajuću tipku karakterizira približno ista zajednica mikroba. Također smo uspjeli utvrditi vlasnike računalnog miša s točnošću do 90% koristeći mikrobni profil dlana 7
N. Fierer et al., “Forenzička identifikacija pomoću kožnih bakterijskih zajednica,” 107, br. 14 (6. travnja 2010.): 6477–81.

Mikrobna zajednica na vašoj ruci jako se razlikuje od sličnih zajednica drugih ljudi (u pogledu raznolikosti vrsta - u prosjeku 85%), što znači da svatko od nas, osim uobičajenih, ima i mikrobne otiske prstiju.

Otišli smo dalje i proveli eksperimente kako bismo otkrili koliko puta morate dodirnuti predmet da biste ostavili jasan mikrobni trag. Ova je studija još uvijek previše nepotpuna da bi se mogla koristiti na sudu. Ali televizija ima, recimo to tako, pojednostavljenije standarde dokazivanja, pa je nedugo nakon što smo objavili članak na tu temu, prikazana još jedna epizoda Crime Scene Investigation: Miami, gdje se radnja temeljila na forenzičkom pregledu mikrobnog otiska prsta 8
"Mjesto zločina: Miami": " CSI Miami Sezona 9,” Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CSI:_Miami_episodes#Season_9:_2010.E2.80.932011.

U međuvremenu, forenzički mikrobiolog David Carter preselio se iz Nebraske na Havaje kako bi tamo postavio "sahranu tijela". "Što je?" - pitate Forenzičari se često suočavaju sa zadatkom utvrđivanja prije koliko je vremena nastupila smrt osobe čiji leš pregledavaju. U Carterovom "rezervatu" u raznim su uvjetima pohranjena tijela umrlih koja su darovala rodbina i razne institucije. 9
Za vrlo poučan i zabavan uvod u "vrt naših tijela" pogledajte: Mary Roach, Stiff: Zanimljivi životi ljudskih leševa. New York: W. W. Norton, 2004.

A znanstvenici neprestano analiziraju brzinu njihove razgradnje. Istodobno se uočava zapanjujući kontinuitet mikrobnih zajednica. Kao što se na goloj stijeni prvo pojavljuju kolonije lišajeva, zatim redom mahovine, trave, korov, grmlje i na kraju drveće, tako i proces truljenja teče određenim redoslijedom.

Jessica Metcalfe, postdoktorandica u mom laboratoriju na Sveučilištu Colorado u Boulderu, postavila je vlastito minijaturno "utočište tijela" koristeći četrdeset mrtvih miševa (umrli su u drugim eksperimentima s lijekovima za kardiovaskularne bolesti i rak). Jessica je otkrila da može točno odrediti vrijeme smrti unutar tri dana. Ovo je otprilike ista pogreška kao kod trenutno korištene metode insekata. 10
Meagan B. Gallagher, Sonia Sandhu i Robert Kimsey, “Varijacije u vremenu razvoja za geografski različite populacije obične zelene muhe, Lucilia sericata (Meigen),” Časopis za forenzičke znanosti 55, br. 2 (ožujak 2010.): 438–42.

Zašto nam je onda potrebna mikrobiološka metoda?

Odgovor: insekti ipak moraju pronaći mrtvo tijelo, a mikroorganizmi su uvijek tu, a to može biti korisno u slučajevima kada na mjestu zločina nema insekata.

Nos i pluća

Sljedeća točka našeg obilaska tijela bit će nos. Određene vrste mikroba žive u ljudskim nosnicama, uključujući Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus), koji uzrokuje infekcije stafilokokom u bolnicama. Stoga se čini da su zdravi ljudi često “dom” opasnih mikroba. Vjerujemo da bi u ovom slučaju objašnjenje moglo biti sljedeće: druge bakterije koje žive u našem nosu ne dopuštaju Staphylococcus aureusu da zavlada, odnosno zavlada nosom. Još jedno zanimljivo opažanje: okolina snažno utječe na to koje će se vrste mikroorganizama naseliti u našem nosu. Djeca s raznolikijom populacijom nosnih mikroba, poput one koja žive u ruralnim područjima u blizini životinja, imaju manju vjerojatnost da će u budućnosti razviti astmu i alergije 11
O. S. Von Ehrenstein i sur., “Smanjeni rizik od peludne groznice i astme među djecom poljoprivrednika,” Klinička i eksperimentalna alergija: časopis Britanskog društva za alergiju i kliničku imunologiju 30, br. 2 (veljača 2000.): 187–93; E. von Mutius i D. Vercelli, “Život na farmi: Učinci na dječju astmu i alergiju,” Nature Reviews Imunologija 10, br. 12 (prosinac 2010.): 861–68.

Ispostavilo se da je petljanje po blatu ponekad korisno.

Silazeći u pluća, obično nalazimo samo mrtve bakterije. 12
E. S. Charlson i sur., “Procjena bakterijske populacije u plućima analizom ponavljanja uzoraka iz gornjeg i donjeg respiratornog trakta,” PloS jedan 7, br. 9 (2012): e42786; E. S. Charlson et al., “Topografski kontinuitet bakterijskih populacija u zdravom ljudskom respiratornom traktu,”

Unutarnja površina pluća, koja je izložena zraku, sadrži koktel antimikrobnih peptida: sićušnih proteina koji trenutno ubijaju bakterije koje tamo dospiju. No, u plućima bolesnika s cističnom fibrozom ili virusom humane imunodeficijencije (HIV) ponekad se pronađu opasni mikroorganizmi koji pridonose razvoju plućnih bolesti. 13
J. K. Harris i sur., “Molekularna identifikacija bakterija u bronhoalveolarnoj lavažnoj tekućini djece s cističnom fibrozom,” Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država 104, br. 51 (18. prosinca 2007.): 20529–33.

Znanstvenici se još uvijek spore oko toga ima li svatko od nas zasebnu zajednicu mikroba u grlu ili su tamo prisutni samo oni mikrobi koji dolaze iz usta. 14
E. S. Charlson et al., “Topografski kontinuitet bakterijskih populacija u zdravom ljudskom respiratornom traktu,” American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 184, br. 8 (15. listopada 2011.): 957–63.

No, već je poznato da se klice iz grla pušača razlikuju od onih kod nepušača, što vjerojatno ukazuje na to da pušenje nije štetno samo za nas same, već i za bića koja žive u nama. 15
A. Morris i sur., “Usporedba respiratornog mikrobioma kod zdravih nepušača i pušača,” American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 187, br. 10 (15. svibnja 2013.): 1067–75.

Usta i želudac

Vjerojatno ste samo čuli za loše bakterije u ustima—one koje uzrokuju bolesti desni i karijes. Jedan od njih, Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans), isto je stvorenje koje nam uništava zube. Pojavio se, očito, u vezi s razvojem poljoprivrede 16
O. E. Cornejo et al., “Evolucijska i populacijska genomika bakterije Streptococcus Mutans koja uzrokuje šupljine,” Molekularna biologija i evolucija 30, br. 4 (travanj 2013.): 881–93.

Kada je prehrana naših predaka dramatično obogaćena ugljikohidratima, posebno šećerima.

Druga vrsta, Plautov štapić ( Fusobacterium nucleatum), obično prisutna u ustima zdrave osobe, ali također može pridonijeti razvoju parodontne bolesti 17
J. Slots, “Prevladavajuća uzgojna mikroflora uznapredovalog parodontitisa,” Scandinavian Journal of Dental Research 85, br. 2 (siječanj/veljača 1977.): 114–21.

. F. nucleatum je od interesa jer se te bakterije nalaze unutar tumora debelog crijeva 18
M. Castellarin i sur., “Infekcija Fusobacterium Nucleatum prevladava u ljudskom kolorektalnom karcinomu,” Istraživanje genoma 22, br. 2 (veljača 2012): 299–306; M. R. Rubinstein i sur., “Fusobacterium Nucleatum promiče kolorektalnu karcinogenezu modulacijom E-Cadherin/BetaCatenin signalizacije putem svog FadA adhezina,” Stanični domaćin i mikrob 14, br. 2 (14. kolovoza 2013.): 195–206; A. D. Kostic i sur., “Fusobacterium Nucleatum potencira intestinalnu tumorogenezu i modulira tumorsko-imuno mikrookruženje,” Stanični domaćin i mikrob 14 (2013): 207–15; R. L. Warren i sur., “Istodobna pojava anaerobnih bakterija u kolorektalnom karcinomu,” Mikrobiom 1, br. 1 (15. svibnja 2013.): 16; L. Flanagan et al., “Fusobacterium Nucleatum Associates with Stages of Colorectal Neoplasia Development, Colorectal Cancer and Disease Outcome,” Europski časopis za kliničku mikrobiologiju i zarazne bolesti: službena publikacija Europskog društva za kliničku mikrobiologiju 33, br. 8 (kolovoz 2014.): 1381–90.

Ali još ne znamo je li to uzrok ili posljedica: je li F. nucleatum uzrokuje rak ili je jednostavno reakcija na uvjete u kojima se tumor razvija.

Datoteka
provjereno:
bez virusa

ljuljanje
100%
je besplatan

Ime: Pogledaj što je u tebi. Kako mikrobi koji žive u našem tijelu određuju naše zdravlje i našu osobnost (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI

Godina izdanja: 2016

Izdavač: Korpus (AST)

Format: RTF,FB2,EPUB,MOBI

Datoteka: SmotriVnytri.rar

Veličina: 10,3 MB

Opis knjige "Preuzmi besplatno Pogledaj što je u tebi. Kako mikrobi koji žive u našem tijelu određuju naše zdravlje i našu osobnost (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI"

Rob Knight
Izdavač: Korpus (AST)
Niz: TED knjige
ISBN: 978-5-17-091312-1
Žanr: Edukativna literatura, publicistička literatura
Format: RTF,FB2,EPUB,MOBI
kvaliteta: Izvorno elektronički (ebook)
Ilustracije: obojen
Veličina 10,3 MB

Opis:Živimo u eri prave revolucije u mikrobiologiji. Najnovija tehnologija omogućila je znanstvenicima da urone u svijet mikroskopskih stvorenja koja nastanjuju naše tijelo i dođu do nevjerojatnih otkrića u ovom svijetu. Ispostavilo se da mikrobi, koji žive u nezamislivim količinama u gotovo svakom kutku našeg tijela, igraju mnogo važniju ulogu nego što smo dosad mislili: ne samo da o njima ovisi naše fizičko zdravlje, oni određuju naše raspoloženje, naš ukus i samu našu osobnost . O tim znanstvenim otkrićima čujemo iz prve ruke: autor knjige, Rob Knight, jedan je od vodećih mikrobiologa današnjice, koji stvara znanost budućnosti pred našim očima.

Ženski portal Flero

* * *

* * *

* * *

Predgovor

1. Mikroorganizmi u našem tijelu

Koža

Nos i pluća

Usta i želudac

Opis knjige "Preuzmi besplatno Pogledaj što je u tebi. Kako mikrobi koji žive u našem tijelu određuju naše zdravlje i našu osobnost (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI"

POVEZANI ČLANCI