Rob Knight, spójrz, co jest w tobie. Zobacz, co jest w tobie

Żyjemy w epoce prawdziwej rewolucji w mikrobiologii. Najnowsza technologia pozwoliła naukowcom zanurzyć się w świat mikroskopijnych stworzeń zamieszkujących nasze ciało i dokonać niesamowitych odkryć na tym świecie. Okazuje się, że drobnoustroje, które żyją w niewyobrażalnych ilościach niemal w każdym zakątku naszego ciała, odgrywają o wiele ważniejszą rolę niż wcześniej sądziliśmy: od nich zależy nie tylko nasze zdrowie fizyczne, one decydują o nastroju, upodobaniach i naszej osobowości . O tych odkryciach naukowych słyszymy z pierwszej ręki: autor książki, Rob Knight, jest jednym z czołowych mikrobiologów współczesności, tworzącym naukę przyszłości na naszych oczach.

Serie: Książki TED

* * *

przez firmę litrową.

1. Mikroorganizmy w naszym ciele

Spróbujmy więc oszacować, ile drobnoustrojów żyje w nas.

Jeśli policzymy wagę, to w ciele osoby dorosłej mają średnio około półtora kilograma. To sprawia, że ​​twoja mikrobiota jest jednym z największych organów, rywalizując z mózgiem pod względem wagi i tylko nieznacznie gorszy od wątroby.

Wiemy już, że pod względem bezwzględnej liczby komórek mikroorganizmy przewyższają ludzi w stosunku dziesięć do jednego. A jeśli porównamy nasze DNA? Każdy z nas ma około dwudziestu tysięcy ludzkich genów. Jednocześnie nosimy od dwóch do dwudziestu milionów genów drobnoustrojów. Oznacza to niestety, że genetycznie jesteśmy co najmniej 99% mikrobami!

Abyś się tak nie obraził, spójrz na to z punktu widzenia złożoności ludzkiego urządzenia. Każda komórka ludzka zawiera znacznie więcej genów niż komórka mikrobiologiczna. Tyle, że w twoim ciele jest tak wiele drobnoustrojów, że suma wszystkich ich genów przeważa nad twoją.

Organizmy, które żyją w nas i na nas są bardzo różnorodne. Większość (ale nie wszystkie) to urządzenia jednokomórkowe. Reprezentują wszystkie trzy główne gałęzie drzewa ewolucyjnego. W jelitach żyją przedstawiciele królestwa archeonów - organizmy jednokomórkowe, które nie mają jąder; najczęstsze z nich to metanogeny, które istnieją bez tlenu, pomagają trawić pokarm i uwalniają metan (krowy też je mają).

Dalej są eukarionty: grzyby skórne i drożdżaki, które kolonizują pochwę, a czasem jelita. Ale nad wszystkim dominują bakterie - na przykład Escherichia coli ( Escherichia coli), E. coli, którą kojarzymy przede wszystkim z niestrawnością, która występuje z powodu źle umytej zieleni. Jednak nieszkodliwe i pożyteczne odmiany tej bakterii są prawie zawsze obecne w naszym wnętrzu.

I każdego dnia, dzięki nowym technologiom, uczymy się, że ten świat jest jeszcze bardziej różnorodny niż myśleliśmy wcześniej. To tak, jakbyśmy szli przez ocean z włokem o bardzo dużych komórkach, a potem, po zbadaniu połowu, doszlibyśmy do wniosku, że w morzu znajdują się tylko wieloryby i kałamarnice olbrzymie. Teraz odkryliśmy, że życie, które mamy w środku, jest znacznie bardziej zróżnicowane. Na przykład możesz założyć, że dowolne dwie bakterie w jelitach, które rzucają się na ostatnią kanapkę, są do siebie bardzo podobne, na przykład anchois lub sardynki. Ale w rzeczywistości nie mają ze sobą nic więcej wspólnego niż ogórek morski (holoturian) i żarłacz biały: to dwa stworzenia o zupełnie innym zachowaniu, pożywieniu i roli ekologicznej.

Gdzie więc znajdują się wszystkie nasze mikroby i jaka jest ich rola? Aby się tego dowiedzieć, wybierzmy się na wycieczkę po naszym ciele.

Mówią, że Napoleon, wracając z kampanii wojskowej, napisał do cesarzowej Józefiny: „Jutro wieczorem będę w Paryżu. Nie bierz kąpieli." Wolał naturalny zapach swojej ukochanej żony i był skoncentrowany. Ale dlaczego, gdy przez jakiś czas nie mamy mydła, dezodorantów, pudru i perfum, zaczyna od nas tak brzydko pachnieć? Głównie z powodu drobnoustrojów, które żywią się naszymi wydzielinami i sprawiają, że są jeszcze bardziej śmierdzące.

Naukowcy wciąż próbują, przepraszam za kalambur, wywęszyć, jakiemu praktycznemu celowi służy aktywność stworzeń żyjących na naszym największym narządzie, skórze. Jedno jest pewne: przyczyniają się do powstawania nieprzyjemnego zapachu naszego ciała, w tym tych składników tego zapachu, które przyciągają komary. Jak już wspomniano, owady wysysające krew naprawdę wolą zapachy jednych ludzi od drugich, a winne są drobnoustroje. Rozkładają substancje uwalniane przez skórę na lotne związki, które komary mogą lub nie mogą lubić. Co więcej, różne rodzaje komarów preferują różne części naszego ciała. Na przykład dla Anopheles gambiae, jednego z głównych nosicieli malarii, najbardziej atrakcyjnym zapachem nie jest zapach pach, ale zapach dłoni i stóp.

W związku z tym powstaje kuszące rozwiązanie: jeśli wcierasz antybiotyk w skórę dłoni i stóp, możesz zapobiec atakowi tego typu komarów, ponieważ zabijając zarazki, zabijasz zapach.

Mikroby żyjące na naszej skórze – podobnie jak wszystkie inne mikroby – niekoniecznie istnieją specjalnie dla naszej korzyści. Ale oni, będąc sumiennymi mieszkańcami, naprawdę bardzo nam pomagają: przez to, że żyją na nas, zapobiegają zarażaniu nas innymi, szkodliwymi drobnoustrojami. Różne drobnoustroje żyją w różnych obszarach skóry, a różnorodność – liczba gatunków – niekoniecznie jest proporcjonalna do liczby drobnoustrojów obecnych na danym obszarze. Czasami jest wręcz odwrotnie. Używając amerykańskiej analogii, wyobraźmy sobie, że Vermont (600.000 mieszkańców) jest tak zróżnicowany etnicznie jak Los Angeles (10 milionów), a Los Angeles stało się tak monoetniczne jak Vermont. Masz ogromną liczbę zarazków na czole i pod pachami, ale stosunkowo niewiele gatunków; i odwrotnie, na dłoniach (dłoni i przedramionach) jest stosunkowo mało drobnoustrojów, ale są one bardzo różnorodne. Zbiorowiska drobnoustrojów na rękach kobiet są zwykle bardziej zróżnicowane niż w przypadku mężczyzn, a różnica ta utrzymuje się pomimo mycia rąk, co sugeruje, że przyczyna, choć wciąż nieznana, tkwi w różnicach biologicznych.

Co więcej, odkryliśmy, że zarazki żyjące po twojej lewej ręce różnią się od tych żyjących po twojej prawej. Możesz pocierać ręce, klaskać w dłonie i dotykać tych samych powierzchni obiema rękami – każda z nich wciąż rozwija odrębną społeczność drobnoustrojów. Fakt ten zainspirował profesora Noah Firera z University of Colorado w Boulder i ja do próby odtworzenia jednego z najsłynniejszych odkryć w biologii ogólnej. Kiedyś, próbując wyjaśnić rozmieszczenie i rozmieszczenie organizmów na odizolowanych wyspach oraz związek między różnorodnością gatunkową a okupowanym terytorium, brytyjski biolog i antropolog Alfred Russel Wallace wraz z innymi naukowcami opracował złożoną teorię biogeografii. Wallace, współczesny Darwinowi, który jednocześnie i niezależnie opracował doktrynę doboru naturalnego, nakreślił linię, która przebiega przez współczesną Indonezję i Malezję i oddziela faunę azjatycką (małpy i nosorożce) od australijskiej (kakadu i kangur). Zastanawialiśmy się z Firerem, czy możliwe jest narysowanie na klawiaturze komputera tej samej "linii Wallace'a" między klawiszami G i H - ta linia teoretycznie powinna oddzielać połówki klawiatury z wyraźnie różnymi populacjami drobnoustrojów. Chcieliśmy również sprawdzić, czy spacja będzie zawierała więcej rodzajów mikrobów, po prostu dlatego, że jest znacznie dłuższa niż wszystkie inne.

Nasze wyniki potwierdziły istnienie pewnego rodzaju „linii Wallace”, ale znaleźliśmy coś znacznie bardziej zaskakującego: każdy palec i odpowiadający mu klucz charakteryzowały się w przybliżeniu taką samą społecznością drobnoustrojów. Udało nam się również określić posiadaczy myszy komputerowej z dokładnością do 90% z profilu mikrobiologicznego dłoni. Społeczność drobnoustrojów na twojej dłoni bardzo różni się od podobnych społeczności innych ludzi (pod względem różnorodności gatunkowej - średnio 85%), co oznacza, że ​​każdy z nas oprócz zwykłych posiada również odciski palców drobnoustrojów.

Poszliśmy dalej i przeprowadziliśmy eksperymenty, aby dowiedzieć się, ile razy trzeba dotykać przedmiotu, aby pozostawić wyraźny ślad drobnoustrojów. To badanie jest nadal zbyt niekompletne, aby mogło być wykorzystane w sądzie. Ale telewizja ma, powiedzmy, bardziej uproszczony standard dowodów, więc niedługo po tym, jak opublikowaliśmy artykuł na ten temat, pokazano kolejny odcinek Crime Scene Investigation: Miami, którego fabuła opierała się na badaniu kryminalistycznego odcisku palca drobnoustrojów.

Tymczasem mikrobiolog sądowy David Carter przeniósł się z Nebraski na Hawaje, aby tam założyć „zapas ciała”. "Co to jest?" - pytasz kryminalistyki często stają przed zadaniem ustalenia, jak dawno nastąpiła śmierć osoby, której zwłoki badają. W „rezerwacie” Cartera ciała zmarłych ofiarowane przez krewnych i różne instytucje przechowywane są w różnych warunkach, a naukowcy nieustannie analizują tempo ich rozkładu. Jednocześnie obserwuje się uderzającą ciągłość społeczności drobnoustrojów. Tak jak na gołej skale najpierw pojawiają się kolonie porostów, potem kolejno mchy, trawy, chwasty, krzewy, a na końcu drzewa, tak proces gnicia przebiega w określonej kolejności.

Jessica Metcalfe, adiunkt w moim laboratorium na Uniwersytecie Kolorado w Boulder, założyła swój własny miniaturowy „sanktuarium ciała” przy użyciu czterdziestu martwych myszy (umarły w innych eksperymentach z lekami sercowo-naczyniowymi i nowotworowymi). Jessica odkryła, że ​​potrafiła prawidłowo określić czas śmierci z dokładnością do trzech dni. Jest to mniej więcej taki sam margines błędu, jak obecnie stosowana metoda owadów. Dlaczego więc potrzebujemy metody mikrobiologicznej?

Odpowiedź: owady nadal muszą znaleźć zwłoki, podczas gdy mikroorganizmy są zawsze tam, co może być przydatne w przypadkach, gdy na miejscu zbrodni nie ma owadów.

Nos i płuca

Kolejnym punktem naszej wycieczki po ciele będzie nos. Niektóre rodzaje drobnoustrojów żyją w nozdrzach człowieka, w tym Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus), która powoduje zakażenia gronkowcem w szpitalach. Tak więc zdrowi ludzie często wydają się być „domem” dla niebezpiecznych drobnoustrojów. Uważamy, że w tym przypadku wyjaśnienie może być następujące: inne bakterie żyjące w naszym nosie nie pozwalają Staphylococcus aureus przejąć, a raczej przejąć nos. Kolejna ciekawa obserwacja: środowisko silnie wpływa na to, jakie mikroorganizmy osadzają się w naszym nosie. Dzieci z bardziej zróżnicowaną populacją drobnoustrojów nosowych, takie jak te żyjące na obszarach wiejskich w pobliżu zwierząt, są mniej narażone na rozwój astmy i alergii w przyszłości. Okazuje się, że czasem przydaje się majstrowanie w błocie.

Schodząc do płuc zwykle znajdujemy tylko martwe bakterie. Wewnętrzna powierzchnia płuc, która jest wystawiona na działanie powietrza, zawiera koktajl peptydów przeciwdrobnoustrojowych: maleńkie białka, które natychmiast zabijają docierające tam bakterie. Jednak w płucach pacjentów z mukowiscydozą lub ludzkim wirusem niedoboru odporności (HIV) czasami znajdują się niebezpieczne mikroorganizmy, które przyczyniają się do rozwoju chorób płuc.

Naukowcy wciąż spierają się o to, czy każdy z nas ma w gardle osobną społeczność drobnoustrojów, czy też obecne są tam tylko te drobnoustroje, które pochodzą z jamy ustnej. Wiadomo już jednak, że zarazki z gardeł palaczy różnią się od tych u osób niepalących, co prawdopodobnie wskazuje, że palenie jest szkodliwe nie tylko dla nas samych, ale także dla żyjących w nas stworzeń.

Usta i żołądek

Możliwe, że słyszałeś tylko o złych bakteriach w jamie ustnej – tych, które powodują choroby dziąseł i próchnicę. Jeden z nich, Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans), to ta sama istota, która niszczy nam zęby. Pojawiło się najwyraźniej w związku z rozwojem rolnictwa, kiedy dieta naszych przodków została ostro wzbogacona węglowodanami, zwłaszcza cukrami.

Podobnie jak szczury, które nieświadomie udomowiliśmy i żywią się naszymi śmieciami, niektóre bakterie nauczyły się żyć w naszych ciałach. Na szczęście większość „udomowionych” bakterii jest pożyteczna – tworzą biofilm, który powstrzymuje „złe” bakterie. Mikroby jamy ustnej mogą nawet pomóc w regulacji ciśnienia krwi, rozluźniając tętnice za pomocą tlenku azotu (kuzyna podtlenku azotu, którego spotkałeś na fotelu dentystycznym), który uwalniają.

Inny gatunek, różdżka Plauta ( Fusobacterium nucleatum), zwykle znajduje się w jamie ustnej zdrowej osoby, ale może również przyczynić się do rozwoju choroby przyzębia. F. nucleatum jest interesujące, ponieważ bakterie te znajdują się wewnątrz guzów okrężnicy, ale nie wiemy jeszcze, czy to jest przyczyna, czy skutek: czy F. nucleatum powoduje raka, czy jest to po prostu reakcja na warunki, w jakich rozwija się nowotwór.

Populacja drobnoustrojów jamy ustnej jest również bardzo zróżnicowana. Nawet różne strony tego samego zęba mogą być skolonizowane przez różne społeczności drobnoustrojów, w zależności od różnych czynników, w tym dostępu tlenu i nawyków żucia.

W żołądku, gdzie środowisko jest prawie tak kwaśne jak w akumulatorze samochodowym, przetrwa tylko kilka gatunków organizmów, ale odgrywają one ogromną rolę. Jedna z tych bakterii, Helicobacter pylori ( Helicobacter pylori, H. pylori), koegzystuje z ludźmi od tak dawna, że ​​badając jego szczepy u przedstawicieli różnych narodów, można dowiedzieć się, które narody są ze sobą spokrewnione iz kim się kontaktowały podczas procesu migracji.

H. pylori odgrywa kluczową rolę w powstawaniu wrzodów żołądka i jelita cienkiego, gdy w wyniku zniszczenia błony śluzowej sok żołądkowy zaczyna korodować tkanki. Początkowe objawy to cuchnący oddech i piekący ból w żołądku, a następnie nudności i krwawienie. Przez wiele lat lekarze uważali stres i niedożywienie za przyczynę wrzodów i zalecali odpoczynek, odpoczynek, wykluczenie pikantnych potraw, alkoholu i kawy, przepisywane mleko i leki zobojętniające. Pacjenci odczuwali ulgę, ale rzadko wracali do zdrowia.

W latach 80. australijscy lekarze Barry Marshall i J. Robin Warren wykazali, że większość wrzodów jest powodowanych przez bakterie. H. pylori dlatego leczenie powinno obejmować antybiotyki lub leki przeciwbakteryjne, takie jak te zawierające bizmut. Marshall był tak przekonany, że miał rację, że osobiście pił kulturę H. pylori- i zdobył zapalenie żołądka (które szybko wyleczył) i Nagrodę Nobla (którą dzielił z Warrenem).

Jednak dzisiaj wiemy, że ponad połowa całej populacji Ziemi to nosiciele H. pylori. Dlaczego zdecydowana większość z nich nie ma wrzodów? Najwyraźniej ta bakteria jest tylko jednym z wielu czynników ryzyka tej choroby: koniecznym, ale niewystarczającym. Okazało się, że nosicielami może być wiele zdrowych osób H. pylori, a także szereg innych bakterii, które kojarzą nam się z chorobą. Jednym z celów i nadziei nauki o mikrobiomie jest odkrycie, w jaki sposób i dlaczego te mikroorganizmy czasami nagle nas atakują.

Jelita

Następnie przechodzimy do jelit. Wierzymy, że jest to największa i najważniejsza społeczność drobnoustrojów w ludzkim ciele. Jeśli jesteś mikrobem żyjącym w człowieku, to jest to twój kapitał. Metropolia długości nawet dziesięciu metrów, pełna krętych uliczek, zakamarków i zakamarków. Mikroby są tu ogromne: ciepło, obfitość jedzenia i picia, a pod ręką kanalizacja. Z mikrobiologicznego punktu widzenia nasze jelita przypominają jednocześnie Nowy Jork i pewną wschodnią stolicę naftową – niezliczona populacja i dostępna energia.

Wchłanianie składników odżywczych z pożywienia do krwi następuje głównie w jelicie cienkim. Woda jest wchłaniana w jelicie grubym, a także za pomocą enzymów wydzielanych przez pożyteczne mikroorganizmy rozkładany jest błonnik, który w postaci niestrawionej pochodzi z jelita cienkiego. To uwalnia jeszcze więcej energii. Żyjące w przewodzie pokarmowym drobnoustroje jelitowe w dużym stopniu regulują nasz metabolizm. Określają, co możemy jeść, ile kalorii przyswajamy, na jakie składniki odżywcze i toksyny jesteśmy narażeni, jak działają na nas leki.

Z naukowego punktu widzenia bardzo ważny jest inny fakt dotyczący tej ważnej społeczności drobnoustrojów: bardzo łatwo jest stąd pobrać próbki. Zarazki, martwe lub żywe, są po prostu wyrzucane, zwykle po porannej kawie. Zasadniczo kał zawiera mikroorganizmy z ostatniego, dalszego odcinka okrężnicy. Pomimo pewnej różnicy w składzie zbiorowisk jelita cienkiego i grubego, różnica ta jest generalnie nieznaczna w porównaniu z różnicami między zbiorowiskami drobnoustrojów dwóch różnych osób. Oznacza to, że wypróżnienia są gotowym portretem unikalnej społeczności drobnoustrojów jelit.

To prawda, do pewnego stopnia obraz, który otrzymujemy analizując kał, jest zniekształcony. Na przykład, E coli Często określana w nagłówkach jako strasznie groźna bakteria, która czasami trafia do żywności z powodu nieodpowiednich warunków sanitarnych, w rzeczywistości niekoniecznie jest niebezpieczna sama w sobie. Wiemy o tym tylko dlatego, że występuje w kale (jeśli występuje w warzywach lub mięsie) E coli jest to oznaka zanieczyszczenia kałem). W rzeczywistości w jelitach zdrowej osoby nie ma tak wielu tych bakterii: tylko jedna komórka na dziesięć tysięcy komórek innych mikroorganizmów. Swoją sławą E coli zawdzięcza to, że między innymi drobnoustrojami pełni rolę chwastu, jak komosa ryżowa czy mniszek, a najlepiej rośnie na szalce Petriego. To samo dotyczy wielu innych bakterii, których rolę wyolbrzymialiśmy przez dziesięciolecia tylko z jednego powodu: łatwo je hodować w laboratorium.

Większość drobnoustrojów w naszych jelitach jest znacznie mniej stabilna i nie wiemy jeszcze, jak je hodować. in vitro(w tym przypadku w laboratorium). Zasadniczo należą one do dwóch dużych grup bakterii - firmicutes ( Firmicutes) i bakterioidy ( Bacteroidetes) - i odgrywają ważną rolę w trawieniu pokarmu i wchłanianiu leków. Ponadto powiązano je z wieloma chorobami, w tym otyłością, nieswoistym zapaleniem jelit, rakiem okrężnicy, chorobami serca, stwardnieniem rozsianym i autyzmem. Właśnie dlatego odkrycie, takie jak sekwencjonowanie nowej generacji, dokonało prawdziwej rewolucji. Możemy wreszcie zobaczyć to, co do tej pory było niewidoczne.

Genitalia

Przede wszystkim muszę przyznać się do własnej niewiedzy: wciąż niewiele wiemy o mikrobach żyjących na zewnątrz i wewnątrz penisa. Trzeba powiedzieć, że mikrobiologia, nauka, która rozpoczęła się od tego, że holenderski naukowiec Anthony van Leeuwenhoek zbadał między innymi plemniki pod mikroskopem, nie zbadała prawidłowo męskich narządów płciowych. Niemniej jednak poczyniono już pewne postępy.

Mam kolegę (który chce pozostać anonimowy, aby nie stać się ofiarą telewizji), który bada rozprzestrzenianie się chorób przenoszonych drogą płciową (STD) wśród nastolatków. Część jego pracy związana jest z badaniem mikrobiomu prącia dorastania. Aby to zrobić, regularnie potrzebuje próbek nasienia, co więcej, regularnie i bezpośrednio po stosunku. Tak więc, gdy ten mężczyzna odbiera telefon od jednego ze swoich „klientów”, mój kolega, w swoim zwykłym stroju – z długimi włosami, skórzaną kurtką i złotym łańcuszkiem na szyi – wsiada do białej furgonetki laboratoryjnej i jedzie po próbki twoich synów. penisy. Oczywiście wszystko to jest wyłącznie ze względu na naukę. A są tacy świadomi rodzice, którzy podpisują na to oficjalną zgodę!

Tak czy inaczej, jak dotąd nie przeprowadzono wystarczających badań w tej dziedzinie (być może częściowo dlatego, że zbyt wiele osób zaczyna głupio chichotać, opisując temat), więc praca mojego kolegi może być kamieniem milowym w tworzeniu mikrobiomu penisa - w chorobach i w dobrym zdrowiu.

Pochwa, w przeciwieństwie do penisa, została bardzo dobrze zbadana. W mikroflorze zdrowej dorosłej kobiety pochodzenia europejskiego dominuje zwykle tylko kilka rodzajów bakterii kwasu mlekowego z rodzaju Lactobacillus ( Lactobacillus). Nie martw się, to nie są bakterie, które zamieniają mleko w jogurt, ale są bliskimi krewnymi, które również produkują kwas mlekowy, utrzymując kwasowość pochwy. Oto, co wykazał w swojej pracy Jacques Ravel, profesor mikrobiologii i immunologii na University of Maryland: gatunki, które dominują w społeczności drobnoustrojów pochwy określonej kobiety, mogą się zmieniać w czasie, w tym w różnych okresach cyklu miesiączkowego, kiedy komórki przetwarzające żelazo rozwijają się dzięki bakteriom przepływu krwi deferribacter ( Deferribacter). Bakterie pochwy kobiety mogą się zmienić nawet przy zmianie partnera seksualnego.

Do niedawna prawie wszystkie badania nad mikroflorą pochwy koncentrowały się na walce z chorobami przenoszonymi drogą płciową. Naukowcy badali rolę drobnoustrojów pochwy w chorobie zwanej bakteryjnym zapaleniem pochwy, a także próbowali ustalić, czy drobnoustroje pochwy mogą pomóc lub utrudnić przenoszenie różnych infekcji przenoszonych drogą płciową, w tym HIV.

Okazało się jednak, że nie wszystkie zdrowe mikrobiomy pochwy są takie same. Nowe odkrycia sugerują, że społeczności drobnoustrojów zdrowych kobiet, zwłaszcza Latynosów, Afroamerykanów, osób rasy kaukaskiej i Azjatów, różnią się znacznie w zależności od pochodzenia. A jak zobaczymy, do pewnego stopnia drobnoustroje pochwowe mogą decydować o naszym losie.

* * *

Powyższy wstępny fragment książki Spójrz, co jest w tobie. Jak mikroby żyjące w naszym ciele determinują nasze zdrowie i naszą osobowość (Rob Knight, 2015) dostarczone przez naszego partnera książkowego -

Zobacz, co jest w tobie. Jak drobnoustroje żyjące w naszym ciele determinują nasze zdrowie i naszą osobowość?

Ogromny wpływ malutkich drobnoustrojów

ROB RYCERZ

Z BRENDANEM BUHLEREM

TED, logo TED i TED Books są znakami towarowymi TED Conferences, LLC

TED BOOKS i kolofon są zastrzeżonymi znakami towarowymi TED Conferences, LLC

Projekt okładki i wnętrza: MGMT. projekt Ilustracje: Olivia de Salve Villedieu

© 2015 Rob Knigth. Wszelkie prawa zastrzeżone.

© E. Valkina, tłumaczenie na rosyjski, 2015

© Wydawnictwo AST LLC, 2015

CORPUS ® Wydawnictwo

Moim rodzicom, Alison i Johnowi, z wdzięcznością za ich geny, pomysły i mikroby

Przedmowa

Wiemy, kim jesteś: człowiekiem, dwunożnym zwierzęciem o nieskończonych możliwościach umysłu, spadkobiercą wszystkich rzeczy, który nigdy do końca nie przeczytał ani jednej umowy użytkownika - po prostu zaznacz w razie potrzeby. A teraz poznaj, to ty też: biliony maleńkich stworzeń, które żyją w twoich oczach, uszach i rozległych posiadłościach, zwanych twoimi jelitami. A ten wewnętrzny mikrokosmos może zmienić twoje rozumienie twoich chorób, twojego zdrowia i ciebie.

Dzięki nowym technologiom (z których wiele zostało opracowanych w ciągu ostatnich kilku lat) naukowcy wiedzą dziś więcej o mikroskopijnych formach życia w nas niż kiedykolwiek wcześniej. A to, czego się uczymy, jest niesamowite. Te jednokomórkowe organizmy - drobnoustroje - są nie tylko znacznie liczniejsze niż myśleliśmy, ale żyją w niewyobrażalnych ilościach w prawie każdym zakątku naszego ciała i odgrywają znacznie ważniejszą rolę, niż moglibyśmy sobie wyobrazić: tak wiele aspektów naszego życia zależy na nich zdrowie, a nawet naszą osobowość.

Zbiór mikroskopijnych stworzeń, dla których nasz organizm służy jako dom, nazywany jest ludzką mikrobiotą (czasem także mikroflorą i mikrofauną), a całość ich genów nazywana jest ludzkim mikrobiomem. I, jak to często bywa z odkryciami naukowymi, nowe fakty dotyczące mikrokosmosu skłaniają nas do pokory naszego ego. Astronomia wyjaśniła nam już, że nasza planeta wcale nie jest centrum wszechświata, ewolucja nauczyła nas, że człowiek jest tylko jednym z gatunków zwierząt. Kompilacja ludzkiego mikrobiomu uczy nas, że w domu naszego ciała nasz własny głos jest zagłuszany przez chór niezależnych (i współzależnych) form życia z własnymi programami i programami.

Ile mikroorganizmów jest w nas? Składasz się z około dziesięciu bilionów ludzkich komórek, ale twoje ciało zawiera około stu bilionów komórek drobnoustrojów. Oznacza to, że w dużej mierze nie jesteś sobą.

Ale to nie znaczy, że człowiek jest tylko pojemnikiem dla maleńkich stworzeń, które przypadkowo dostały się do jego ciała i rozprzestrzeniają choroby. W rzeczywistości żyjemy w równowadze z całą społecznością zamieszkujących nas mikroorganizmów. Ich rola nie ogranicza się do roli biernych pasażerów – biorą udział w podstawowych procesach życiowych, w tym trawieniu, reakcjach immunologicznych, a nawet zachowaniu.

Całość drobnoustrojów w nas reprezentuje coś w rodzaju zjednoczenia różnych społeczności. Różne części ciała zamieszkują różne grupy gatunków, które pełnią wyspecjalizowane funkcje. Mikroby żyjące w jamie ustnej różnią się od tych, które żyją na skórze lub w jelitach. Nie jesteśmy tylko jednostkami; każdy z nas jest ekosystemem.

Różnorodność mikroorganizmów pomaga wyjaśnić nawet takie indywidualne cechy, które zwykliśmy przypisywać przypadkowi lub pechowi. Dlaczego niektórzy z nas tak bardzo kochają komary? Na przykład te małe demony prawie mnie nie gryzą, podczas gdy lecą do mojej przyjaciółki Amandy jak pszczoły do ​​miodu. Okazuje się, że niektórzy z nas naprawdę smaczniejsze z punktu widzenia komarów, a głównym powodem tak selektywnego „apetycznego” są różnice w składzie społeczności drobnoustrojów żyjących na naszej skórze (więcej na ten temat w rozdziale 1).

A to nie wszystko: różnorodność drobnoustrojów żyjących na nas iw nas jest niesamowita. Prawdopodobnie słyszałeś, że jeśli porównamy DNA, to wszyscy, ludzie, jesteśmy mniej więcej tacy sami: nasz genom jest w 99,99% taki sam jak genom każdej innej osoby, na przykład twojego sąsiada. Ale to nie dotyczy mikroflory twoich jelit: tylko 10% drobnoustrojów może się tutaj dopasować.

To może tłumaczyć ogromne różnice między ludźmi – od różnic w wadze po odmienne alergie, od prawdopodobieństwa zachorowania po poziom lęku. Dopiero zaczynamy systematyzować – i rozumieć – ten bezgraniczny mikrokosmos, ale wnioski z pierwszych badań są już przytłaczające.

Nieskończona różnorodność świata drobnoustrojów jest szczególnie imponująca, jeśli weźmie się pod uwagę, że zaledwie czterdzieści lat temu nie mieliśmy pojęcia, jak liczne są organizmy jednokomórkowe i jak niesamowitą liczbę ich gatunków. Wcześniej podstawowe zasady klasyfikacji organizmów żywych oparto na książce Karola Darwina „O powstawaniu gatunków”, która została opublikowana w 1859 roku. Darwin narysował drzewo ewolucji, grupując wszystkie organizmy według wspólnych cech fizycznych: zięby krótkodzioby, długodzioby i tak dalej; i przez długi czas zasada ta pozostawała podstawą klasyfikacji i taksonomii.

Tradycyjne wyobrażenia o życiu opierały się na tym, co ludzie mogli zobaczyć w otaczającym ich świecie - gołym okiem lub przez mikroskop. Większe organizmy podzielono na rośliny, zwierzęta i grzyby. Pozostałe organizmy jednokomórkowe można podzielić na dwie szerokie kategorie: protisty (pierwotniaki) i bakterie. Jeśli chodzi o rośliny, zwierzęta i grzyby, mieliśmy rację. Ale nasze wyobrażenia o organizmach jednokomórkowych okazały się całkowicie błędne.

W 1977 roku amerykańscy mikrobiolodzy Carl Woese i George E. Fox zaproponowali nową wersję „drzewa życia”, opartą na porównaniu różnych form życia na poziomie komórkowym przy użyciu rybosomalnego kwasu rybonukleinowego, krewnego DNA, który jest obecny w dowolnej komórce i bierze udział w syntezie białek. Obraz był oszałamiający. Woese i Fox odkryli, że organizmy jednokomórkowe są bardziej zróżnicowane niż wszystkie rośliny i zwierzęta razem wzięte. Jak się okazało, zwierzęta, rośliny, grzyby; wszyscy ludzie, meduzy, żuki gnojowe; każdy pasmo glonów, każdy skrawek mchu, wspinanie się na sekwoje kalifornijskie; wszystkie porosty i grzyby leśne - wszystkie żywe istoty, które widzimy wokół nas - to tylko trzy pędy na końcu jednej gałęzi drzewa ewolucyjnego. Jego głównymi mieszkańcami są organizmy jednokomórkowe: bakterie, archeony (które po raz pierwszy zostały wyizolowane jako osobna grupa przez Woese i Fox), drożdże i inne formy życia.

W ciągu zaledwie kilku ostatnich lat nastąpił przełom w naszym zrozumieniu mikrożycia w nas, co zawdzięczamy nowym technologiom, w szczególności postępowi sekwencjonowania DNA i eksplozji mocy komputerów. Dzisiaj, dzięki procesowi zwanemu sekwencjonowaniem nowej generacji, możemy pobierać próbki komórek z różnych części ciała, szybko analizować zawarte w nich DNA drobnoustrojów, porównywać je i łączyć z informacjami z innych narządów, aby zidentyfikować tysiące gatunków drobnoustrojów, które tworzą nasze ciała ich dom. W ten sposób znajdujemy bakterie, archeony, drożdże i inne organizmy jednokomórkowe (szczególnie eukarionty), których połączony genom jest dłuższy niż nasz.

Ogromny wpływ malutkich drobnoustrojów

ROB RYCERZ

Z BRENDANEM BUHLEREM


TED, logo TED i TED Books są znakami towarowymi TED Conferences, LLC

TED BOOKS i kolofon są zastrzeżonymi znakami towarowymi TED Conferences, LLC

Projekt okładki i wnętrza: MGMT. projekt Ilustracje: Olivia de Salve Villedieu


© 2015 Rob Knigth. Wszelkie prawa zastrzeżone.

© E. Valkina, tłumaczenie na rosyjski, 2015

© Wydawnictwo AST LLC, 2015

CORPUS ® Wydawnictwo

* * *

Moim rodzicom, Alison i Johnowi, z wdzięcznością za ich geny, pomysły i mikroby

Przedmowa

Wiemy, kim jesteś: człowiekiem, dwunożnym zwierzęciem o nieskończonych możliwościach umysłu, spadkobiercą wszystkich rzeczy, który nigdy do końca nie przeczytał ani jednej umowy użytkownika - po prostu zaznacz w razie potrzeby. A teraz poznaj, to ty też: biliony maleńkich stworzeń, które żyją w twoich oczach, uszach i rozległych posiadłościach, zwanych twoimi jelitami. A ten wewnętrzny mikrokosmos może zmienić twoje rozumienie twoich chorób, twojego zdrowia i ciebie.

Dzięki nowym technologiom (z których wiele zostało opracowanych w ciągu ostatnich kilku lat) naukowcy wiedzą dziś więcej o mikroskopijnych formach życia w nas niż kiedykolwiek wcześniej. A to, czego się uczymy, jest niesamowite. Te jednokomórkowe organizmy - drobnoustroje - są nie tylko znacznie liczniejsze niż myśleliśmy, ale żyją w niewyobrażalnych ilościach w prawie każdym zakątku naszego ciała i odgrywają znacznie ważniejszą rolę, niż moglibyśmy sobie wyobrazić: tak wiele aspektów naszego życia zależy na nich zdrowie, a nawet naszą osobowość.



Zbiór mikroskopijnych stworzeń, dla których nasz organizm służy jako dom, nazywany jest ludzką mikrobiotą (czasem także mikroflorą i mikrofauną), a całość ich genów nazywana jest ludzkim mikrobiomem. I, jak to często bywa z odkryciami naukowymi, nowe fakty dotyczące mikrokosmosu skłaniają nas do pokory naszego ego. Astronomia wyjaśniła nam już, że nasza planeta wcale nie jest centrum wszechświata, ewolucja nauczyła nas, że człowiek jest tylko jednym z gatunków zwierząt. Kompilacja ludzkiego mikrobiomu uczy nas, że w domu naszego ciała nasz własny głos jest zagłuszany przez chór niezależnych (i współzależnych) form życia z własnymi programami i programami.

Ile mikroorganizmów jest w nas? Składasz się z około dziesięciu bilionów ludzkich komórek, ale twoje ciało zawiera około stu bilionów komórek drobnoustrojów 1
Należy zauważyć, że najnowszy raport Amerykańskiej Akademii Mikrobiologii obniża ten stosunek do 3:1 głównie ze względu na wzrost liczby zliczonych komórek ludzkich.

W każdym razie przewaga liczebna leży po stronie drobnoustrojów. Zobacz: http://academy.asm.org/index.php/faq-series/5122humanmicrobiome.

. Oznacza to, że w dużej mierze nie jesteś sobą.

Ale to nie znaczy, że człowiek jest tylko pojemnikiem dla maleńkich stworzeń, które przypadkowo dostały się do jego ciała i rozprzestrzeniają choroby. W rzeczywistości żyjemy w równowadze z całą społecznością zamieszkujących nas mikroorganizmów. Ich rola nie ogranicza się do roli biernych pasażerów – biorą udział w podstawowych procesach życiowych, w tym trawieniu, reakcjach immunologicznych, a nawet zachowaniu.

Całość drobnoustrojów w nas reprezentuje coś w rodzaju zjednoczenia różnych społeczności. Różne części ciała zamieszkują różne grupy gatunków, które pełnią wyspecjalizowane funkcje. Mikroby żyjące w jamie ustnej różnią się od tych, które żyją na skórze lub w jelitach. Nie jesteśmy tylko jednostkami; każdy z nas jest ekosystemem.

Różnorodność mikroorganizmów pomaga wyjaśnić nawet takie indywidualne cechy, które zwykliśmy przypisywać przypadkowi lub pechowi. Dlaczego niektórzy z nas tak bardzo kochają komary? Na przykład te małe demony prawie mnie nie gryzą, podczas gdy lecą do mojej przyjaciółki Amandy jak pszczoły do ​​miodu. Okazuje się, że niektórzy z nas naprawdę smaczniejsze z punktu widzenia komarów, a głównym powodem tak selektywnego „apetycznego” są różnice w składzie społeczności drobnoustrojów żyjących na naszej skórze (więcej na ten temat w rozdziale 1).

A to nie wszystko: różnorodność drobnoustrojów żyjących na nas iw nas jest niesamowita. Prawdopodobnie słyszałeś, że jeśli porównamy DNA, to wszyscy, ludzie, jesteśmy mniej więcej tacy sami: nasz genom jest w 99,99% taki sam jak genom każdej innej osoby, na przykład twojego sąsiada. Ale to nie dotyczy mikroflory twoich jelit: tylko 10% drobnoustrojów może się tutaj dopasować.



To może tłumaczyć ogromne różnice między ludźmi – od różnic w wadze po odmienne alergie, od prawdopodobieństwa zachorowania po poziom lęku. Dopiero zaczynamy systematyzować – i rozumieć – ten bezgraniczny mikrokosmos, ale wnioski z pierwszych badań są już przytłaczające.

Nieskończona różnorodność świata drobnoustrojów jest szczególnie imponująca, jeśli weźmie się pod uwagę, że zaledwie czterdzieści lat temu nie mieliśmy pojęcia, jak liczne są organizmy jednokomórkowe i jak niesamowitą liczbę ich gatunków. Wcześniej podstawowe zasady klasyfikacji organizmów żywych oparto na książce Karola Darwina „O powstawaniu gatunków”, która została opublikowana w 1859 roku. 2
Dostępne online: Projekt Gutenberg, www.gutenberg.org/files/1228/1228-h/1228-h.htm.

Darwin narysował drzewo ewolucji, grupując wszystkie organizmy według wspólnych cech fizycznych: zięby krótkodzioby, długodzioby i tak dalej; i przez długi czas zasada ta pozostawała podstawą klasyfikacji i taksonomii.

Tradycyjne wyobrażenia o życiu opierały się na tym, co ludzie mogli zobaczyć w otaczającym ich świecie - gołym okiem lub przez mikroskop. Większe organizmy podzielono na rośliny, zwierzęta i grzyby. Pozostałe organizmy jednokomórkowe można podzielić na dwie szerokie kategorie: protisty (pierwotniaki) i bakterie. Jeśli chodzi o rośliny, zwierzęta i grzyby, mieliśmy rację. Ale nasze wyobrażenia o organizmach jednokomórkowych okazały się całkowicie błędne.

W 1977 roku amerykańscy mikrobiolodzy Carl Woese i George E. Fox zaproponowali nową wersję „drzewa życia”, opartą na porównaniu różnych form życia na poziomie komórkowym przy użyciu rybosomalnego kwasu rybonukleinowego, krewnego DNA, który jest obecny w dowolnej komórce i bierze udział w syntezie białek. Obraz był oszałamiający. Woese i Fox odkryli, że organizmy jednokomórkowe są bardziej zróżnicowane niż wszystkie rośliny i zwierzęta razem wzięte. Jak się okazało, zwierzęta, rośliny, grzyby; wszyscy ludzie, meduzy, żuki gnojowe; każdy pasmo glonów, każdy skrawek mchu, wspinanie się na sekwoje kalifornijskie; wszystkie porosty i grzyby leśne - wszystkie żywe istoty, które widzimy wokół nas - to tylko trzy pędy na końcu jednej gałęzi drzewa ewolucyjnego. Jego głównymi mieszkańcami są organizmy jednokomórkowe: bakterie, archeony (które po raz pierwszy zostały wyizolowane jako osobna grupa przez Woese i Fox), drożdże i inne formy życia.

W ciągu zaledwie kilku ostatnich lat nastąpił przełom w naszym zrozumieniu mikrożycia w nas, co zawdzięczamy nowym technologiom, w szczególności postępowi sekwencjonowania DNA i eksplozji mocy komputerów. Dzisiaj, dzięki procesowi zwanemu sekwencjonowaniem nowej generacji, możemy pobierać próbki komórek z różnych części ciała, szybko analizować zawarte w nich DNA drobnoustrojów, porównywać je i łączyć z informacjami z innych narządów, aby zidentyfikować tysiące gatunków drobnoustrojów, które tworzą nasze ciała ich dom. W ten sposób znajdujemy bakterie, archeony, drożdże i inne organizmy jednokomórkowe (szczególnie eukarionty), których połączony genom jest dłuższy niż nasz.

Otóż ​​nowe algorytmy komputerowe z kolei znacznie upraszczają i ułatwiają interpretację tej informacji genetycznej. W szczególności możemy teraz stworzyć mapę drobnoustrojów ciała, która pozwala nam porównać społeczności drobnoustrojów w różnych częściach ciała iu różnych ludzi. Wiele z tych informacji pochodzi z Projektu Ludzkiego Mikrobiomu ( Projekt dotyczący ludzkiego mikrobiomu), przeprowadzonej pod auspicjami amerykańskiego National Institutes of Health ( Amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia, NIH). Badanie kosztowało 170 milionów dolarów i obejmowało ponad 200 naukowców, którzy do tej pory zebrali i przeanalizowali co najmniej 4,5 terabajta danych. A to dopiero początek; inne projekty międzynarodowe, takie jak „Badania nad składem bioty przewodu pokarmowego człowieka” ( Metagenomika konsorcjum ludzkiego przewodu pokarmowego, MetaHIT), stale dodając i analizując nowe dane.

Koszt tych analiz cały czas spada, dzięki czemu coraz więcej osób może dokonać pełnego spisu drobnoustrojów żyjących w ich organizmach. Dziesięć lat temu, aby przeanalizować swój mikrobiom, musiałbyś zapłacić sto milionów dolarów. Dziś tego rodzaju informacje będą kosztować zaledwie sto dolców – tak tanio, że lekarze wkrótce zlecą takie badania jako rutynową procedurę medyczną.

Ale dlaczego lekarze interesują się składem Twojego mikrobiomu? Ponieważ jest coraz więcej badań, które dowodzą związku między naszymi drobnoustrojami a wieloma naszymi chorobami, w tym otyłością, zapaleniem stawów, autyzmem, a nawet depresją. A to połączenie z kolei natychmiast otwiera nowe perspektywy leczenia.

Co nie wpływa na nasz mikrobiom – leki, dieta, liczba partnerów seksualnych, nawet to, czy jesteś pierwszym dzieckiem z rodzicami! Czytając kolejne strony, zobaczysz, że mikroorganizmy są głęboko zaangażowane w prawie każdy aspekt naszego życia. Naprawdę zmuszają nas do spojrzenia na pytanie w inny sposób: „Co to znaczy być człowiekiem?”

1. Mikroorganizmy w naszym ciele

Spróbujmy więc oszacować, ile drobnoustrojów żyje w nas.

Jeśli policzymy wagę, to w ciele osoby dorosłej mają średnio około półtora kilograma. To sprawia, że ​​twoja mikrobiota jest jednym z największych organów, rywalizując z mózgiem pod względem wagi i tylko nieznacznie gorszy od wątroby.

Wiemy już, że pod względem bezwzględnej liczby komórek mikroorganizmy przewyższają ludzi w stosunku dziesięć do jednego. A jeśli porównamy nasze DNA? Każdy z nas ma około dwudziestu tysięcy ludzkich genów. Jednocześnie nosimy od dwóch do dwudziestu milionów genów drobnoustrojów. Oznacza to niestety, że genetycznie jesteśmy co najmniej 99% mikrobami!

Abyś się tak nie obraził, spójrz na to z punktu widzenia złożoności ludzkiego urządzenia. Każda komórka ludzka zawiera znacznie więcej genów niż komórka mikrobiologiczna. Tyle, że w twoim ciele jest tak wiele drobnoustrojów, że suma wszystkich ich genów przeważa nad twoją.



Organizmy, które żyją w nas i na nas są bardzo różnorodne. Większość (ale nie wszystkie) to urządzenia jednokomórkowe. Reprezentują wszystkie trzy główne gałęzie drzewa ewolucyjnego. W jelitach żyją przedstawiciele królestwa archeonów - organizmy jednokomórkowe, które nie mają jąder; najczęstsze z nich to metanogeny, które istnieją bez tlenu, pomagają trawić pokarm i uwalniają metan (krowy też je mają).

Dalej są eukarionty: grzyby skórne i drożdżaki, które kolonizują pochwę, a czasem jelita. Ale nad wszystkim dominują bakterie - na przykład Escherichia coli ( Escherichia coli), E. coli, którą kojarzymy przede wszystkim z niestrawnością, która występuje z powodu źle umytej zieleni. Jednak nieszkodliwe i pożyteczne odmiany tej bakterii są prawie zawsze obecne w naszym wnętrzu.

I każdego dnia, dzięki nowym technologiom, uczymy się, że ten świat jest jeszcze bardziej różnorodny niż myśleliśmy wcześniej. To tak, jakbyśmy szli przez ocean z włokem o bardzo dużych komórkach, a potem, po zbadaniu połowu, doszlibyśmy do wniosku, że w morzu znajdują się tylko wieloryby i kałamarnice olbrzymie. Teraz odkryliśmy, że życie, które mamy w środku, jest znacznie bardziej zróżnicowane. Na przykład możesz założyć, że dowolne dwie bakterie w jelitach, które rzucają się na ostatnią kanapkę, są do siebie bardzo podobne, na przykład anchois lub sardynki. Ale w rzeczywistości nie mają ze sobą nic więcej wspólnego niż ogórek morski (holoturian) i żarłacz biały: to dwa stworzenia o zupełnie innym zachowaniu, pożywieniu i roli ekologicznej.

Gdzie więc znajdują się wszystkie nasze mikroby i jaka jest ich rola? Aby się tego dowiedzieć, wybierzmy się na wycieczkę po naszym ciele.

Skóra

Mówią, że Napoleon, wracając z kampanii wojskowej, napisał do cesarzowej Józefiny: „Jutro wieczorem będę w Paryżu. Nie bierz kąpieli." Wolał naturalny zapach swojej ukochanej żony i był skoncentrowany. Ale dlaczego, gdy przez jakiś czas nie mamy mydła, dezodorantów, pudru i perfum, zaczyna od nas tak brzydko pachnieć? Głównie z powodu drobnoustrojów, które żywią się naszymi wydzielinami i sprawiają, że są jeszcze bardziej śmierdzące.

Naukowcy wciąż próbują, przepraszam za kalambur, wywęszyć, jakiemu praktycznemu celowi służy aktywność stworzeń żyjących na naszym największym narządzie, skórze. Jedno jest pewne: przyczyniają się do powstawania nieprzyjemnego zapachu naszego ciała, w tym tych składników tego zapachu, które przyciągają komary. 3
N. O. Verhulst i wsp., „Skład ludzkiej mikrobioty skóry wpływa na atrakcyjność komarów malarii”, PLOS Jeden 6, nie. 12 (2011): e28991.

Jak już wspomniano, owady wysysające krew naprawdę wolą zapachy jednych ludzi od drugich, a winne są drobnoustroje. Rozkładają substancje uwalniane przez skórę na lotne związki, które komary mogą lub nie mogą lubić. Co więcej, różne rodzaje komarów preferują różne części naszego ciała. Na przykład dla Anopheles gambiae, jednego z głównych nosicieli malarii, najbardziej atrakcyjnym zapachem nie jest zapach pach, ale zapach dłoni i stóp.

W związku z tym powstaje kuszące rozwiązanie: jeśli wcierasz antybiotyk w skórę dłoni i stóp, możesz zapobiec atakowi tego typu komarów, ponieważ zabijając zarazki, zabijasz zapach.

Mikroby żyjące na naszej skórze – podobnie jak wszystkie inne mikroby – niekoniecznie istnieją specjalnie dla naszej korzyści. Ale oni, będąc sumiennymi mieszkańcami, naprawdę bardzo nam pomagają: przez to, że żyją na nas, zapobiegają zarażaniu nas innymi, szkodliwymi drobnoustrojami. Różne drobnoustroje żyją w różnych obszarach skóry, a różnorodność – liczba gatunków – niekoniecznie jest proporcjonalna do liczby drobnoustrojów obecnych na danym obszarze. Czasami jest wręcz odwrotnie. Używając amerykańskiej analogii, wyobraźmy sobie, że Vermont (600.000 mieszkańców) jest tak zróżnicowany etnicznie jak Los Angeles (10 milionów), a Los Angeles stało się tak monoetniczne jak Vermont. Masz ogromną liczbę zarazków na czole i pod pachami, ale stosunkowo niewiele gatunków; i odwrotnie, na dłoniach (dłoni i przedramionach) drobnoustrojów jest stosunkowo mało, ale bardzo różnorodne 4
E. A. Grice i in., „Topograficzne i czasowe zróżnicowanie mikrobiomu skóry człowieka”, Nauki ścisłe 324, nie. 5931 (29 maja 2009): 1190–92; E. K. Costello i in., „Zmienność społeczności bakteryjnej w siedliskach ludzkiego ciała w przestrzeni i czasie”, Nauki ścisłe 326, nr. 5960 (18 grudnia 2009): 1694/97.

Zbiorowiska drobnoustrojów na rękach kobiet są zwykle bardziej zróżnicowane niż w przypadku mężczyzn, a różnica ta utrzymuje się pomimo mycia rąk, co sugeruje, że przyczyna, choć wciąż nieznana, tkwi w różnicach biologicznych. 5
F.R. Blattner i in., „Kompletna sekwencja genomu Escherichia Coli K-12”, Nauki ścisłe 277, nie. 5331 (5 września 1997): 1453-62.

Co więcej, odkryliśmy, że zarazki żyjące po twojej lewej ręce różnią się od tych żyjących po twojej prawej. Możesz pocierać ręce, klaskać w dłonie i dotykać tych samych powierzchni obiema rękami – każda z nich wciąż rozwija odrębną społeczność drobnoustrojów. Fakt ten zainspirował profesora Noah Firera z University of Colorado w Boulder i ja do próby odtworzenia jednego z najsłynniejszych odkryć w biologii ogólnej. Kiedyś, próbując wyjaśnić rozmieszczenie i rozmieszczenie organizmów na odizolowanych wyspach oraz związek między różnorodnością gatunkową a okupowanym terytorium, brytyjski biolog i antropolog Alfred Russel Wallace wraz z innymi naukowcami opracował złożoną teorię biogeografii 6
R.H. MacArthur i E.O. Wilson, Teoria biogeografii wysp. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2001.

Wallace, współczesny Darwinowi, który jednocześnie i niezależnie opracował doktrynę doboru naturalnego, nakreślił linię, która przebiega przez współczesną Indonezję i Malezję i oddziela faunę azjatycką (małpy i nosorożce) od australijskiej (kakadu i kangur). Zastanawialiśmy się z Firerem, czy możliwe jest narysowanie na klawiaturze komputera tej samej "linii Wallace'a" między klawiszami G i H - ta linia teoretycznie powinna oddzielać połówki klawiatury z wyraźnie różnymi populacjami drobnoustrojów. Chcieliśmy również sprawdzić, czy spacja będzie zawierała więcej rodzajów mikrobów, po prostu dlatego, że jest znacznie dłuższa niż wszystkie inne.



Nasze wyniki potwierdziły istnienie pewnego rodzaju „linii Wallace”, ale znaleźliśmy coś znacznie bardziej zaskakującego: każdy palec i odpowiadający mu klucz charakteryzowały się w przybliżeniu taką samą społecznością drobnoustrojów. Udało nam się również ustalić posiadaczy myszy komputerowej z dokładnością do 90% na podstawie profilu mikrobiologicznego dłoni 7
N. Fierer i in., „Identyfikacja sądowa przy użyciu społeczności bakteryjnych skóry”, 107, nie. 14 (6 kwietnia 2010): 6477–81.

Społeczność drobnoustrojów na twojej dłoni bardzo różni się od podobnych społeczności innych ludzi (pod względem różnorodności gatunkowej - średnio 85%), co oznacza, że ​​każdy z nas oprócz zwykłych posiada również odciski palców drobnoustrojów.



Poszliśmy dalej i przeprowadziliśmy eksperymenty, aby dowiedzieć się, ile razy trzeba dotykać przedmiotu, aby pozostawić wyraźny ślad drobnoustrojów. To badanie jest nadal zbyt niekompletne, aby mogło być wykorzystane w sądzie. Ale telewizja ma, powiedzmy, bardziej uproszczone standardy dowodów, więc niedługo po opublikowaniu artykułu na ten temat pokazano kolejny odcinek Crime Scene Investigation: Miami, gdzie fabuła opierała się na badaniu kryminalistycznego odcisku palca drobnoustrojów 8
"Scena zbrodni: Miami": " CSI Miami Sezon 9”, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CSI:_Miami_episodes#Season_9:_2010.E2.80.932011 .

Tymczasem mikrobiolog sądowy David Carter przeniósł się z Nebraski na Hawaje, aby tam założyć „zapas ciała”. "Co to jest?" - pytasz kryminalistyki często stają przed zadaniem ustalenia, jak dawno nastąpiła śmierć osoby, której zwłoki badają. W „rezerwacie” Cartera ciała zmarłych ofiarowanych przez krewnych i różne instytucje są przechowywane w różnych warunkach. 9
Bardzo pouczające i zabawne wprowadzenie do „ogrodu naszych ciał” patrz: Mary Roach, Sztywny: Ciekawe życie ludzkich zwłok. Nowy Jork: WW Norton, 2004.

A naukowcy nieustannie analizują tempo ich rozkładu. Jednocześnie obserwuje się uderzającą ciągłość społeczności drobnoustrojów. Tak jak na gołej skale najpierw pojawiają się kolonie porostów, potem kolejno mchy, trawy, chwasty, krzewy, a na końcu drzewa, tak proces gnicia przebiega w określonej kolejności.

Jessica Metcalfe, adiunkt w moim laboratorium na Uniwersytecie Kolorado w Boulder, założyła swój własny miniaturowy „sanktuarium ciała” przy użyciu czterdziestu martwych myszy (umarły w innych eksperymentach z lekami sercowo-naczyniowymi i nowotworowymi). Jessica odkryła, że ​​potrafiła prawidłowo określić czas śmierci z dokładnością do trzech dni. Jest to mniej więcej ten sam błąd, co obecnie stosowana metoda owadów. 10
Meagan B. Gallagher, Sonia Sandhu i Robert Kimsey, „Zróżnicowanie czasu rozwoju dla odrębnych geograficznie populacji pospolitej zielonej muchy butelkowej, Lucilia sericata (Meigen)” Journal of Forensic Sciences 55, nie. 2 (marzec 2010): 438-42.

Dlaczego więc potrzebujemy metody mikrobiologicznej?

Odpowiedź: owady nadal muszą znaleźć zwłoki, podczas gdy mikroorganizmy są zawsze tam, co może być przydatne w przypadkach, gdy na miejscu zbrodni nie ma owadów.

Nos i płuca

Kolejnym punktem naszej wycieczki po ciele będzie nos. Niektóre rodzaje drobnoustrojów żyją w nozdrzach człowieka, w tym Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus), która powoduje zakażenia gronkowcem w szpitalach. Tak więc zdrowi ludzie często wydają się być „domem” dla niebezpiecznych drobnoustrojów. Uważamy, że w tym przypadku wyjaśnienie może być następujące: inne bakterie żyjące w naszym nosie nie pozwalają Staphylococcus aureus przejąć, a raczej przejąć nos. Kolejna ciekawa obserwacja: środowisko silnie wpływa na to, jakie mikroorganizmy osadzają się w naszym nosie. Dzieci z bardziej zróżnicowaną populacją drobnoustrojów nosowych, takie jak te żyjące na obszarach wiejskich w pobliżu zwierząt, są mniej narażone na rozwój astmy i alergii w przyszłości 11
OS Von Ehrenstein i in., „Zmniejszenie ryzyka kataru siennego i astmy wśród dzieci rolników”, Alergia kliniczna i eksperymentalna: Journal of the British Society for Allergy and Clinical Immunology 30, nie. 2 (luty 2000): 187-93; E. von Mutius i D. Vercelli, „Życie na farmie: wpływ na astmę i alergię u dzieci” Nature Recenzje Immunologia 10, nie. 12 (grudzień 2010): 861–68.

Okazuje się, że czasem przydaje się majstrowanie w błocie.

Schodząc do płuc zwykle znajdujemy tylko martwe bakterie. 12
E. S. Charlson i in., „Ocena populacji bakterii w płucach poprzez analizę powtórzeń próbek z górnych i dolnych dróg oddechowych”, PLOS Jeden 7, nie. 9 (2012): e42786; ES Charlson i in., „Topograficzna ciągłość populacji bakterii w zdrowym ludzkim układzie oddechowym”,

Wewnętrzna powierzchnia płuc, która jest wystawiona na działanie powietrza, zawiera koktajl peptydów przeciwdrobnoustrojowych: maleńkie białka, które natychmiast zabijają docierające tam bakterie. Jednak w płucach pacjentów z mukowiscydozą lub ludzkim wirusem niedoboru odporności (HIV) czasami znajdują się niebezpieczne mikroorganizmy, które przyczyniają się do rozwoju chorób płuc. 13
J. K. Harris i wsp., „Molekularna identyfikacja bakterii w płynie z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego u dzieci z mukowiscydozą”, Materiały Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych Ameryki 104, nie. 51 (18 grudnia 2007): 20529-33.

Naukowcy wciąż spierają się o to, czy każdy z nas ma w gardle osobną społeczność drobnoustrojów, czy też obecne są tam tylko te drobnoustroje, które pochodzą z jamy ustnej. 14
ES Charlson i in., „Topograficzna ciągłość populacji bakterii w zdrowym ludzkim układzie oddechowym”, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 184, nie. 8 (15 października 2011): 957–63.

Wiadomo już jednak, że zarazki z gardeł palaczy różnią się od tych u osób niepalących, co prawdopodobnie wskazuje, że palenie jest szkodliwe nie tylko dla nas samych, ale także dla żyjących w nas stworzeń. 15
A. Morris i wsp., „Porównanie mikrobiomu oddechowego u zdrowych niepalących i palaczy”, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 187, nr. 10 (15 maja 2013): 1067–75.

Usta i żołądek

Możliwe, że słyszałeś tylko o złych bakteriach w jamie ustnej – tych, które powodują choroby dziąseł i próchnicę. Jeden z nich, Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans), to ta sama istota, która niszczy nam zęby. Pojawił się najwyraźniej w związku z rozwojem rolnictwa 16
O. E. Cornejo i in., „Genomika ewolucyjna i populacyjna bakterii wywołujących jamę bakteryjną Streptococcus Mutans”, Biologia molekularna i ewolucja 30, nie. 4 (kwiecień 2013): 881-93.

Kiedy dieta naszych przodków została dramatycznie wzbogacona o węglowodany, zwłaszcza cukry.

Podobnie jak szczury, które nieświadomie udomowiliśmy i żywią się naszymi śmieciami, niektóre bakterie nauczyły się żyć w naszych ciałach. Na szczęście większość „udomowionych” bakterii jest pożyteczna – tworzą biofilm, który powstrzymuje „złe” bakterie. Mikroby jamy ustnej mogą nawet pomóc w regulacji ciśnienia krwi, rozluźniając tętnice za pomocą tlenku azotu (kuzyna podtlenku azotu, którego spotkałeś na fotelu dentystycznym), który uwalniają.

Inny gatunek, różdżka Plauta ( Fusobacterium nucleatum), zwykle znajduje się w jamie ustnej zdrowej osoby, ale może również przyczynić się do rozwoju choroby przyzębia 17
J. Slots, „Dominująca uprawna mikroflora zaawansowanego zapalenia przyzębia”, Scandinavian Journal of Dental Research 85, nie. 2 (styczeń/luty 1977): 114–21.

. F. nucleatum jest interesujące, ponieważ bakterie te znajdują się wewnątrz guzów okrężnicy 18
M. Castellarin i wsp., „Zakażenie Fusobacterium Nucleatum jest powszechne w ludzkim raku jelita grubego”, Badania genomu 22, nie. 2 (luty 2012): 299–306; MR Rubinstein i wsp., „Fusobacterium Nucleatum promuje karcynogenezę jelita grubego poprzez modulację sygnalizacji E-kadheryny / betakateniny poprzez adhezynę FadA”, Gospodarz komórki i mikrob 14, nie. 2 (14.08.2013): 195–206; A. D. Kostic i wsp., „Fusobacterium Nucleatum potęguje powstawanie nowotworów jelit i moduluje mikrośrodowisko odporności na nowotwory”, Gospodarz komórki i mikrob 14 (2013): 207–15; RL Warren i wsp., „Współwystępowanie bakterii beztlenowych w rakach jelita grubego”, Mikrobiom 1, nie. 1 (15 maja 2013): 16; L. Flanagan i wsp., „Fusobacterium Nucleatum stowarzyszone z etapami rozwoju neoplazji jelita grubego, raka jelita grubego i wyników choroby”, European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases: Oficjalna publikacja Europejskiego Towarzystwa Mikrobiologii Klinicznej 33, nie. 8 (sierpień 2014): 1381–90.

Ale nie wiemy jeszcze, czy jest to przyczyna, czy konsekwencja: czy F. nucleatum powoduje raka, czy jest to po prostu reakcja na warunki, w jakich rozwija się nowotwór.

Plik
w kratę:
bez wirusów

wahadłowy
100%
jest wolny

Nazwa: Zobacz, co jest w tobie. Jak mikroby żyjące w naszym ciele determinują nasze zdrowie i naszą osobowość (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI

Rok wydania: 2016

Wydawca: Korpus (AST)

Format: RTF,FB2,EPUB,MOBI

Plik: SmotriVnytri.rar

Rozmiar: 10,3 MB

Opis książki "Pobierz za darmo Zobacz, co jest w Tobie. Jak mikroby żyjące w naszym ciele decydują o naszym zdrowiu i naszej osobowości (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI"

Rob Knight
Wydawca: Korpus (AST)
Seria: Książki TED
Numer ISBN: 978-5-17-091312-1
Gatunek muzyczny: Literatura edukacyjna, literatura faktu
Format: RTF,FB2,EPUB,MOBI
Jakość: Pierwotnie elektroniczny (ebook)
Ilustracje: kolorowy
Rozmiar 10,3 MB

Opis:Żyjemy w epoce prawdziwej rewolucji w mikrobiologii. Najnowsza technologia pozwoliła naukowcom zanurzyć się w świat mikroskopijnych stworzeń zamieszkujących nasze ciało i dokonać niesamowitych odkryć na tym świecie. Okazuje się, że drobnoustroje, które żyją w niewyobrażalnych ilościach niemal w każdym zakątku naszego ciała, odgrywają o wiele ważniejszą rolę niż wcześniej sądziliśmy: od nich zależy nie tylko nasze zdrowie fizyczne, one decydują o nastroju, upodobaniach i naszej osobowości . O tych odkryciach naukowych słyszymy z pierwszej ręki: autor książki, Rob Knight, jest jednym z czołowych mikrobiologów współczesności, tworzącym naukę przyszłości na naszych oczach.