A bélbaktériumok kulcsfontosságúak lehetnek az elhízás, a depresszió, a Parkinson-kór megállításában; s

Amanda K. Fronk (BA ’10, MA ’14) a 2018. őszi számban

Illusztráció: John S. Dykes

Az amerikai felnőttek közel 40 százaléka elhízott. Mára már nem sokkol ez a stat, és a legtöbben belefáradtunk a beszélgetésbe. Éljük az életünket, ellenkezve ezzel a ténnyel, örökké fogyókúrázunk, tornázunk és megszálljuk a súlyunkat. Az országos hírekben, a közösségi médiában és a barátokkal folytatott háborús történetekben aggódunk. És mégis, bármennyire is beszélünk erről a súlyos problémáról, nem vagyunk olyan remekek a megoldásában.

Az elhízás aránya növekszik, még akkor is, ha növekszik a diéták és a testedzési programok száma. Próbálunk és próbálunk, és próbálunk is. És valahogy egyre inkább nyerünk, nyerünk és nyerünk. De talán, csak talán, nem (teljesen) ez a mi hibánk.

Gondoljon erre: Öt évvel ezelőtt Liping Zhao kínai kutató és csapata a Sanghaji Jiao Tong Egyetemen néhány laboratóriumi egeret hetek alatt egészségesből elhízottá váltak, négyszer nagyobb grammot adva, mint ketrecük párja hasonló diéta. Hogy csinálták? A baktériumok átültetésével egy 385 fontos, betegesen elhízott ember béléből.

Amikor Zhao mintát vett a férfi bél mikrobiotájából - az emberi belekben élő baktériumok és vírusok közösségéből -, meglepődve tapasztalta, hogy annak 35 százalékát Enterobacter cloacae B29, baktériumok ritkán fordulnak elő egészséges emberben. A zsírkedvelő baktériumok éheztetésére a kutatócsoport teljes szemekből, rostos gyümölcsökből és zöldségekből álló étrendet helyezett el. 23 hét alatt a férfi 113 kilót fogyott, és E. kloakák B29 minden, csak eltűnt a beléből.

Nyilvánvaló, hogy a baktériumok az elhízás felé billentették a mérleget - az ember és az egér számára. És ahogy a kutatók az egész világon felfedezik, beleértve a BYU-t is, nemcsak az elhízás. A baktériumok már érintettek a cukorbetegség, a szorongás, a depresszió, a sclerosis multiplex, a Parkinson-kór, az étvágytalanság és egyebek kialakulásában.

A BYU mikrobiológiai és molekuláris biológiai professzora, Laura Clarke Bridgewater (BS ’89) 2014–15-ben egy éven át tartó szombaton vett részt Zhaóval, hogy feltárja a stresszel és szorongással járó bakteriális összefüggéseket. És azóta azt kutatja, mit csinálnak még ezek a baktériumok a testünkben.

Bár körülbelül 330 éve tudunk ezekről a mikroszkopikus szervezetekről, a Bridgewaterhez hasonló tudósok éppen most foglalkoznak azzal, hogy a nem patogén bélbaktériumok valójában hogyan hatnak a testtel. "Az elmúlt 10 évben [a mező] nagyon felrobbant" - mondja. A bél mikrobiota vizsgálata teljesen új megközelítést ad a betegségek kutatásában, és ezzel együtt optimizmust ad az új kezelések felfedezéséhez.

Belvárosi kapcsolatok

Ön egy sétáló metropolisz, amelynek lakói 39000000000000 (és ez csak a baktériumok - ne bánja a helyi vírusokat). Különböző városrészek vannak, amelyek tele vannak produktív polgárokkal, alattomos szélhámosokkal és látogató turistákkal. Nyüzsgő, szorgalmas hely. A benned és rajtad élő hibák meghaladják a tested összes sejtjét, de olyan kicsiek, hogy csak körülbelül öt fontot tesznek ki belőled.

Érthető, ha a dolgok ilyen nézete felkapja a bőrt. Az évek során a baktériumokat betegségeket okozó ellenségként fogalmaztuk meg. És nem csoda, miért, mivel a huncutkodókról köztudott, hogy olyan zavarokat okoznak, mint a tüdőgyulladás, a tuberkulózis és a Lyme-kór. A hírhedt baktériumok, az E. coli és a szalmonella szintén bűnözők lehetnek. De viszonylag kis része a baktériumoknak, amelyek a többieknek rossz nevet adtak. A baktériumokkal küzdő polgárok többsége csak vállalkozik, és sokan még az egészségére is hasznosak.

A szimbiotikus kapcsolat így működik: meleg tartózkodási helyet és természeti erőforrásokat biztosítunk (például tápanyagok és növényi rostok); a baktériumok viszont olyan dolgokat tesznek, amelyeket nem tehetünk meg magunkért, például ezeket az erőforrásokat olyan anyagokká finomíthatjuk, amelyeket felhasználhatunk. A rezidens baktériumoknak magas szintű munkájuk van, szénhidrát emésztőként, vitamin szintetizátorként, immunrendszer erősítőként, sőt sejtépítő oktatóként dolgoznak.

Egy egészséges mikrobiális közösségben a jó baktériumok segítik a béke megőrzését azáltal, hogy kiszorítják a rossz fiúkat. "Ha a hasznos baktériumok megtelepítik a béledet" - mondja a Bridgewater, "akkor kevésbé valószínű, hogy megbetegedsz, ha vannak rossz baktériumok az elfogyasztott ételben, mert a már meglévő versenytársak felül fogják versenyezni"

És akkor van anyagcsere. "Mindannyian ismerünk valakit, aki úgy tűnik, mindent megeszik, amit akar, és soványak maradnak" - mondja Bridgewater. „Valaki más mindig fogyókúrázik, és nem fogy. Hogyan lehetséges ez?" A válasz szerint a belünk változó sminkje.

Annak ellenére, hogy többnyire nem veszünk tudomást erről a közösségről, testünk ennek ellenére összhangban van vele, még a baktériumok szaporodásának elősegítése érdekében is. Például miért van az, hogy az emberi anyatej annyi oligoszacharidot, komplex cukrot tartalmaz, amelyet a csecsemők nem tudnak megemészteni? Kiderült, hogy az oligoszacharidok olyanok, mint egy neonjel a komplex cukorszerető baktérium számára Bifidobacterium longum infantis, a csecsemők belében való tartózkodásra való felkérés. Mint B. infantis felfalja az anyatejben lévő cukrokat, tápanyagokat bocsát ki a csecsemőbe, és olyan jeleket küld, amelyek erősítik a bélbélést, megvédve a babát a fertőzésektől és betegségektől.

Tenyésztő baktériumok

A születéskor az emberek olyanok, mint egy vadonatúj, megüresedett város, amelyet készen áll a baktériumok elárasztása a lakhatás és az ingyenes élelem után. Már az első lélegzetvételünk előtt elkezdjük gyűjteni a mikrobákat, amelyek némelyike a belünk elsődleges ingatlanjáig vezet.

Hogy ez a mikrobiális ökoszisztéma végül hogyan néz ki, több tényezőtől függ, sok a legkorábbi évektől: hüvelyi vagy C-szakaszos születés volt? Szoptatták-e a babát vagy tápszert kaptak-e? Mit evett a baba kisgyermekként?

A bélpopuláció az érkezési sorrendben működő szabályok szerint működik. "Ha a baktériumok létrejöttek, elég stabilak" - mondja Bridgewater, aki hozzáteszi, hogy 2 éves korára a bél elég jól fel van állítva az életre, és makacsul ellenáll a változásoknak. Az antibiotikum-kúra után „kezdetben nagy különbség lesz a bél mikrobiotájában” - mondja a Bridgewater -, de két vagy három hónappal később teljesen [visszatér] a normális szintre,. . . ami jó, ha egészséges. ” Ha azonban a mikrobiota közösség problémás - például lassabb anyagcserét vagy betegséget okoz -, annak megváltoztatása frusztráló nehézségeket okozhat. De a kutatók találtak néhány olyan dolgot, amely látszólag változtat. Lásd lent: „Egészséges bélépítés”.

2012-ben a Human Microbiome Project Consortium közzétette az emberi mikrobák természetét áttekintő első cikkét. Sokan azt várták, hogy látnak egy magmikrobát - „egy mikrobát, amely egy adott faj minden egyedében megtalálható egy adott időpontban” - mondja John M. Chaston (BS '05) növény- és vadprofesszor, aki a bélmikrobiotát tanulmányozza a gyümölcslegyekben. . Amit találtak helyette, az szinte végtelen változatosság volt. "Nagy különbségek voltak az egyének között - egészséges egyének között" - magyarázza, megjegyezve, hogy a bélflóra variációja ugyanolyan változatos lehet, mint a bolygó egyedei. "Vannak emberek, akik azt állítják, hogy a mikrobiom megkülönböztethető ujjlenyomat" - mondja Chaston.

Annyi különféle baktériumfaj létezik, amelyek létezhetnek az emberi bélben, a tudósok abbahagyták az egyetlen tökéletes, ideális bél utánkutatását. "A kialakuló modell szerint a funkció fontosabb, mint a taxonómia" - mondja Chaston. Más szavakkal: kiegyensúlyozott közösség létrehozásáról van szó, amely elvégzi az összes kívánt funkciót a gazda számára, nem pedig a specifikus baktériumok listájának létrehozásáról. Például mekkora az aránya a metabolizáló baktériumok és a fertőzés elleni baktériumok között? Ez az egyensúly vagy egyensúlyhiány végső soron befolyásolja egészségi állapotunkat.

Csatlakozás az okokhoz

Egészen a közelmúltig az orvosi kutatók olyan betegségeket elemeztek, mint az elhízás, az autizmus és a depresszió, szemrevételezve például az anyagcsere meghibásodásait vagy a neurotranszmitterekkel kapcsolatos problémákat. A megközelítés számos betegség tüneteit hatékonyan kezelte az évek során, de a bél mikrobiotájának új tanulmányával a kutatók úgy vélik, hogy a probléma tényleges forrásaihoz közelítenek. Míg a legtöbb kutatás csak összefüggést tud bizonyítani, és nem okozhat ok-okozati összefüggést - mint az autizmus esetében -, más kutatások közvetlen összefüggéseket találtak a bél mikrobiotánk és a betegség között.

Vegyük egybe a kínai elhízás-kutatást. A kutatók nem tudják pontosan, hogyan Enterobacter cloacae A B29 vagy bármely más baktérium elhízást okoz, de vannak elméletek. Az egyik az, hogy bizonyos baktériumok mesterien tudják kiszorítani a kalóriákat az ételből. Ha egy ember „ugyanazt az ételt eszi, amelyet valaki más eszik, és a bél mikrobiája több energiát szed belőle” - mondja a Bridgewater, „akkor olyan, mintha többet ennének, amikor tényleg nem.” Egy másik ötlet kapcsolódik az endotoxinokhoz, amelyeket egyes baktériumok felszabadítanak a véráramba. Magas szinten ezek az endotoxinok szeptikémiát és gyakran halált okozhatnak, de nagyon alacsony szinten krónikus gyulladáshoz vezethetnek az egész testben. Mi köze ennek az elhízáshoz? "A gyulladás befolyásolja az inzulin jelátvitelt" - mondja a Bridgewater. "És ha az inzulinreakció nem működik megfelelően, akkor az emberek olyan üzemanyagot tárolhatnak, amelyet elégetniük kellene."

Úgy tűnik, hogy a baktériumok szerepet játszanak olyan mentális betegségekben is, mint a szorongás és a depresszió. Hogyan lehet köze a beleknek a mentális betegséghez? Először is: "A testünk szerotoninjának 90 százaléka valóban a bélben termelődik" - mondja a Bridgewater. A szerotonin az egyik legfontosabb neurotranszmitter, amelyet testünk használ érzelmi egyensúlyunk fenntartására. Másodszor, a vagus ideg, a test egyik legnagyobbja, az agytól a bél 100 millió neuronjáig fut.

A szorongás és a depresszió akkor fordul elő, ha a neurotranszmitterek egyensúlyhiányban szenvednek az idegsejtek között. „Dopamin, szerotonin. . . . Emberi vegyi anyagok. Testünk arra készteti őket, hogy egyik idegről a másikra jelezzenek ”- magyarázza Bridgewater. „De a baktériumok is előállíthatják őket. Tehát ha a baktériumok képesek ilyesmire, akkor közvetlenül jelezhetik idegsejtjeinket. Túl korai megmondani, hogy mely baktériumok vagy baktériumok kombinációi befolyásolhatják a neurotranszmitter szintjét, de a kutatás folytatásával a Bridgewater reméli, hogy a tudósok jobb kezelést találnak.

Jobb hibakezelés

Hogyan néz ki a mikrobiológiai gyógyszerek jövője? Sokkal elegánsabb, mint egy sor válogatás nélküli antibiotikum - mondja a Bridgewater. Csapata jelenleg azon bakteriofágok - baktériumokat megcélzó vírusok - izolálásán dolgozik, amelyek az elhízást okozó baktériumokat keresik és elpusztítják. "Ha csak szelektíven tudjuk eltávolítani a káros baktériumok egy részét, hogy megnyissunk egy ökológiai teret" - mondja -, akkor talán nagyobb esélyt adhatunk a jó baktériumoknak. "

A Bridgewater a beleket hasonlítja össze a veszélyes amazóniai ökoszisztémával: „Ha ledobsz egy cicát az amazóniai dzsungelbe, valószínűtlen, hogy a dzsungelt macskák fogják elárasztani. Nem lehetetlen,. . . [de] valószínűleg az a cica meghal. " De ha a kutatók képesek elpusztítani a káros baktériumokat, akkor a probiotikumok nagyobb eséllyel találnak helyet és virágoznak.

Míg a fágterápiát az elmúlt 80 évben sikeresen alkalmazták Oroszországban és Grúziában, az Egyesült Államokban csak most kezdik alkalmazni a klinikai vizsgálatok során. Julianne H. Grose mikrobiológiai és molekuláris biológiai professzor, aki bakteriofágokat kutat, olyan jövőt képzel el, ahol a fágterápia kiegészíti az antibiotikumokat. "Az antibiotikumok és a fágok olyan különböző mechanizmusokkal működnek, hogy az antibiotikumokkal szemben rezisztenssé váló baktériumok többsége még mindig érzékeny a fágokra" - mondja, és néhány baktériumot ugyanúgy jobban kezelnek az antibiotikumok.

A tudósok azt is kutatják, hogyan lehetne jobban kihasználni a baktériumok erejét - hogyan lehet velük dolgozni, nem csak kordában tartani őket. Ez sok ajtót nyithat az orvosi területen. Chaston szerint egyrészt sokkal könnyebb megváltoztatni őket, mint a genetikánkon. "Ha már felnőttem, akkor nagyon nehéz pótolni a géneket a szívem minden sejtjében" - mondja. "De tudjuk, hogy a mikrobiom nagyon jó módszer a gazda tulajdonságainak manipulálására." Túl korai tudni, hogyan lehetne ezt megtenni, de ez csábító ötlet. "Tudjuk, hogy olyan embereket kaphatunk mikrobákba, amelyek olyan dolgokat csinálnak, amelyekre nem tudunk saját sejtjeinket tervezni" - magyarázza Chaston. "Mikrobák bevitele specifikus problémák megoldására és terápiás szerként történő alkalmazás - ez izgalmas helynek tűnik a határon."

Az orvosok egyelőre már a bél mikrobiotáját használják egyes betegségek gyógyítására. Például, Clostridium difficile egy patogén baktérium, amely súlyos hasmenést okoz és halálhoz vezethet. Gyakran intenzív antibiotikum-kúrák után következik be, ami a beleket fertőzésre fogékonyá teszi. „Nehéz megszabadulni. Nincsenek jó [hagyományos] kezelések ”- mondja Chaston. Gyógyulását - a széklet mikrobiota transzplantációját - a mikrobiómás kezelés fémjelzi. Az átültetés magában foglalja, hogy „egy egészségtelen embernek egészséges ember kakát adjon” - magyarázza Chaston. „Nem tudjuk, mi van benne. Csak tudjuk, hogy jobbak lesznek. ” A transzplantáltak mintegy 90 százaléka felépül, gyakran a transzplantációt követő néhány órán belül.

Bármi legyen is a mikrobákkal kapcsolatos egészség jövője, egyértelmű, hogy ezek a mikroszkopikus élettársak sokkal jobban kapcsolódnak hozzánk, mint azt valaha is elképzelhettük volna. A Bridgewater számára minden ismeretlen mozgatórugó a kutatásában.

"Tudjuk, hogy a [baktériumok] hatással vannak, de még mindig nagyon nehéz meghatározni, hogy mely baktériumok a kulcsszereplők és melyek a nézők" - mondja. "Örülök annak a lehetőségnek, hogy megértsem, melyik baktériumfajok hatnak pontosan az emberi egészségre, különösen a mentális egészségre, és pontosan hogyan csinálják."

Egészséges bél építése

Amikor a bél mikrobiotájáról van szó, a BYU mikrobiológiai és molekuláris biológiai professzora, Laura Clarke Bridgewater (BS ’89) azt mondja, hogy „a sokféleség jobb”. Minél többféle baktérium van a bélben, annál egészségesebb az ember. Noha a zsűri még mindig tisztában van azzal, hogy a baktériumok mely keverékei a legjobbak, vannak módok, amelyek segíthetnek ennek a sokféleségnek a létrehozásában:

Piszkossá válni. „[A babák] mindent a szájukba adtak. . . . Ezt csinálják ”- mondja Bridgewater, aki hozzáteszi, hogy ez jó dolog. - Valójában mikrobiotát építenek. Tanulmányok kimutatták annak előnyeit, hogy a gyerekek kissé piszkosak, például csökkentik az asztma vagy az allergia kialakulásának kockázatát. "Ha fiatalon [baktériumokat] kapnak, amikor az egész immunrendszerük fejlődik, immunrendszerük erősebbé válik, és nem reagál túlságosan minden apró dologra" - mondja.

Egyél zöldjeidet. "Amit etetsz, nőni fog" - mondja a Bridgewater, ezért olyan fontos az étrend. „A növényi rostok mindenképpen hasznosak a bélbaktériumok számára. Hajlamosak arra, hogy a legjobb baktériumok növekedjenek. ”

Kezelje a stresszt, hölgyeim. A Bridgewater és kutatócsoportja megállapította, hogy amikor a nőstény egerek stressz alatt vannak, bél mikrobiájájuk károsodik. Ha a stresszes állapot krónikus, a változások fennmaradhatnak. "Ez azt sugallja, hogy érdemes erőfeszítéseket tenni a stressz kezelésére és csökkentésére" - mondja Bridgewater. "Nem csak elviselni."

Balance antibiotikumok. Míg a Bridgewater könnyedén híve van az antibiotikumoknak, mint a modern orvostudomány istenei, azt ajánlja, hogy takarékosan használja őket és stratégiai szempontból. Orvosa útmutatásával megfontolhatja a probiotikum szedését.

Légy következetes. A hatékony rosttartalmú étrendnek életmódváltásnak kell lennie. "Nem lehet csak néhány hónapig diétázni, megváltoztatni a [bél mikrobiómját], majd visszatérni [a régi étrendhez]" - mondja Bridgewater. "[A mikrobiomod] ugyanolyan gyorsan visszamegy."

Ismerje meg baktériumait

Bélünk virágzó városában billió baktérium él, él, dolgozik és eszik. Vannak, akik bűnözők rendbontói, gyors és intenzív betegségeket okoznak, míg más rosszfiúk a radar alatt repülnek, és lassan megbetegítenek minket anélkül, hogy tudnánk róla. Megint mások a legnehezebb dolgozók a testünkben, lebontják az emészthetetlen tápanyagokat, amelyeket elfogyaszthatunk számunkra, és leküzdik néhány aljasabb baktériumot. Íme néhány a különböző baktériumok közül, amelyek a bélünket otthonnak hívják:

Bacteroidetes: Az egyik legelterjedtebb baktériumtípus az emberi bélben, a bakteroidéták egy olyan baktériumcsalád (törzs, ha technikát szeretne kapni) baktériumok, amelyek jól fejlődnek a rostokon és a komplex cukrokon. Segítenek a fehérjék és a szénhidrátok lebontásában. Azok a személyek, akiknek magas a bakteroidétája, soványabbak.

Firmicutes: A zsírkedvelő cégek szintén nagyon gyakoriak. A cégbajnokok mesterek abban, hogy több kalóriát vegyenek ki az ételből, mint amennyit a testsejtek önmagukban megtehetnének. Túlsúlyos embereknél általában gyakoribbak.

Bilophila wadsworthia: Ez az egyik bűnözői baktérium, amely néha az emberi bélben talál lakást. E baktériumok nagy közösségei irritábilis bél szindrómát és egyéb emésztési problémákat okoznak.

Bacteroides fragilis: Ha az egerekkel végzett vizsgálatok igazak az autizmussal élő emberekre, akkor ennek a baktériumnak a jelenléte segíthet a szociális hiányokkal, szorongással és ismétlődő viselkedéssel küzdő gazdáknak.

Lactobacillus rhamnosus: Bár a hatás emberben még nem bizonyított, úgy gondolják, hogy ez a baktérium a szorongással és a depresszióval kapcsolatos viselkedés alacsonyabb arányával társul gazdáikban.