A mikrobiom szoptatása

Ez egy szerkesztett részlet a „Tartalom a sokaságot: a bennünk lévő mikrobák és az élet nagyobb képe” című cikkből, amelyet augusztus 9-én ad ki az Ecco, a HarperCollins Publishers lenyomata.

A tej emlős újítás, gyakori a platypusákon és a pangolinokon, az embereken és a vízilovakon, összetevői attól függően változnak, amire az egyes fajoknak szüksége van. Az emberi tej különös csoda. Minden emlős anya oligoszacharidoknak nevezett komplex cukrokat termel, de az emberi anyák valamilyen oknál fogva kivételes változatosságot okoznak: eddig a tudósok több mint kétszáz emberi tej oligoszacharidot vagy H.M.O.s. Ezek az emberi tej harmadik legnagyobb mennyiségű összetevője a laktóz és a zsírok után, és szerkezetüknek gazdag energiaforrássá kell tenni őket a növekvő csecsemők számára - de a csecsemők nem tudják megemészteni őket. Amikor német ezt először megtudta, gobot űzték. Miért költené egy anya ennyi energiát ezeknek a bonyolult vegyszereknek az előállítására, ha azok látszólag haszontalanok lennének gyermeke számára? Miért nem tette le a lábát a természetes szelekció egy ilyen pazarló gyakorlatnak? Íme egy nyom: a H.M.O. sértetlenül halad át a gyomorban és a vékonybélben, a vastagbélben landol, ahol baktériumaink többsége él. Mi van, ha egyáltalán nem csecsemőknek szánt élelmiszerek? Mi van, ha a mikrobák táplálékául szolgálnak?

Ez az ötlet a huszadik század elejére nyúlik vissza, amikor két nagyon különböző tudóscsoport felfedezéseket tett, amelyek tudomásuk nélkül szorosan összekapcsolódtak. Az egyik táborban a gyermekorvosok megállapították, hogy a Bifidobacteriumoknak (barátaiknak „Bifs” -nek) nevezett mikrobák gyakoribbak a szoptatott csecsemők székletében, mint a palackban tápláltak. Azt állították, hogy az emberi tejnek tartalmaznia kell valamilyen anyagot, amely táplálja a baktériumokat - amit később a tudósok bifidus faktornak neveztek. Közben a vegyészek felfedezték, hogy az emberi tej olyan szénhidrátokat tartalmaz, amelyek a tehéntejben nincsenek, és fokozatosan szétválasztották ezt a rejtélyes keveréket az egyes komponenseihez, köztük több oligoszacharidhoz. A párhuzamos pályák 1954-ben találkoztak, köszönhetően Richard Kuhn (vegyész, osztrák, Nobel-díjas) és Paul Gyorgy (gyermekorvos, magyar származású amerikai, anyatej-szószóló) együttműködésének. Együtt megerősítették, hogy a titokzatos bifidus faktor és a tejoligoszacharidok ugyanazok voltak - és táplálták a bélmikrobákat.

Tizenkilenc-kilencvenes évekig a tudósok tudták, hogy a tejben több mint száz H.M.O. van, de csak néhányat jellemeztek. Senki sem tudta, hogy néz ki a legtöbbjük, vagy hogy melyik baktériumfajt táplálják. A közönséges bölcsesség az volt, hogy egyformán táplálták az összes Bif-et, de German nem volt megelégedve. Pontosan meg akarta tudni, hogy kik az étkezők és milyen ételeket rendelnek. Ehhez vett egy támpontot a történelemből, és vegyészekből, mikrobiológusokból és élelmiszer-tudósokból álló sokszínű csapatot állított össze. Együtt azonosították az összes H.M.O.-t, kihúzták a tejből és baktériumokkal táplálták őket. És a kutatók bánatára semmi sem nőtt.

A probléma hamar világossá vált: a H.M.O.-k nem a Bifs minden célú ételei. 2006-ban a csoport megállapította, hogy a cukrok szelektíven táplálják az egyik alfajt, a Bifidobacterium longum infantis-t. Mindaddig, amíg a B. infantis-t H.M.O.-val látja el, ez minden más bélbaktériumot versenyképes lesz. A szorosan rokon alfaj, a B. longum longum gyengén növekszik ugyanazokon a cukrokon, és az ironikus nevű B. lactis, a probiotikus joghurtok közös szerelvénye egyáltalán nem nő. Egy másik probiotikus alappillér, a B. bifidum, valamivel jobban jár, de nyűgös, rendetlen evő. Összetör néhány H.M.O.-t és beveszi a neki tetsző darabokat. Ezzel szemben a B. infantis minden utolsó morzsát megemész egy harminc génből álló csoport segítségével - egy átfogó evőeszközkészlet a H.M.O.s. Nincs más Bif ilyen genetikai klaszter; egyedülálló a B. infantis számára. Az emberi tej a mikroba táplálására fejlődött, és ez egy tökéletes H.M.O.-ká fejlődött. Nem meglepő, hogy gyakran az uralkodó mikroba a szoptatott csecsemők belében.

A B. infantis elnyeri tartását. A H.M.O. emésztésével rövid láncú zsírsavakat szabadít fel, amelyek táplálják a csecsemő bélsejtjeit. Közvetlen érintkezés útján a B. infantis arra is ösztönzi a bélsejteket, hogy készítsenek ragasztó fehérjéket, amelyek lezárják a köztük lévő réseket, megakadályozva a mikrobákat a véráramban, és gyulladáscsökkentő molekulákat, amelyek kalibrálják az immunrendszert. Ezek a változások csak akkor következnek be, amikor a B. infantis táplálkozik H.M.O. ha laktózt kap helyette, akkor túléli, de nem vesz részt semmiben a csecsemő sejtjeiben. Más szavakkal, a mikroba teljes jótékony potenciálja csak akkor szabadul fel, ha anyatejjel táplálkozik. Hasonlóképpen ahhoz, hogy a gyermek kiaknázza a tej által nyújtott teljes előnyöket, a bélben kell lennie a B. infantis-nak. Emiatt David Mills mikrobiológus, aki németül dolgozik, valójában a B. infantist a tej részének tekinti, bár egy részét nem a mellben készítik.

Nem világos, miért emelkedik ki az emberi anyatej a többi emlős között. Ötször annyi H.M.O. típusú van, mint a tehéntejben, és több százszorosa a mennyiségnek. Még a csimpánz tej is elszegényedett a miénkhez képest. Mills néhány lehetséges magyarázatot javasol erre a különbségre. Az egyik az agyunkat foglalja magában, amely híresen nagy a mi méretű prímás számára, és amely hihetetlenül gyorsan növekszik első életévünk során. Ez a gyors növekedés részben a sziálsav nevű tápanyagtól függ, amely véletlenül egyike annak a vegyi anyagnak, amelyet a B. infantis felszabadít, miközben a H.M.O.s. Lehetséges, hogy azáltal, hogy ezt a baktériumot jól táplálják, az anyák agyosabb csecsemőket nevelhetnek. Ez megmagyarázhatja, hogy a majmok és a majmok között miért vannak a társadalmi fajokban több tejoligoszacharidok, mint magányosak, és nagyobb a választékuk a bootoláshoz. Nagyobb csoportokban való élethez több társadalmi kapcsolatra kell emlékezni, több barátságot kell kezelni, és több riválissal kell manipulálni. Sok tudós úgy véli, hogy ezek az igények vezérelték a prímás intelligencia fejlődését; talán a H.M.O.-k sokszínűségét is táplálták.

Egy alternatív ötlet magában foglalja a betegségeket. Csoportos körülmények között a kórokozók könnyen visszapattanhatnak egyik gazdától a másikig, ezért az állatoknak jobb módszerekre van szükségük, hogy megvédjék magukat. A H.M.O.-k biztosítják az egyik ilyen védelmet. Amikor egy kórokozó megfertőzi a belünket, akkor az szinte mindig azzal kezdődik, hogy a bélsejtjeink felszínén lévő glikánokra - cukormolekulákra - tapad. De a H.M.O. szembetűnő hasonlóságot mutat ezekkel a glikánokkal, ezért a kórokozók néha inkább ragaszkodnak hozzájuk. Csaliként viselkednek, és elrántják a tüzet a baba saját sejtjeitől. Blokkolhatják a bélgonoszok, köztük a szalmonellák névsorát; Listeria; Vibrio cholerae, a kolera mögött elkövető bűnös; Campylobacter jejuni, a bakteriális hasmenés leggyakoribb oka; Az Entamoeba histolytica, egy falatozó amőba, amely vérhas-rendellenességet okoz és évente százezer embert öl meg; és sok virulens E. coli törzs. A H.M.O.-k akár képesek is akadályozni a H.I.V.-t, ami megmagyarázhatja, hogy a fertőzött anyáktól szívó csecsemők több mint fele miért nem fertőződik meg, annak ellenére, hogy hónapokig ivott vírusokkal töltött tejet. Valahányszor a tudósok kórokozót állítottak elő a tenyésztett sejtekkel H.M.O. jelenlétében, a sejtek mosolyogva jelentek meg.