Leginkább mikrobák vagytok!

Modern társadalmunk csapásai közé tartozik a cukorbetegség, az allergia, az asztma, az elhízás, az autizmus és számos emésztőrendszeri rendellenesség, például az irritábilis bél szindróma, a vastagbélgyulladás, a Crohn-kór és a coeliakia. E betegségek mindegyikében rejlő tünetek és nehézségek különbözőek. A modern molekuláris biológiai kutatási technikák azonban közösséget tártak fel. Az ilyen betegségek mindegyikének mikrobioma van, amely feltűnően különbözik az egészséges emberekétől. Mikro-bio-mi?

Ez a blog, többnyire mikrobák, a mikrobák és köztünk, emberi gazdanövényeik közötti kölcsönhatásokat tárja fel. Különösen az emberi mikrobiom fontosságára összpontosítok terhesség, születés, csecsemő és kora gyermekkor alatt és alatt.

Mi a mikrobiom?

A mikrobiom az összes mikrobiális sejt, amely egy adott helyen él [1]. Emberek esetében az emberi mikrobiom több mint 100 billió baktériumot, vírust és gombát tartalmaz, amelyek a testében vagy a testén élnek [2]. Talán akár tízszer több mikroba alkotja a tested, mint az emberi sejtek [2] (bár új becslések [3] szerint az emberi sejtek száma 10 billió helyett 3,72 billió. Te vagy az otthonuk. Lehet, hogy rögtön arra gondolt, hogy „ew- most kezet akarok mosni!”, De tartson egy percet. Ezen mikrobák túlnyomó többsége hasznos. Felismerték, hogy a vírusok és baktériumok betegségeket okozó "baktériumokként" gondolkodnak, de hasznos mikrobáid nélkül nem tudnád megfelelően megemészteni az ételedet [4], és hiányoznának bizonyos vitaminok [5-7]. Valójában ezeknek a hasznos mikrobáknak a vesztesége tűnik korrelációban számos betegséggel [8-12]. Ezek a legújabb tudományos áttörések megváltoztatják mind az alaptudomány, mind az orvostudomány gondolkodását az emberi egészségről [13].

Miért nem tudtunk ezekről a mikrobákról korábban?

A mikrobák azonosítására szolgáló új technikák a szervezetek DNS-szekvenciáját (az élet egyedi utasításkódjait) alkalmazzák ahelyett, hogy arra támaszkodnának, hogy ezeket a szervezeteket petri-csészében tenyésztik. Történelmileg,

Miért SOHA nem vagy egyedül!

2007-ben a Nemzeti Egészségügyi Intézet okosan fektetett be adómillióit 150 millió dollárba egy ötéves Human Microbiome Project (HMP) projektbe. A HMP megállapításai megváltoztatták testünk egészségének és működési zavarainak megítélését. Már nem tekinthetjük magunkat embernek. Ehelyett úgy kellene gondolnunk magunkra, mint sétáló, beszélő bolygókra! A baktériumok olyan aprók, hogy milliók beleférnek egy hangya antennájába. Az E. coli méretének a testéhez viszonyított aránya hasonló arányú az emberi testhez képest a Földhöz képest. Ahogyan a Földnek különböző élőhelyei vannak - hegyek, tavak, sivatagok, mocsarak -, úgy az emberi test is. A Föld és az emberi élőhelyek mindegyikében meghatározott organizmusok virágoznak ezekben a sajátos körülmények között.

Az élőhelyek egyszerűen bizonyos típusú fizikai jellemzőkkel (hőmérséklet, pH, UV-intenzitás stb.) És jellegzetes organizmusokkal rendelkeznek. Az élőhelyeknek ez a két aspektusa összekapcsolódik, bizonyos organizmusok jobban képesek túlélni a különböző fizikai élőhelyeket. Például a jegesmedvék vastag szőrükkel, zsírrétegekkel, valamint a fókák és a halak ízével jól alkalmazhatók a Föld hidegebb, artikus régióiban, de nem lennének a helyükön, és nem tudnának túlélni forró, száraz sivatagokban pecsétek. Hasonlóképpen, a testében és a testén található mikrobák egy részéhez specifikus tápanyagokra, pH-ra vagy oxigénszintre van szükség a túléléshez, és ezekre az élőhelyekre korlátozódik. Ezeknek a mikrobáknak sajátos funkciójuk van abban az ökoszisztémában is, amelyben élnek. Néha lebontják a tápanyagokat vagy a méreganyagokat, néha vitaminokat gyártanak, máskor egyszerűen helyet foglalnak és megakadályozzák, hogy egy kórokozó ott éljen.

Cara Gibson művészete

"data-medium-file =" https://i0.wp.com/www.mostlymicrobes.com/wp-content/uploads/2014/08/MapLadies6nocaption1.png?fit=598%2C245 "data-large-file = "https://i0.wp.com/www.mostlymicrobes.com/wp-content/uploads/2014/08/MapLadies6nocaption1.png?fit=598%2C245" alt = "Emberek mint mikrobiális ökoszisztémák" width = "598" height = "245" data-recalc-dims = "1" data-lazy- srcset = "data: image/gif; base64, R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP /// yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7"> 2. ábra. Ön sokféle élőhelyből és környezetből álló ökoszisztéma.

Milyen élőhelyek vannak bennem és rajtam?

Az élőhelyeket először fizikai (abiotikus) szempontjaikkal lehet jellemezni. Ezek az abiotikus szempontok a következők: hőmérsékleti tartomány, tápanyagtípus és mennyiség, oxigénmennyiség, pH-tartomány és nedvesség mennyisége. A HMP megkezdte térképek összeállítását arról, hogy a különböző baktériumok hol és testünkön élnek. A mintából 113 egészséges nőstény 18 testhelyéről és 129 egészséges hím 15 testhelyéről vettek mintát, összesen 4788 mintából. Ezek a testhelyek öt fő testterületet tartalmaztak, köztük kilencet a szájból, 4 bőrfelületet, egy székletmintát az emésztőrendszer képviseletére és a nemi szerveket. Néhány alanyból különböző időpontokban vettek mintát, hogy megvizsgálják a mikrobiom stabilitását az idő múlásával [2]. DNS-t extraháltunk, bakteriális 16S rRNS-t amplifikáltunk és szekvenáltunk ezekből a DNS-extrakciókból, majd összehasonlítottuk a bakteriális 16S rRNS-szekvenciákat. A tanulmány arra kereste a választ, hogy 1) a különböző testhelyszínek rendelkeznek-e specifikus baktériumközösségekkel, 2) hogyan viszonyulnak a baktériumok sokfélesége ugyanazon személy testhelyzeteihez, és 3) ha ezek a baktériumközösségek minden testhelyzetben hasonlóak az egyes emberek között.

3. ábra: A minták és a test helyei közötti mikrobiális közösség variációját bemutató grafikon elvi koordinátái. HMP 2012. Természet 486: 207-214.

A különböző testhelyeken vannak-e meghatározott baktériumközösségek?

A test különböző helyein valóban vannak specifikus baktériumközösségek. Ez valószínűleg a legkönnyebben látható a HMP2012 Nature cikk grafikonján (3. ábra), ahol ábrázolják a különbözõ testhelyeken több egyéntõl vett minták közötti különbségeket. Mindegyik pont az adott mintában jelenlévő baktériumtípusok különböző típusait és számait jelöli. Azok a minták, amelyek a legjobban hasonlítanak egymásra, összeállnak. Ez az elemzés azt sugallja, hogy a legkülönbözőbb helyek az orális, az emésztőrendszeri (GI) és az urogenitális helyek, míg a bőr és az orr helyei jobban hasonlítanak egymásra.

A kutatók összehasonlították a baktériumok sokaságát a testek között. Változásokat tapasztaltak az egyes testhelyek specifikus baktériumaiban (4a. És b. Ábra). A kutatók valóban azt tapasztalták, hogy testünk számos élőhelyet tartalmaz, amelyeknek fizikai állapota és biológiai élőlényei eltérőek. Egyes baktériumok a legjobban olyan élőhelyeken élnek túl, mint a száj, ahol sok a nedvesség, az ingadozó hőmérséklet, és a tápanyagok mennyisége attól függően változik, hogy eszel-e és mit. Ezzel szemben a karod bőrén élő baktériumok alkalmazkodnak ahhoz, hogy forró, száraz, alacsony tápanyagtartalmú és UV-intenzív régióban éljenek.

4a. Ábra A 2b. Ábra szín- és bőségkulcsa. 4b. Ábra A 16S rRNS azonosította a testminták helyén található baktérium nemzetségeket. Amikor nemzetségek vannak jelen, a szín jelzi, hogy melyik törzsben vagy osztályban tagjai. A körméret azt jelenti, hogy az adott helyen a teljes mikrobiom hány százaléka áll az adott baktérium nemzetségből. HMP 2012. Természet 486: 207-214.

A HMP készített egy szép, interaktív programot SitePainter néven, ahol megadhatja, hogy mely baktérium taxonok érdeklik, és feltérképezi, hol található a baktérium a testen. Az 5. és a 6. ábrán látható egy példa, amelyet a kloroflexekre és a proteobaktériumokra vonatkozó RDP menedékjellemző elemzéssel végeztem. Figyelje meg, hogy a kloroflexek csak egy helyen találhatók a szájban, míg a proteobaktériumok sok különböző helyen találhatók. A menedékjogi szint a második legmagasabb rendszertani kategória. Egy adott védettségen belül számos osztály és még több faj található. Mivel az első kép a menedékjog szintjén van, a legszélesebb szervezési szintet látjuk, amely a korlátozottabb gyarmatosítási mintákkal rendelkező organizmusok sok alcsoportját (osztályát) magában foglalja.

5. ábra: Példa képernyőfelvételre arról, hogy a HMP hol talált Chloroflexit az emberi testen. A különböző élőhelyek felfedezéséhez látogasson el ide: http://www.hmpdacc.org/sp/

A 4. ábra egy SitePainter képernyőképet mutat a Betaproteobacteria osztályszintjén. A Betaprotobacteriumok osztályán belül számos család létezik (ebben a példában ismeretlen, 7. ábra és Oxalobacteraceae, 8. ábra). Családi szinten nyilvánvalóvá válnak a különböző gyarmatosítási minták, és valóban elkezdődik a baktériumok sokféleségének feltárása. Tehát mi a sokféleség és miért számít?

6. ábra: SitePainter képernyőkép a fehérjebaktériumok (3. szint) osztályozásáról az emberi testen. 7. ábra: SitePainter screenshot az osztály (6. szint) osztályozásáról a protobjektum proteobaktériumain belül. A bemutatott baktérium-kolonizáció helyei ismeretlen baktériumok a Order Burkholderia-ban. 8. ábra: SitePainter képernyőkép a Betaproteobacterium osztály (6. szint) osztályozásáról a menedékház proteobaktériumain belül. A bakteriális kolonizáció helyei a Burkholderia rend és az Oxalobacteraceae család családjába tartoznak.

Mi a sokszínűség?

A sokféleség egyszerűen annyi, hogy mennyi különféle élőlény van jelen. Például egy városi utcának háromféle madara lehet (galambok, seregélyek és verebek), míg egy vidéki utcában tíz különféle madárfaj lehet (seregélyek, verebek, kék szajkók, amerikai kékmadarak, bíborosok, vontatók, varjak, diófélék, wrens és csicsergők). Ebben az esetben a városi utca kevésbé változatos lenne, mint a vidéki utca.

Az egészséges emberi mikrobiómának ebben a kezdeti felmérésében a mintában szereplő minden egyes személynél a legkülönbözőbb testhelyek a GI és az orális helyek voltak, míg a hüvelyi helyek a legkevésbé változatosak. Érdekes, hogy bár mind az orális, mind a GI helyek nagy változatosságot mutatnak, a szájban ugyanazokat a fajokat látták különböző embereknél. Ez olyan lenne, mintha ugyanazt a három madárfajt (galambot, seregélyt és verebet) találnánk meg Alabama városi és Kaliforniában. Ezzel szemben a baktériumtípusok különbözőek voltak, amikor összehasonlították a különböző emberek GI-rendszerét. A sokféleség szintjétől függetlenül az ember egyedi mikrobiomja stabil volt az idő múlásával.

Miért számít a sokféleség?

Az ökoszisztémák az organizmusok sokféleségétől függenek az egészséges és fenntartható környezet fenntartása érdekében. Minden organizmuscsoport - növények, állatok, gombák, baktériumok - mind olyan munkát végeznek, amely elengedhetetlen az ökoszisztéma megfelelő működéséhez, és létrehoz egy interakciós hálózatot, és néha kölcsönös függőséget is. Növények és mikrobák nélkül, amelyek oxigént szolgáltatnának, az állatok nem élnék túl sokáig. Hasonlóképpen, az állati eredetű szén-dioxid termék elengedhetetlen a növények fotoszintéziséhez. Természetesen e növények és állatok nagyobb csoportjain belül vannak olyan organizmusok részhalmazai, amelyeknek az ökoszisztéma működéséhez elengedhetetlen specifikus munkájuk van. Egyes rovarok és madarak növényi beporzóként szolgálnak. Más rovarok, madarak és emlősök különböző növényekkel táplálkoznak. Ezek a rovarok, madarak és emlősök aztán más állatok táplálékául szolgálnak. Aztán ott vannak a káros állatok - az ökoszisztéma újrahasznosítói. Állati és növényi hulladékokkal és tetemekkel táplálkoznak, hogy ezeket a tápanyagokat visszajuttassák a környezetbe. A mikrobáknak olyan speciális munkájuk is van, amelyektől más fajok függenek az ökoszisztéma megfelelő működéséhez.

Bizonyos esetekben egy kis változatosság elveszhet az ökoszisztéma folyamatainak megzavarása nélkül. Például egyetlen méhfaj elvesztése, amely beporzza a különféle növényeket, nem jelenthet túl nagy problémát, ha egy másik rovarfaj ugyanazt a munkát ugyanolyan hatékonyan és eredményesen tudja elvégezni. Ha azonban csak egy méhfaj képes beporozni egy adott növényt, és a rovar beporzása elengedhetetlen a növény fennmaradásához, az egyetlen méhfaj elvesztése nagyobb következményekkel jár. Hasonló az emberi mikrobiómával. Az emésztőrendszerben, különösen a belekben, a sokféleség rendkívül fontosnak tűnik. Minél nagyobb a mikrobiális sokféleség, annál szélesebb körben végezhető munkák. Ebben az esetben a munkák emésztenek egy sor élelmiszert. Az egyes mikrobáknak különálló génkészlete van, amelyek lehetővé teszik számukra a speciális tápanyagok lebontását vagy a gazdaszervezet étrendjéből hiányzó vitaminok és egyéb tápanyagok szintézisét. A mikrobák szélesebb változatossága az élelmiszerek szélesebb körének feldolgozásához vezet.

Tetőtől talpig, kívül és belül főleg mikrobák vagytok. Mivel a Föld bolygó ökoszisztémái olyan élőhelyekkel rendelkeznek, amelyek specifikus organizmusokkal rendelkeznek, és amelyek elengedhetetlenek az ökoszisztéma megfelelő működéséhez, ugyanúgy működik az emberi test is. Az a sok mikroba nélkül, amely hazahívja Önt, az ökoszisztémája meghibásodhat. Bár a mikrobák szabad szemmel láthatatlanok, fontosságuk egyre nyilvánvalóbbá válik. Remélem, hogy ez a blog összekapcsolja Önt ezzel a láthatatlan és nélkülözhetetlen részével.