کوئنتیلیون ها میکروب در یک فرد ماهیت ما را تعریف می کنند

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

دانشمندان هر چه بیشتر میکروب‌هایی را که در بدن انسان زندگی می‌کنند مطالعه کنند، بیشتر در مورد تأثیر قدرتمند این خرده‌ها بر ظاهر، رفتار و حتی طرز تفکر و احساس ما می‌آموزند.

آیا ویروس ها، باکتری ها، قارچ های تک سلولی و سایر ارگانیسم هایی که در ریه ها و روده ها، پوست و کره چشم زندگی می کنند واقعا به سلامت و تندرستی ما بستگی دارند؟ آیا خیلی عجیب نیست که باور کنیم موجودات میکروسکوپی که در خود و روی خود حمل می کنیم، از بسیاری جهات ماهیت ما را تعیین می کنند؟

تأثیر میکروبیوم - این نام این باغ وحش کوچک است - ممکن است در مراحل اولیه توسعه اساسی باشد.

یکی از مطالعات، که نتایج آن سال گذشته منتشر شد، نشان می‌دهد که حتی کیفیت ظاهراً ذاتی مانند خلق و خوی یک نوزاد می‌تواند به این بستگی داشته باشد که آیا اکثر باکتری‌های روده آن متعلق به یک جنس هستند: هر چه بیفیدوباکتری بیشتر باشد، کودک شادتر است..

نتیجه گیری آنا-کاتارینا آاتسینکی و همکارانش در دانشگاه تورکو در فنلاند بر اساس تجزیه و تحلیل نمونه های مدفوع 301 نوزاد است. همانطور که محققان تعیین کردند، کودکانی که در دو ماهگی بیفیدوباکتری بیشتری داشتند، احتمال بیشتری داشت که "احساسات مثبت" را در شش ماهگی نشان دهند.

مطالعه میکروبیوم نسبتاً اخیراً آغاز شد - در واقع فقط 15 سال پیش. این بدان معناست که بیشتر تحقیقات انجام شده تا به امروز مقدماتی و در دامنه متوسط بوده است و فقط ده ها موش یا انسان را شامل می شود. دانشمندان رابطه قطعی بین وضعیت میکروبیوم و بیماری های مختلف پیدا کرده اند، اما هنوز نتوانسته اند روابط علت و معلولی واضحی را بین ساکنان خاص یک "دنیای درونی" پرجمعیت یک فرد و سلامت او شناسایی کنند.

حتی تعداد این ساکنان شگفت انگیز است: امروزه اعتقاد بر این است که حدود 38 کوئینتیلیون (1012) میکروب در بدن یک مرد جوان معمولی زندگی می کنند - این حتی بیشتر از سلول های انسانی آنهاست. اگر یاد بگیریم که چگونه از این ثروت - خودمان - خلاص شویم، چشم اندازهای شگفت انگیزی در برابر ما باز خواهد شد.

به گفته خوش‌بین‌ها، در آینده نزدیک تزریق مجموعه‌های سالم میکروب‌ها به صورت پری‌بیوتیک‌ها (ترکیباتی که به‌عنوان بستری برای تکثیر باکتری‌های مفید عمل می‌کنند)، پروبیوتیک‌ها (خود این باکتری‌ها) یا از طریق مدفوع، رایج خواهد شد. پیوند (پیوند یک میکروبیوم روده غنی از اهدا کنندگان) - به طوری که او بتواند احساس سلامت کند.

وقتی مردم در مورد میکروبیوم صحبت می کنند، در درجه اول منظور ساکنان دستگاه گوارش است که 90 درصد میکروارگانیسم های ما را تشکیل می دهند. با این حال، سایر اندام‌ها مملو از زندگی هستند: میکروب‌ها هر قسمتی از بدن را که با دنیای بیرون در تماس است پر می‌کنند: چشم‌ها، گوش‌ها، بینی، دهان، مقعد، دستگاه ادراری تناسلی. علاوه بر این، میکروب ها در هر قسمت از پوست، به خصوص در زیر بغل، پرینه، بین انگشتان پا و در ناف وجود دارند.

و این چیزی است که واقعا شگفت انگیز است: هر یک از ما مجموعه ای منحصر به فرد از میکروب ها را داریم که هیچ کس دیگری ندارد. امروزه، به گفته راب نایت از مرکز نوآوری میکروبیوم در دانشگاه کالیفرنیا (سن دیگو)، می توان ادعا کرد که احتمال وجود دو نفر با مجموعه ای از گونه های مشابه در میکروبیوم ها به صفر می رسد. نایت گفت که منحصر به فرد بودن میکروبیوم می تواند در پزشکی قانونی مورد بهره برداری قرار گیرد. او توضیح می‌دهد: «هر کسی که یک شی را لمس کند، توسط «اثر انگشت» میکروبیومی که روی پوست فرد باقی می‌ماند، ردیابی می‌شود.خوب، روزی، محققان، به دنبال شواهد، شروع به جمع‌آوری نمونه‌هایی از میکروب‌های ساکن روی پوست خواهند کرد، درست مثل امروز برای اثر انگشت.

در این مقاله، برخی از اکتشافات قابل توجه دانشمندانی که میکروبیوم را مورد مطالعه قرار داده اند و چگونگی تأثیر آن بر ما از دوران نوزادی تا پیری را به اشتراک می گذاریم.

دوران شیرخوارگی

جنین در رحم عملا عقیم است. با فشار دادن از طریق کانال زایمان، با تعداد بی شماری از باکتری ها روبرو می شود. در طول زایمان طبیعی، کودک توسط میکروب هایی که در واژن زندگی می کنند، "شسته می شود". علاوه بر این، باکتری های روده مادر نیز روی آن نفوذ می کنند. این میکروب ها بلافاصله شروع به ساکن شدن در روده های خود می کنند و وارد نوعی ارتباط با سیستم ایمنی در حال توسعه می شوند. بنابراین میکروبیوم در مراحل اولیه وجود خود، سیستم ایمنی را برای عملکرد صحیح در آینده آماده می کند.

اگر نوزاد از طریق سزارین به دنیا بیاید، هیچ تماسی با باکتری های مادر وجود ندارد و میکروارگانیسم های دیگر در روده او مستعمره می شوند - از پوست مادر و از شیر مادر، از دستان پرستار، حتی از کتانی بیمارستان. چنین میکروبیوم خارجی می تواند کل زندگی آینده فرد را پیچیده کند.

در سال 2018، پل ویلمز از مرکز پزشکی سیستمی در دانشگاه لوکزامبورگ، نتایج یک مطالعه بر روی 13 نوزاد طبیعی و 18 نوزاد متولد شده توسط جراحی را منتشر کرد. ویلمز و همکارانش مدفوع نوزادان و مادرانشان و همچنین سواب واژینال زنان در حال زایمان را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. "سزارین ها" دارای باکتری های کمتری بودند که لیپوپلی ساکارید تولید می کنند و در نتیجه رشد سیستم ایمنی را تحریک می کنند. تعداد کمی از این میکروب ها حداقل تا پنج روز پس از تولد باقی مانده است - به گفته ویلمز، این کافی است تا منجر به عواقب طولانی مدت برای ایمنی شود.

پس از مدتی، معمولاً در اولین تولد، میکروبیوم های کودکان در هر دو گروه شباهت هایی پیدا می کنند. با این حال، به گفته ویلمز، تفاوت مشاهده شده در روزهای اولیه زندگی به این معنی است که در بدن نوزادانی که با سزارین متولد می شوند، ایمن سازی اولیه ممکن است انجام نشود و طی آن سلول های ایمنی یاد می گیرند که به طور صحیح به تأثیرات خارجی پاسخ دهند. این احتمالاً توضیح می دهد که چرا این کودکان احتمال بیشتری برای ابتلا به انواع مشکلات مرتبط با عملکرد سیستم ایمنی بدن از جمله آلرژی، التهاب و چاقی دارند. به گفته ویلمز، شاید در آینده به «سزارین‌ها» پروبیوتیک داده شود که بر اساس سویه‌های باکتری مادر ایجاد می‌شود تا دستگاه گوارش خود را با میکروب‌های مفید پر کند.

دوران کودکی

آلرژی های غذایی به حدی رایج شده است که برخی از مدارس محدودیت هایی را برای غذاهایی که کودکان می توانند از خانه ببرند اعمال کرده اند (مثلاً مجاز به آوردن بادام زمینی یا ساندویچ مربا نیستند) تا برخی از همکلاسی ها دچار آلرژی نشوند. واکنش. در ایالات متحده 5.6 میلیون کودک از آلرژی غذایی رنج می برند، یعنی حداقل دو تا سه کودک از این قبیل در هر کلاس وجود دارد.

دلایل مختلفی ذکر شده است که می تواند منجر به گسترش آلرژی شود، از جمله افزایش تعداد نوزادان به دنیا آمده توسط سزارین و استفاده بیش از حد از آنتی بیوتیک هایی که می توانند باکتری هایی را که از ما محافظت می کنند از بین ببرد. کاترین ناگلر و همکارانش در دانشگاه شیکاگو تصمیم گرفتند آزمایش کنند که آیا گسترش آلرژی غذایی در بین کودکان به ترکیب میکروبیوم آنها مرتبط است یا خیر. سال گذشته آنها نتایج یک مطالعه را منتشر کردند که شامل هشت کودک شش ماهه بود که نیمی از آنها به شیر گاو حساسیت داشتند. معلوم شد که میکروبیوم‌های نمایندگان دو گروه کاملاً متفاوت است: در روده نوزادان سالم باکتری‌هایی وجود دارد که برای رشد مناسب کودکان در سن آنها وجود دارد و باکتری‌هایی که بیشتر مشخصه بزرگسالان است در افرادی که از گاو رنج می‌برند یافت می‌شود. آلرژی به شیر

ناگلر گفت، در کودکان آلرژیک، انتقال معمولاً آهسته از میکروبیوم دوران کودکی به بزرگسالان "با سرعت غیر طبیعی رخ می دهد."

ناگلر و همکارانش (با استفاده از پیوند مدفوع) باکتری‌های روده نوزادان «خود» را به موش‌هایی که با سزارین متولد شده‌اند و در شرایط استریل بزرگ شده‌اند، پیوند زدند، یعنی کاملاً عاری از میکروب‌ها. مشخص شد که تنها موش هایی که از نوزادان سالم پیوند شده بودند، واکنش آلرژیک به شیر گاو نشان ندادند. برخی دیگر مانند اهداکنندگانشان آلرژی پیدا کرده اند.

مطالعات بیشتر نشان داد که نقش اصلی در محافظت از اولین گروه موش، ظاهراً توسط باکتری های یک گونه، که فقط در کودکان یافت می شود، ایفا می کند: Anaerostipes caccae از گروه Clostridia. ناگلر و همکارانش در یک مطالعه دریافتند که کلستریدیا از آلرژی به بادام زمینی نیز جلوگیری می کند.

ناگلر، رئیس و یکی از بنیانگذاران استارت آپ دارویی در شیکاگو ClostraBio، امیدوار است که پتانسیل درمانی Anaerostipes caccae را در موش های آزمایشگاهی و سپس در افراد آلرژیک آزمایش کند. اولین کار این بود که مکانی در روده ها پیدا شود که در آن گروهی از باکتری های مفید فرود بیایند. ناگلر می‌گوید حتی در یک میکروبیوم ناسالم، همه سوله‌ها از قبل پر شده‌اند. به طوری که برای اینکه کلستریدیا در مکانی جدید ریشه دواند، باید ساکنان قبلی را بیرون کنید. بنابراین، ClostraBio دارویی ایجاد کرده است که جایگاه خاصی را در میکروبیوم پاک می کند. ناگلر و همکارانش آن را برای موش‌ها «تجویز» می‌کنند و سپس چندین نوع کلستریدیا و همچنین فیبر غذایی را به آنها تزریق می‌کنند که تولید مثل میکروب‌ها را تقویت می‌کند. ناگلر امیدوار است طی دو سال آینده آزمایشات بالینی کلستریدیا را روی انسان آغاز کند و در نهایت دارویی برای کودکان مبتلا به آلرژی غذایی ایجاد کند.

میکروب های روده همچنین می توانند با بیماری های دیگر در کودکان از جمله دیابت نوع I مرتبط باشند. در استرالیا، دانشمندان نمونه‌های مدفوع 93 کودکی را که بستگانشان از دیابت رنج می‌بردند، تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که آن‌هایی که متعاقباً به این بیماری مبتلا شده‌اند، سطح انتروویروس A در مدفوعشان افزایش یافته است. دانشکده بهداشت عمومی در دانشگاه کلمبیا، به همکاران خود درباره نتیجه گیری سریع هشدار می دهد که دلایل برخی بیماری ها صرفاً به دلیل تفاوت در میکروبیوم است. او می‌گوید: «تنها چیزی که ما با اطمینان می‌دانیم این است که میکروب‌های خاصی به نوعی با بیماری‌های خاصی مرتبط هستند.»

با این حال، لیپکین مشتاق آینده علم میکروبیوم است. طبق پیش‌بینی وی، در پنجاه سال آینده، دانشمندان مکانیسم اثر میکروبیوم را بر بدن آشکار خواهند کرد و آزمایش‌های بالینی را روی انسان آغاز خواهند کرد تا نشان دهند چگونه می‌توان سلامت را با «ویرایش» میکروبیوم بهبود بخشید.

جوانان

بسیاری از نوجوانان مستعد ابتلا به آکنه هستند - و به نظر می رسد پدیده ای به نام "میکروبیوم سباسه" وجود دارد. پوست مردان به ویژه از دو گونه از باکتری Cutibacterium acnes مرتبط با آکنه استقبال می کند. بیشتر سویه های این باکتری بی خطر یا حتی مفید هستند زیرا مانع رشد میکروب های بیماری زا می شوند. در واقع این باکتری جزء اصلی میکروبیوم طبیعی صورت و گردن است.

با این حال، یک سویه بد می تواند آسیب های زیادی داشته باشد: به گفته آماندا نلسون، متخصص پوست در کالج پزشکی دانشگاه پنسیلوانیا، وجود آن یکی از پیش نیازهای ایجاد التهاب است. در میان دلایل دیگر برای توسعه این بیماری، دانشمندان سبوم (تولید شده توسط غدد چربی برای مرطوب کردن پوست) نامیده می شوند، که به عنوان محل پرورش آکنه C.، فولیکول های مو و تمایل به التهاب عمل می کند. همه با هم کار می کنند، و به گفته نلسون، ما هنوز نمی دانیم کدام یک مهم تر است.

محققان دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن میکروبیوم غدد چربی را بررسی کردند و دریافتند که تنها درمان طولانی مدت آکنه، ایزوترتینوئین (که با نام های تجاری مختلف شناخته می شود)، تا حدی با تغییر میکروبیوم پوست، افزایش تنوع کلی پوست عمل می کند. میکروب هایی که در میان آنها ریشه زدن سویه های مضر دشوارتر است.

اکنون که دانشمندان دریافته‌اند که ایزوترتینوئین با تغییر ترکیب میکروبیوم عمل می‌کند، ممکن است سعی کنند داروهای دیگری با همین اثر بسازند، اما امیدواریم داروهای بی‌خطرتری بسازند - به هر حال، اگر مادران در طول این مدت دارو را مصرف کنند، ایزوترتینوئین می‌تواند منجر به نقایص مادرزادی در کودکان شود. در دوران بارداری.

بلوغ

اگر بتوانید با قرض گرفتن میکروب های روده ورزشکار کارهای بیشتری را با تمرینات خود انجام دهید چه؟ این سوال توسط دانشمندان دانشگاه هاروارد پرسیده شد. آنها به مدت دو هفته نمونه مدفوع روزانه را از 15 دونده که در ماراتن بوستون 2015 شرکت کرده بودند - که یک هفته قبل از مسابقه شروع شد و یک هفته بعد به پایان رسید - جمع آوری کردند و آنها را با نمونه های مدفوع جمع آوری شده از 10 نفر در گروه کنترل مقایسه کردند. هفته ها. در حال اجرا نیست. محققان دریافتند که چند روز پس از ماراتن، نمونه‌های گرفته‌شده از دوندگان حاوی باکتری Veillonella atipica بیشتری نسبت به گروه کنترل بود.

الکساندر کوستیچ از مرکز تحقیقات دیابت جوسلین و دانشکده پزشکی هاروارد می گوید: «این کشف چیزهای زیادی را توضیح می دهد، زیرا Veilonella متابولیسم منحصر به فردی دارد: منبع انرژی مورد علاقه او لاکتات، نمک اسید لاکتیک است. و ما فکر کردیم: شاید Veilonella لاکتات عضلانی را در بدن ورزشکار تجزیه کند؟ و اگر واقعا اینطور است، آیا می توان با معرفی انواع آن به افراد دور از ورزش حرفه ای، استقامت آنها را افزایش داد؟

سپس دانشمندان با موش‌های آزمایشگاهی مقابله کردند: Veilonella که از مدفوع یکی از دونده‌ها جدا شده بود، به 16 موش با یک میکروبیوم معمولی که برای پاتوژن‌ها آزمایش شده بود، تزریق شد. سپس آزمودنی ها روی تردمیل قرار داده شدند و مجبور شدند تا زمانی که خسته شوند بدود. همین کار با 16 موش کنترل انجام شد. فقط به آنها باکتری هایی تزریق شد که لاکتات مصرف نمی کنند. همانطور که مشخص شد، موش‌های آلوده به ویلونلا بسیار طولانی‌تر از حیوانات کنترل دویدند، به این معنی که، محققان معتقدند، میکروبیوم می‌تواند نقش مهمی در حفظ عملکرد داشته باشد.

به گفته کوستیچ، این آزمایش "نمونه ای شگفت انگیز از آنچه همزیستی به ما می دهد" است. ویلونلا زمانی رشد می کند که یک فرد، ناقل آن، در نتیجه فعالیت بدنی، لاکتات تولید کند که از آن تغذیه می کند، و به نوبه خود با تبدیل لاکتات به پروپیونات، که بر عملکرد میزبان تأثیر می گذارد، سودمند است، زیرا از جمله موارد دیگر. فرکانس انقباضات قلب را افزایش می دهد و متابولیسم اکسیژن را بهبود می بخشد و همچنین احتمالاً از ایجاد التهاب در عضلات جلوگیری می کند.

کوستیچ توضیح می دهد: "به نظر می رسد این نوع رابطه زمینه ساز بیشتر تعاملات بین انسان و میکروبیوم باشد." "در نهایت، رابطه بین آنها بسیار سودمند است."

میکروبیوم همچنین ممکن است مسئول ویژگی های کمتر خوشایند طبیعت انسان، از جمله شرایط روانی مانند اضطراب و افسردگی باشد. در سال 2016، دانشمندان دانشگاه ملی ایرلند در کورک، نتایج یک مطالعه درباره تأثیر میکروبیوم بر ایجاد افسردگی را منتشر کردند. محققان 28 موش آزمایشگاهی را به دو گروه تقسیم کردند. گروه آزمایش از سه مرد مبتلا به افسردگی شدید و گروه کنترل - از سه مرد سالم پیوند میکرو فلور روده را دریافت کردند.

مشخص شد که میکروبیوم روده افراد مبتلا به افسردگی در افسردگی و موش ها فرو رفته است. در مقایسه با حیوانات شاهد، آنها از دست دادن علاقه به فعالیت هایی که باعث لذت می شوند (در موش ها این امر با تعداد دفعاتی که می خواهند آب شیرین بنوشند مشخص می شود) و افزایش اضطراب نشان دادند که در تمایل آنها برای اجتناب از مناطق باز یا ناآشنا آزمایشگاه بیان شد. هزارتو.

با توجه به تفاوت بزرگ بین موش ها و انسان ها، محققان خاطرنشان کردند که مطالعه آنها شواهد جدیدی ارائه می دهد که میکروبیوم روده ممکن است در افسردگی نقش داشته باشد. آنها می گویند دیر یا زود، ممکن است روزی برسد که با افسردگی و سایر اختلالات مشابه، از جمله با هدف قرار دادن برخی باکتری ها در بدن انسان، مبارزه شود.

کهنسال

میکروبیوم به طور همزمان هم انعطاف پذیر و هم سیال است. ساختار منحصر به فرد آن تا حد زیادی در سن چهار سالگی شکل می گیرد و تنها عوامل بسیار مهمی می توانند واقعاً بر آن تأثیر بگذارند - به عنوان مثال، تغییر در رژیم غذایی، شدت فعالیت بدنی یا زمان صرف شده در خارج از منزل، انتقال به محل زندگی جدید، استفاده آنتی بیوتیک ها و برخی داروهای دیگر با این حال، به یک معنا، میکروبیوم در جریان دائمی است و با هر وعده غذایی به طور نامحسوس تغییر می کند. در بزرگسالان، این تغییرات به قدری قابل پیش‌بینی است که تنها با آشنایی با مجموعه باکتری‌های موجود در روده، می‌توان سن شما را تقریباً تعیین کرد.

این تکنیک که به عنوان «تعیین سن توسط ساعت میکروبیوم پیری» شناخته می‌شود، به کمک هوش مصنوعی نیاز دارد، مانند آزمایشی که اخیراً توسط استارت‌آپ هنگ‌کنگ Insilico Medicine انجام شد. دانشمندان اطلاعاتی در مورد میکروبیوم 1165 نفر از اروپا، آسیا و آمریکای شمالی جمع آوری کرده اند. یک سوم آنها 20-30 ساله، یک سوم دیگر - 40-50 و آخرین - 60-90 ساله بودند.

دانشمندان با علامت‌گذاری سن حاملان خود، داده‌های 90 درصد میکروبیوم‌ها را در معرض «تفسیر رایانه‌ای» قرار دادند و سپس الگوهای شناسایی‌شده توسط هوش مصنوعی را بر روی میکروبیوم‌های ده درصد باقی‌مانده افرادی که سنشان مشخص نشده بود، اعمال کردند. تنها با خطای چهار سال می شد سن آنها را مشخص کرد.

«ویرایش» میکروبیوم و زندگی در آرامش به چه معناست؟ افسوس، حتی بزرگترین علاقه مندان به علم میکروبیوم می گویند که تا کنون نتیجه گیری دقیق در مورد رابطه بین میکروبیوم و سلامت انسان دشوار است و اصرار دارند که در انتقال به درمان با پیوندهای باکتریایی باید دقت زیادی کرد.

پل ویلمز از دانشگاه لوکزامبورگ می‌گوید که بسیاری در حال حاضر در مورد پتانسیل استفاده از میکروبیوتا به عنوان دارو ابراز نگرانی می‌کنند و اشاره می‌کند که شرکت‌های داروسازی در حال توسعه پروبیوتیک‌های جدید برای متعادل کردن میکروبیوم هستند.

ویلمز می‌گوید: «قبل از اینکه واقعاً بتوانیم این کار را درست و هوشمندانه انجام دهیم، باید به تفصیل بفهمیم که میکروبیوم سالم چیست و دقیقاً چگونه بر بدن انسان تأثیر می‌گذارد. من فکر می کنم که ما هنوز با آن فاصله داریم.»

میکروب های درون ما

• روده بزرگ - 38 کوئینتیلیون
• پلاک - 1 کوئینتیلیون
• پوست - 180 میلیارد
• بزاق - 100 میلیارد
• روده کوچک - 40 میلیارد
• معده - 9 میلیون

میکروبیوم را ببینید

تمام تصاویر این مقاله توسط مارتین اگرلی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گرفته شده است: نمونه ها خشک شده، اتم های طلا روی آنها اسپری شده و در یک محفظه خلاء قرار داده شده است. طول موج پرتو الکترونی میکروسکوپ کوتاه‌تر از نور مرئی است، بنابراین پرتو کوچک‌ترین اجسام را برجسته می‌کند، اما خارج از طیف رنگی. میکروب‌های رنگ‌آمیزی که رنگ آن‌ها مشخص است، در این رنگ‌ها، در موارد دیگر طیف متفاوتی را انتخاب کرد تا میکروب‌ها و ویژگی‌های مشخصه آن‌ها مشخص شود.