Az ember és baktériumai NZZ
Számos billió baktérium él az embereken, és ott létfontosságú feladatokat látnak el. Bár a fajok összetétele személyenként eltérhet, a populáció által magával hozott teljes genom nagyon hasonló.
Az Escherichia coli baktériumok jól érzik magukat az emberi belekben. A kép pásztázó elektronmikroszkóppal készült. (Kép: NIH/Wikipedia)
Amikor 2003-ban az emberi genom teljesen szekvenálódott, sokak számára hihetetlennek tűnt, hogy egy olyan összetett lény, mint az ember, csak 30 000 génnel képes megúszni. Ezeknek az embereknek minden bizonnyal megnyugtató hallani, hogy ez nem így van. Mivel az embereket kolonizáló, körülbelül 100 billió (10 14) baktérium nélkül nem lennének életképesek, legalábbis nem a ma létező formában. A bőrön, a szájban vagy a belekben mindenütt óriási számú baktérium alkot kis virágzó ökoszisztémákat. Emberi hulladékkal táplálkoznak, lebontják az emészthetetlen rostokat, néhány fontos vitamint termelnek és támogatják gazdájukat a kórokozó baktériumok elleni védekezésben. Éppen ezért egyes tudósok az embereket egyfajta szuperorganizmusnak is tekintik, amely sok emberi sejtből és körülbelül tízszer több baktérium sejtből áll. Ilyen módon tekintve a bakteriális genom mintegy 30 millió génre bővítené az emberi genomot. A mai napig azonban keveset tudni arról, milyen hatást gyakorolnak ezek a gének és hordozóik az emberekre. De ez egy növekvő kutatási terület tárgya.
Számos billió baktérium él az embereken, és ott létfontosságú feladatokat látnak el. Bár a fajok összetétele személyenként eltérhet, a populáció által magával hozott teljes genom nagyon hasonló.
Az Escherichia coli baktériumok jól érzik magukat az emberi belekben. A kép pásztázó elektronmikroszkóppal készült. (Kép: NIH/Wikipedia)
Amikor 2003-ban az emberi genom teljesen szekvenálódott, sokak számára hihetetlennek tűnt, hogy egy olyan összetett lény, mint az ember, csak 30 000 génnel képes megúszni. Ezeknek az embereknek minden bizonnyal megnyugtató hallani, hogy ez nem így van. Mivel az embereket kolonizáló, körülbelül 100 billió (10 14) baktérium nélkül nem lennének életképesek, legalábbis nem a ma létező formában. A bőrön, a szájban vagy a belekben mindenütt óriási számú baktérium alkot kis virágzó ökoszisztémákat. Emberi hulladékkal táplálkoznak, lebontják az emészthetetlen rostokat, néhány fontos vitamint termelnek és támogatják gazdájukat a kórokozó baktériumok elleni védekezésben. Éppen ezért egyes tudósok az embereket egyfajta szuperorganizmusnak is tekintik, amely sok emberi sejtből és körülbelül tízszer több baktérium sejtből áll. Ilyen módon tekintve a bakteriális genom mintegy 30 millió génre bővítené az emberi genomot. A mai napig azonban keveset tudni arról, milyen hatást gyakorolnak ezek a gének és hordozóik az emberekre. De ez egy növekvő kutatási terület tárgya.
A baktériumok gyarmatosítják a csecsemőket
Az embert gyarmatosító baktériumtelepek egyedileg egyediek. Az, hogy ezek a különbségek - például az étrend, az ember genetikai jellemzői vagy a mikroorganizmusok általi véletlen expozíció tekintetében - miként merülnek fel, még mindig spekuláció kérdése. Bizonyos betegségek, például a krónikus gyulladásos bélbetegségek vagy a patogén baktériumok inváziói, a baktériumok ökoszisztémájának belső egyensúlyának megzavarásával járnak. Az eddigi legjobban kutatott emberi baktériumtársadalom a bélflóra, amelyet az összes ismert ökoszisztéma közül a legsűrűbben lakottnak tartanak, és a becslések szerint körülbelül 500–1000 különféle faj és körülbelül 7000 alfaj otthona. A faj előfordulása és numerikus aránya alkotja a személy egyéni profilját, úgymond személyes ujjlenyomatát.
Patrick O. Brown és Chana Palmer a kaliforniai Stanford Egyetem Orvostudományi Karáról megvizsgálták, hogyan alakul az egyes baktériumtársadalom. Ennek érdekében rendszeresen elemezték a baktériumokat 14 csecsemő székletmintájában születéstől két éves korig. Mert amint csecsemő születik az anyaméh steril környezetéből, a különböző nemzetségek és fajok baktériumai meghódítják a még mindig parlagon hagyott területet. Kiderült, hogy minden csecsemőnek a kezdetektől fogva nagyon személyes összetétele volt, amely bár idővel változott, mindig összetéveszthetetlenül egyéni profilt adott meg.
A dizigótikus ikerpárban az egyes fajok előfordulásának és eltűnésének párhuzamos ingadozása arra enged következtetni, hogy a gyarmatosításban szerepet játszik a genetika és a különböző környezetekkel való véletlen érintkezés. Az első bevándorlók az anya baktériumtartályából érkeztek, amint azt a hüvelyből, a székletből és az anyatejből vett mintákkal való összehasonlítás is mutatja. Körülbelül egy év elteltével az összes csecsemő profilja viszonylag hasonló volt, egyre inkább hasonlóvá vált egy tipikus felnőtt baktériumtársadaloméhoz. A szilárd táplálékra való áttérés egyértelmű fordulópontot jelentett a csecsemőszerű baktériumtársadalomból egy tipikus felnőtt bélflóra felé. A baktériumok ideálisan alkalmazkodnak a bél állapotához, mégis megmarad egyéni profiljuk, de hasonlóságaik is A családtagok évek óta léteznek. Ez utóbbit mutatják egy nemrégiben publikált tanulmány eredményei, amelyekben 31 monozigóta és 23 dizygóta felnőtt iker és anyjuk vett részt.
A St. Louis-i Washington Egyetemen Jeffrey Gordon csoportjának kutatói képesek voltak kimutatni, hogy a családtagok közötti bélflóra hasonlóbb, mint a rokon emberek között. A legnagyobb hasonlóság az egypetéjű ikrek között volt, a dizygoti között csak kissé kisebb, és az anyákéval valamivel nagyobb. Ez azt sugallhatja, hogy a genetikának kisebb hatása van, mint a közös környezetnek, mert bár az azonos ikrek megosztják a gének 100 százalékát, a dizygoti pedig csak körülbelül 25 százalékot mutat, a baktériumtársadalmak közötti hasonlóság az azonos ikrek között csak valamivel volt nagyobb. Ha azonban figyelembe vesszük más kutatócsoportok eredményeit ebben a témában, még mindig nincs egységes kép.
A bélflóra befolyásolja a súlyt
Több tanulmányban azonban a Gordon-csoport kutatói be tudták mutatni, hogy az étrend erősen befolyásolja a bélflóra szerkezetét. A tudósok évek óta kutatják a baktériumok hatását az egerek és az emberek energiafelhasználására, és többek között kimutatták, hogy a baktériumok fokozzák a cukormolekulák felszívódását a belekben. Ezenkívül úgy tűnik, hogy egy bonyolult és még nem teljesen ismert mechanizmus révén elősegítik a zsírsavak felvételét a zsírsejtekben. Ily módon a sok baktérium segíti gazdáját abban, hogy jobban felhasználja az elfogyasztott ételt. Mind az egerekben, mind az emberekben a bélflóra körülbelül 90 százaléka baktériumfajból áll, a mintegy 70 létező baktériumfelosztásból, a Firmicutes és a Bacteroidetes közül 2-ből. És ahogy a kutatók be tudták mutatni, az étrendnek nagy hatása van arra, hogy a baktériumok mely típusai vannak túlnyomórészt a belekben.
Azok az egerek, amelyeket tipikus, magas zsír- és szénhidráttartalmú nyugati étrenden tartottak, néhány héten belül megváltoztatták a bélflórát. Jellemzően a Firmicutes divízió egy bizonyos osztályának, a puhatestűeknek egyes tagjai nem különösebben gyakoriak az egér belében. Az étrend megváltozása után azonban lényegesen gyakoribbá váltak. Ugyanakkor a Bacteroidetes képviselőit gátoltuk. A kutatók azt is megfigyelték, hogy az emberek elhízással összefüggésben felhalmozódtak a Mollicutes-osztályok. Miután azonban ezeket az embereket diétázták, lefogytak és ezzel egyidejűleg a bélflóra normalizálódott. Egy személy diéta révén megváltoztathatja bélflóra szerkezetét.
De maguk a baktériumok is erősen befolyásolhatják a gazdaszervezetet: Közvetlenül befolyásolhatják annak súlyát. A kutatók ezt úgy mutatták ki, hogy a hetek óta nagy energiájú étrendet tápláló egerekből származó baktériumokat teljesen átültették vékony egerekbe, amelyeknek nem volt saját bélflóra, mert abszolút steril körülmények között nevelkedtek. Bár a vékony egerek normális étrendet tartottak, az átültetés után kövérekké váltak, lényegesen jobban, mint azok az egerek, amelyek normál testsúlyú egerektől kaptak bélflórát. Amint azt a kutatók meg tudták mutatni, ez annak a ténynek tudható be, hogy a zsír egerekben gyakoribb baktériumtípusok az emészthetetlen rostokat könnyen emészthető zsírsavakká alakítják, sokkal hatékonyabban, mint a vékony egerekben. Az egyes baktériumtársadalom döntően befolyásolja, hogy az egér mennyi energiát nyer az ételből.
A gének mint általánosak
Ugyanezek a kutatók nemrégiben találtak bizonyítékot arra, hogy az ilyen anyagcsere-különbségeket a bélbaktériumok által előidézett genom szabályozza, és hogy két egyed között nagyobb hasonlóság mutatkozik genomszinten, mint fajszinten. Ennek érdekében az előbb említett tanulmányban 31 monozigóta és 23 dizigótikus iker székletmintájában vizsgálták a baktériumok taxonómiai és genetikai felépítését, akik egyaránt kövérek vagy vékonyak voltak, és anyjuktól. Mint kiderült, a baktériumfajok sokfélesége vastagságát tekintve szignifikánsan korlátozott volt. Nyilvánvaló, hogy az élelmiszerek túlkínálata a bélflóra sokféleségének csökkenéséhez vezet.
De a kutatók most azt akarták tudni, hogy van-e közös nevező minden egyénben, vagyis bizonyos fajokban vagy baktériumok génjeiben, amelyek mindig képviseltetik magukat. Ehhez 18 ember - 3 vastag és vékony ikerpár és anyjuk - székletmintáiban elemezték a teljes baktériumgenomot, az úgynevezett mikrobiomot. Az elemzés kimutatta, hogy valójában több hasonlóság mutatkozott a gén szintjén, mint a faj szintjén. Úgy tűnik, hogy az azonos génekkel rendelkező különböző típusú baktériumok a bélben nagyon hasonló funkciókat töltenek be. Amikor a kutatók összehasonlították a kövérek mikrobiomáit a vékonyakéval, kiderült, hogy bizonyos baktériumok génjei lényegesen gyakoribbak az elhízott embereknél, különösen azoknál, amelyek lebontják a szénhidrátokat.
A baktériumok genetikai felépítése határozza meg, hogy az ember mennyire hatékonyan használja az ételét. Egy személy étrendjével szabályozhatja, hogy mely fajok vagy baktériumok gének gyakoribbak a belekben, ezek pedig befolyásolják, hogy az illető mennyi energiát szív fel. Hogy pontosan miként zajlanak le ezek a kölcsönhatások a baktériumok és az emberi sejtek között az emberi szuperorganizmusban, és hogy ezek a hatások alkalmazhatók-e az étrend mellett, még nem ismert. A további ismeretek és az esetleges alkalmazások azonban a jól táplált társadalomban jövedelmező vállalkozássá válhatnak, tekintettel a növekvő egészségügyi költségekre.