Rob Knight Hogyan tesznek minket mikrobáinkká, akik vagyunk TED Talk Feliratok és Transcript TED
Testünk egészsége mindig is fontos volt számunkra, de nem mindig tudtuk, mi a fontos. Vegyük például az ókori egyiptomiakat, akik bizonyos testrészeket megőriztek a túlvilág számára, miközben eltávolítottak más részeket, például ezt. A gyomor, a tüdő, a máj stb. Óvatos megóvása közben feldarabolták az agyat, eltávolították az orron keresztül és eldobták. Van értelme is, kinek van szüksége agyra? Mi lenne, ha lenne valamiféle elhanyagolt szervünk, ugyanolyan súlyú, mint az agy, és bizonyos szempontból ugyanolyan egyénileg jellemző, de amit alig értünk és következésképpen alábecsülünk? Új bizonyítékok azt sugallják, hogy ez a szerv kritikus számunkra, nem szeretne többet tudni róla? Valójában van valami ilyesmi: a belünk - pontosabban annak mikrobái. Nemcsak a bélmikrobák fontosak,
inkább az egész testben található mikrobák befolyásolják számos megkülönböztető tulajdonságunkat. Például néhányunkat sokkal gyakrabban harapnak meg a szúnyogok, mint másokat. Valóban, ez a kempinglegenda igaz. A szúnyogok megharapnak B. ritkán, de Amanda párom egész rajokat vonz. Ennek oka a különböző bőrmikrobák
és kiválasztott anyaguk, amelyet a szúnyogok érzékelnek. Ezenkívül a mikrobák orvosi szempontból nagyon fontosak. Bélmikrobáink így döntenek arról, hogy bizonyos fájdalomcsillapítók mérgezőek-e a májra, vagy egy gyógyszer gyógyítja-e a szívbetegségeket.
Gyümölcslegyekben a mikrobák eldöntik, hogy kivel szexeljenek. Emberekben ezt még nem bizonyítottuk, de lehet, hogy csak idő kérdése. (Nevetés) A mikrobák számtalan funkciót látnak el. Támogatják emésztésünket, stimulálják immunrendszerünket és segítenek leküzdeni a betegségeket,
és talán még a viselkedésünket is befolyásolják. Hogyan néz ki ezeknek a mikrobatársításoknak a térképe? Nem pontosan olyan, mint ez, ami valójában szemlélteti biológiai sokféleségét. Világunk különböző régióit jellemző tájak és élőlények jellemzik, amint ez a 3 példa mutatja. A mikrobiológia hasonló, bár el kell ismernem, hogy minden mikroba egyformán néz ki mikroszkóp alatt. Ahelyett, hogy vizuálisan meghatároznánk, megnézzük a DNS-szekvenciáját. Az NIH által 155 millió euróval finanszírozott "Human Microbiome Project" -ben több száz kutató jön össze, hogy feltérképezze az emberi mikrobák As-ját, Ts-jét, G-jét és Cs-ját. Összességében így néz ki. Nehéz megmondani, hogy ki hol lakik, ugye?
Laboratóriumom számítógépes technológiákat fejleszt ki, hogy a DNS-szekvenciák terabájtjai tiszta formába kerüljenek. A 250 egészséges önkéntes humán mikrobioma-adatai így néznek ki. Minden pont az összes komplex mikrobát képviseli egy teljes mikrobiális társulásban. Azt mondtam, hogy igen, mindegyik egyformán néz ki. Minden egyes pont az egészséges résztvevő testrégiójának mikrobiális asszociációját jelenti. A kijelző különböző területeit különböző színekben látja, szinte külön kontinensekként. A test különböző részein különböző mikrobák vannak. Itt van a szájflóra zöld színnel; a szemben lévő bőrflóra kék színnel; a hüvelyflóra ibolya színű, alján pedig a bélflóra barna színű. Csak az utóbbi években tapasztaltuk, hogy a test különböző részein található mikrobák nagyon különbözőek. Ha összehasonlítja az ember szájában és belében lévő mikrobákat, akkor óriási különbségek vannak ezek között a mikrobiális asszociációk között. Nagyobb a különbség, mint ezen a zátonyon és a préri mikrobái között. Ez nagyon figyelemre méltó. Az emberi testben egy fél méteres távolság nagyobb mikrobiológiai különbségeket mutat, mint a földön több száz kilométer.
Továbbá az ugyanazon testrégiókban található baktériumok minden embernél különböznek. Biztosan tudja, hogy minden embernek nagyon hasonló a DNS-e. DNS-e 99,99% -ban megegyezik a melletted ülő személyével. Ez nem vonatkozik a bélflórájára; ami csak 10% -nak felel meg a szomszéd bélflóra. Ez megfelel a préri és az erdő baktériumai közötti különbségnek.
Mint említettük, a különféle mikrobáknak más-más funkciójuk van: megemésztik az ételt, befolyásolják a különféle betegségeket, lebontják a gyógyszereket stb. Bélmikrobáink súlya csak 1,5 kg, de meghaladnak minket. Mennyit vannak többségben? Attól függ, hogyan definiáljuk a testünket. Vegyük a cellákat. Mindegyikünk körülbelül 10 billió sejtből áll, míg akár 100 billió mikrobasejt is található bennünk. Tehát 10: 1-gyel magasabb rendű vagy nálunk. Vagy azt mondjuk, hogy az emberi DNS formál minket. Mindegyikünknek körülbelül 20 000 génje van, a számolás módjától függően, és 2 - 20 millió mikrobiális gén. Akárhogy is nézed, a mikrobiális szimbiontusaink számottevően túlerőben vannak. Nemcsak az emberi DNS-t, hanem a mikrobiális DNS-t is hagyjuk mindenen, amihez hozzáérünk.
Néhány évvel ezelőtt egy tanulmányban megmutattuk, hogy az ember tenyere 95% -os pontossággal hozzárendelhető a rendszeresen használt számítógépes egeréhez. Ezt néhány évvel ezelőtt tudományosan publikálták, és a "CSI: Miami" sorozatban is megjelent, akkor igaznak kell lennie. (nevetés)
Honnan származnak mikrobáink? Ha hozzám hasonlóan kutyái és gyermekei vannak, akkor mindenképpen rossz feltételezések vannak, amelyek egyébként igazak. Nem csak a számítógépes berendezés mikrobái, hanem a kutyája is egyezik veled. A felnőttek mikrobiális asszociációi azonban viszonylag stabilak, és ha valakivel együtt is élsz, hetekig, hónapokig, akár évekig is megtarthatod mikrobiális identitásodat.
Első mikrobiális asszociációinkat a születésünk módja határozza meg. A normálisan született csecsemőknél hüvelyflóra mikrobák, míg a császármetszéssel született csecsemőknél bőr mikrobák vannak. Lehet összefüggés az egészségügyi problémák és a császármetszéssel történő szülés között. Például az asztma, az allergia és az elhízás megnövekedett esetei összekapcsolódtak a mikrobákkal. Egészen a közelmúltig az emlősök csak a születési csatornán keresztül születtek. Ezeknek a védő mikrobáknak a hiánya, amelyekkel együtt fejlődtünk, oka lehet a mikrobiómával kapcsolatos különféle tüneteknek.
Amikor a lányom néhány évvel ezelőtt sürgősségi császármetszéssel született, úgy döntöttünk, hogy testét a hüvelyi flórának tesszük ki, mint a természetes születés esetén. Nehéz megmondani, hogy ez kihatott-e az egészségükre. Még ha szeretjük is őket, egyedi eseteik nem teszik lehetővé az általános állítást. Most 2 éves, és még nem volt fülgyulladása. Tartsuk keresztbe az ujjainkat. Most több gyermeket vizsgálunk klinikai vizsgálatok során, és ellenőrizzük, hogy ennek általában van-e védő hatása.
A születés típusa határozza meg első mikrobáinkat.
Mi lesz ezután? Itt vannak ismét a Human Microbiome Project adatai. Minden pont a 250 egészséges felnőtt résztvevő testrégióját jelöli. Tudja, hogy a gyermekek hogyan fejlődnek testileg és szellemileg. Itt láthatja először, hogyan fejlődik kollégám gyermeke mikrobiálisan. Látjuk, hogyan változnak a baba székletmikrobái, a bélflóra heti időközönként, majdnem 1,5 évig. Az első naptól, a sárga ponttól kezdve először a hüvelyi flórát látjuk, amire a születéstől számítani lehetett. 2½ év alatt lefelé mozog, és a végén hasonlít egy egészséges felnőtt bélflórájához. Essünk neki. Figyeld, mi történik. Minden ugrás egy hétnek felel meg.
Ennek a gyermeknek a székletmikrobáinak heti változása nagyobb, mint az egészséges felnőttek, a Human Microbiome Project kohorsz közötti különbség, amelyet barna színnel mutatunk be. Amint láthatja, most eléri a felnőttek bélflóráját. Körülbelül 2 éve. Most valami figyelemre méltó dolog történik, egy fülfertőzés miatt antibiotikumokat kapnak, és hatalmas változást követ a bélflóra, amely gyorsan normalizálódik. Még egyszer megmutatom. Ezen a néhány héten belül erős visszaesést tapasztalunk, amely nagyobb, mint a fejlődés hónapjaiban, amely azonnal újra normalizálódik. 838 napra, a videó végére egészséges antibiotikum bélflóra volt az antibiotikum hatása ellenére.
Ez nagyon érdekes, mert alapvető kérdéseket vet fel. Milyen hatással vannak az antibiotikumok a gyermekekre? Milyen szerepet játszik az életkor? Kritikusak-e a kisgyermekes kezelések, mert a mikrobiom annyira megváltozik, vagy olyan, mintha egy követ dobnánk be a viharos tengerbe, ahol a mozgó köröket elmosják a hullámok? Ha a csecsemőket az első 6 hónapban antibiotikumokkal kezelik, akkor valószínűbb, hogy később elhíznak, mint később vagy anélkül. Úgy gondolják, hogy a korai kezelések bélflóra és későbbi egészségének hatása óriási, és még mindig rosszul érthető. Ez lenyűgöző. Az antibiotikumok nemcsak rezisztens baktériumokat okoznak, ami fontos probléma, de tönkretehetik bélflóránkat is. Félő, hogy egy napon megvetjük az antibiotikumokat, valamint azokat a fémeszközöket, amelyeket az ókori egyiptomiak a hullák agyának feldarabolására használtak, mielőtt mumifikálódtak volna.
Megemlítettem a mikrobák összes fontos funkcióját. Az elmúlt években számos betegséghez kapcsolódtak, beleértve a gyulladásos bélbetegségeket, a szívbetegségeket, a vastagbélrákot és még az elhízást is. Úgy gondolják, hogy ez az elhízást erősen befolyásolja. A bélflóra vizsgálata ma meg tudja jósolni annak elhízásának 90% -át. Ez lenyűgöző, de orvosi vizsgálatként elhanyagolható, mert az elhízott embereket fel lehet ismerni anélkül, hogy elemeznék bélflórajukat. De még a teljes genom, az emberi DNS szekvenciája is csak 60% -os valószínűséggel jósolhatja az elhízást. Lenyűgöző, nem? Az a 1,5 kg mikroba, amelyet magunknál hordunk, egyes betegségeknél fontosabb, mint genomunk bármely génje.
Sokkal több lehetséges egerekben. Különböző betegségek kapcsolódnak az egerek mikrobáihoz, beleértve az alábbiakat. Sclerosis multiplex, depresszió, autizmus és elhízás. De vajon a mikrobiális különbségek okozzák-e ezeket a betegségeket? Hogy tisztázzuk, az egereket steril környezetben nevelhetjük, saját mikrobák nélkül. Ezután hozzáadhatunk potenciálisan érdekes mikrobákat, és figyelhetjük, ahogyan fejlődnek. Ha elhízott egérből veszünk mikrobákat, és egy genetikailag normális egérbe ültetjük át őket, amelyet mikrobák nélküli környezetben növesztettek, az egér kövérebb lesz, mint egy normál egér mikrobáival. Ennek oka lenyűgöző. Néha a mikrobák segítenek hatékonyabban megemészteni az ételt, így nagyobb az energianyereség. Más esetekben a mikrobák megváltoztatják az egerek viselkedését, így többet esznek, mint egy normál egér, és csak korlátlan táplálékkal híznak.
Nagyon figyelemre méltó, nem? Tehát a mikrobák befolyásolják az emlősök viselkedését. Ez a kísérlet fajok között is működik? Továbbá, ha elhízott személytől veszi a mikrobákat, és mikrobamentes egerekbe transzplantálja őket, az egerek vastagabbak lesznek, mint a sovány emberek mikrobái. Készíthetünk mikrobiális kötést is, amely nem okoz súlygyarapodást
vagy ez segít az alultápláltság ellen. A Gates Alapítvány olyan projektet finanszíroz Malawiban, akik kvašiorkort, az alultápláltság súlyos formáját szenvedik. Ha a kwashiorkor mikrobákat átültetik egerekbe, akkor 3 hét alatt súlyuk 30% -át elveszítik. Ha ugyanazt a mogyoróvaj-étrendet követi, mint a gyermekek a klinikán, visszanyeri normális súlyát. Ha azonban az egerek mikrobákat kapnak a Kwashiorkor közösség egészséges ikertől, akkor semmi sem történik. Ez nagyszerű, mert számos egérben lehetővé teheti az egyének bélflóra-terápiás kísérleteit, következésképpen egyéni terápiák kidolgozását.
Mindenkinek lehetőséget kell biztosítani arra, hogy részt vegyen ebben a fejlesztésben. Néhány évvel ezelőtt elindítottuk az American Gut [Gut] projektet, ahol mindenki megtalálhatja a helyét a mikrobiális térképen. Ma már több mint 8000 regisztrált résztvevővel ez a legnagyobb tudományos közösségi finanszírozási projekt. Ön beküldi a mintáját, mi meghatározzuk a mikrobák DNS-ét és visszaküldjük az eredményt. Az eredményeket név nélkül is közzé tesszük a tudósok, oktatók és az érdeklődő polgárok számára az adatokhoz való hozzáférés lehetővé tétele érdekében. A BioFrontiers Institute munkatársaink látogatóinak elmagyarázzuk, hogy lézerekkel és robotokkal vizsgáljuk a székletet, de ez nem feltétlenül érdekel mindenkit. (Nevetés) Biztosan érdekel, ezért hoztam magammal néhány csomagot, hátha ki akarod próbálni.
Miért csináljuk ezt Nemcsak a mikrobákat használhatjuk egészségi állapotunk felmérésére, hanem betegségeket is gyógyíthatunk. Ezt nemrégiben ábrázolni tudtuk, a Minnesotai Egyetem munkatársaival együtt. Itt van az emberi mikrobiom ismételt ábrázolása. Ezúttal hozzáadom a C. difficile-ben szenvedő mikrobákat, amely súlyos hasmenéses betegség, amely megköveteli, hogy naponta akár 20-szor is előforduljon. Az antibiotikum-terápia 2 évig sikertelen volt, mielőtt jelöltek lettek erre a vizsgálatra. Mi történik, ha egy egészséges donortól származó székletet ültetünk át az alján csillagként a betegbe? A jó mikrobák küzdenek a rosszakkal és elősegítik a gyógyulást? Lássuk, mi történik. Ezen betegek közül négyen kapnak transzplantációt az egészséges donortól a legalsó részén, és láthatja, hogy a bélflóra azonnal radikálisan megváltozik. A transzplantáció után egy nappal minden tünet megszűnik, a hasmenés megszűnik, a betegek ismét egészségesek, és hasonlítanak a donor bélflórájához. És nincs visszaesés. (Taps)
Ennek a felfedezésnek a legelején vagyunk. Kezdjük megérteni, hogy a mikrobák befolyásolják ezeket a betegségeket, a krónikus bélbetegségtől az elhízásig, talán még az autizmusig és a depresszióig is. Ki kell fejlesztenünk egyfajta mikrobiális GPS-t, amely nemcsak megmutatja, hol vagyunk éppen, hanem azt is, hogy mi a célunk és hogyan érhetjük el azt. Ennek olyan egyszerűnek kell lennie, hogy még egy gyermek is tudja használni. (nevetés)