Kredyt obrazu: Flickr

Naukowcy odkryli, że gospodarze pozbawiają swoich drobnoustrojowych mieszkańców składników odżywczych, zasadniczo zmuszając drobnoustroje w naszych jelitach do wykonywania naszych poleceń.

Każdy z nas jest tylko w połowie człowiekiem. Druga połowa to drobnoustroje. Miliony wirusów, grzybów, bakterii i innych mikroskopijnych organizmów pokrywają naszą skórę i wyścielają nasze ważne narządy. Zależymy od tych społeczności drobnoustrojów, aby trawić żywność, syntetyzować witaminy, wzmacniać układ odpornościowy, a nawet utrzymywać zdrowie psychiczne.

Nowe odkrycia wskazują, że współczesna dieta i nadużywanie antybiotyków może podważyć naszą pozycję życzliwych władców, stawiając szanse na korzyść drobnoustrojów.

Odżywczy raj

„Wydaje się, że bakterie i my mają naturalną kolejność dziobania”, mówi Lawrence A. David, adiunkt genetyki molekularnej i mikrobiologii w Duke University School of Medicine. „W pewnym sensie nie jest zaskakujące, że my, gospodarz, powinniśmy trzymać więcej kart”.

Na gram w jelitach znajduje się więcej bakterii niż w jakimkolwiek innym ekosystemie na świecie.

Jednak David mówi, że dominujący pogląd na mikrobiom, szczególnie w jelitach, dotyczy raju bogatego w składniki odżywcze, „w którym zalewa się obfitość żywności i zasobów, takich jak fabryka czekolady Willy'ego Wonki”. Na gram w jelitach znajduje się więcej bakterii niż w jakimkolwiek innym ekosystemie na świecie.

W sumie te drobnoustroje jelitowe ważą około trzy funty u człowieka, mniej więcej tyle, co wątroba lub mózg. Nic więc dziwnego, że wielu naukowców uważa, że ​​tych drobnoustrojów jest tak dużo, ponieważ jelita są wyjątkowo gościnnym środowiskiem.

Ale ostatnio niektórzy badacze zakwestionowali tę teorię, w tym Aspen Reese, doktorant w laboratorium Davida, który niedawno przeniósł się, aby zostać głównym badaczem na Uniwersytecie Harvarda.

Wszystkie rodzaje kupy

Jako wyszkolony ekolog Reese rozumiał, że praktycznie każdy inny ekosystem na planecie ma członków, którzy konkurują o zasoby. Dlaczego instynkt miałby być inny? Substancje odżywcze, takie jak azot lub fosfor, często ograniczają rozwój bakterii w strumieniach lub jeziorach. Reese zastanawiał się, czy azot jest również ograniczonym zasobem w jelitach.

Postanowiła zmierzyć poziom azotu w mikrobiomie jelitowym. Ponieważ drobnoustroje jelitowe żyją w odchodach, oznaczało to zbieranie próbek kału. Z pomocą kolegów, zwłaszcza Roba Pringle'a z Princeton University, Reese zdołał pozyskać stołek od ponad 30 różnych gatunków ssaków, w tym dzikich zebr, żyraf i słoni z Kenii; domowe owce, bydło i konie z New Jersey; i ludzie z Północnej Karoliny.

Zmieliła próbki i policzyła liczbę atomów azotu i węgla dostępnych dla drobnoustrojów.

„Bakterie to pojedyncze organizmy, które po prostu próbują się przeżyć – a jest tylko tyle pożywienia”.

Reese odkrył, że drobnoustroje w jelitach człowieka mają dostęp do średnio tylko jednego atomu azotu na każde dziesięć atomów węgla, podczas gdy większość wolno żyjących drobnoustrojów korzysta z diety składającej się z jednego azotu na cztery węgle.

Aby sprawdzić, czy poziom azotu może rzeczywiście utrzymać mikrobiom pod kontrolą, Reese karmił również myszy dietą bogatą w białka, które naturalnie zawierają dużo azotu. Kiedy zwiększyła ilość białka, liczba bakterii w jelitach myszy wzrosła dziesięciokrotnie.

Po prostu staram się przetrwać

Co więcej, kiedy wstrzyknęła azot do krwiobiegu myszy, część tego azotu trafiła do bakterii jelitowych, co sugeruje, że gospodarz może wydzielać azot przez komórki wyściełające jego jelito, aby ratować drobnoustroje przed głodem. Wyniki pojawiają się w Nature Microbiology.

„Nasze odkrycia potwierdzają ideę, że opracowaliśmy sposób na trzymanie naszych bakterii na smyczy poprzez pozostawienie ich głodujących azotu” – mówi David. „Wyjaśnia to również, dlaczego zachodnia dieta może być dla nas zła. Kiedy ludzie jedzą zbyt dużo białka, pochłania to zdolność gospodarza do wchłaniania azotu w jelicie cienkim, a większa jego część trafia do jelita grubego, eliminując naszą zdolność do kontrolowania naszych społeczności drobnoustrojów”.

Sytuacja jest analogiczna do tego, co ekolodzy nazywają eutrofizacją, zjawiskiem spowodowanym spływaniem nawozu do stawów lub jezior, podnoszącym stężenie azotu lub fosforu w wodzie i stymulującym nadmierny wzrost glonów lub zakwitów glonów.

„Łatwiej byłoby sobie wyobrazić, że jelito jest mniej „zaczerwienione w zębach i pazurach” niż w innych częściach natury, ponieważ mikrobiota może być tak korzystna dla ludzi”, mówi Reese, który jest młodszym członkiem Harvard Society of Fellows . „Ale bakterie to pojedyncze organizmy, które po prostu próbują się przeżyć – a jest tylko tyle pożywienia”.

Jaki jest właściwy numer?

Jeśli teoria utrzymuje, że ludzcy gospodarze tracą kontrolę nad naszymi podwładnymi drobnoustrojami, może się wydawać, że użycie antybiotyków do wytępienia całej populacji drobnoustrojów byłoby świetnym sposobem na pokazanie im, kto tu rządzi. Ale inne badanie przeprowadzone przez Reese i Davida wskazuje, że taktyka byłaby niewłaściwa.

Zespół podał 10 myszom pięciodniowe leczenie doustnymi antybiotykami i codziennie analizował próbki kału. Ich ustalenia, opublikowane w czerwcu w eLife, pokazał, że wiele źródeł energii, na których opierają się drobnoustroje – jak np. azotany lub siarczany – zaczęło się akumulować, gdy mikroby się wyczerpywały.

„Tak naprawdę nie mamy pojęcia, jaka jest „właściwa” liczba bakterii w jelitach. Z pewnością zero to za mało, a bycie pełnym samych bakterii byłoby za dużo”.

Krótko po zakończeniu kuracji antybiotykowej środowisko chemiczne w jelitach myszy powróciło do stanu quo, a drobnoustroje ponownie zaczęły się rozwijać.

„Tak naprawdę nie mamy pojęcia, jaka jest „właściwa” liczba bakterii w jelitach” – mówi Reese. „Z pewnością zero to za mało, a bycie pełnym tylko bakterii byłoby za dużo”.

David dodaje ostrzeżenie, że wiele z ponad tysiąca gatunków bakterii jelitowych, które zostały zniszczone przez antybiotyki, prawdopodobnie nigdy nie wróci. W swoich eksperymentach jego zespół odkrył, że jedynym sposobem, w jaki te drobnoustroje zdołały znaleźć drogę z powrotem do brzuchów myszy, było umożliwienie myszom robienia tego, co zwykle, czyli wzajemnego zjadania stolca. „Ludzie prawdopodobnie nie będą chcieli tego robić” – mówi.

Wiele badań wykazało, że po leczeniu antybiotykami mikrobiomy człowieka mogą ulec zmianie na miesiące, jeśli nie lata. Ta zmiana może stworzyć sprzyjającą pożywkę dla patogenów.

„Normalnie patogenom trudno będzie skolonizować jelita” – mówi David. „Istnieją biliony innych bakterii, które muszą pokonać, aby przetrwać. Ale jeśli nagle usuniemy konkurencję drobnoustrojów o zasoby, stracimy kontrolę, a złe bakterie, które powodują nieprzyjemne choroby, takie jak C. difficile zapalenie okrężnicy ma wyraźniejszą ścieżkę”.

David i jego zespół badają, w jaki sposób nasze wybory żywieniowe – w tym prebiotyki i probiotyki – mogą utrzymać nasz związek z naszym mikrobiomem, a ostatecznie z naszym zdrowiem.

„W historii ewolucji nasze ciała miały szansę to wszystko rozgryźć i zbudować systemy, które utrzymają mikrobiotę w ryzach” – mówi Reese. „Ale jako badacze żyjący w epoce nowożytnej myślę, że wciąż staramy się zrozumieć, jaka jest właściwa wartość pośrednia i jak nas tam utrzymać”.

Prace wspierały National Science Foundation, Hartwell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, Searle Scholars Program, European Research Council i Austrian Science Fund.

Źródło: Duke University

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon