Microbiom: modul in care erorile pot fi cruciale pentru sanatatea ta

Este vorba despre insectele microscopice care traiesc pe tot corpul – pe piele, in gura, in nas si, in special, in tractul digestiv. Aceste bug-uri sunt atat de numeroase incat depasesc propriile celule cu un factor de 10. Esti mult mai mult microb decat om.

Inainte de a deveni atat de dezgustat sa nu mai citesti, ia in considerare acest lucru: multe dintre aceste bug-uri sunt la fel de esentiale pentru viata ta ca si celulele tale. Acesti microbi au existat de cand au existat oamenii, iar corpurile noastre au evoluat pentru a se adapta prezentei lor la fel cum s-au adaptat la ale noastre.

Ele sunt, de asemenea – pentru a cita un expert – „ultima frontiera” a cercetarii medicale, un aspect crucial al sanatatii noastre, pe care oamenii de stiinta l-au considerat rar pana de curand. Este, de asemenea, una dintre cele mai descurajante provocari cu care se confrunta biologii astazi.

„Stim aproape nimic despre acest univers pe care il gazduim”, potrivit Bruce Birren, codirector al programului de secventiere si analiza a genomului de la Broad Institute, o colaborare de cercetare intre oamenii de stiinta de la Harvard si MIT. „Parca venim pe o planeta pentru prima data si ne intrebam: ce gasim?”

Ceea ce descopera experti precum Birren este rolul puternic pe care aceste mici bug-uri l-ar putea juca in viata noastra. Cele 1.000 de specii de microbi care traiesc in intestinele noastre controleaza digestia si, probabil, multe altele. Acestea sunt strans legate de cresterea alergiilor si astmului si de probleme digestive, cum ar fi boala Crohn si colita. De asemenea, acestea influenteaza sistemul imunitar si exista un numar tot mai mare de dovezi care sugereaza ca microbii intestinali ar putea avea o influenta asupra riscului de cancer. De asemenea, ei ar putea dicta daca ne impachetam cu kilograme in plus sau daca vom fi capabili sa facem diabet.

Si asta nu este tot. Studii recente au aratat ca soarecii fara germeni sunt mult mai vulnerabili la stres.

Array

Doua tulpini de soareci cunoscuti pentru personalitatile lor distincte – una calda si prietenoasa, cealalta agresiva si standoffish – au schimbat trasaturi atunci cand li s-au dat reciproc microbi intestinali. Alte studii au modificat raspunsul sobolanilor la atacurile de cord prin schimbarea microbilor intestinali cu care au fost hraniti inainte de atac. Si un grup de soareci hraniti cu o dieta bogata in proteine ​​au avut microbi intestinali diferiti si abilitati de memorie mai bune decat soarecii hraniti cu o dieta tipica.

„Nu putem intelege cu adevarat sanatatea umana fara a intelege modul in care interactionam cu toti acesti microbi”, spune Birren.

Intrerupatoare de cod

In acest an se culmineaza doua proiecte majore care urmaresc sa inteleaga mai bine intregul repertoriu de bug-uri care ne colonizeaza – ceea ce oamenii de stiinta numesc microbiom. In 2007, guvernul Statelor Unite a lansat un proiect de cinci ani, de 157 milioane de dolari, privind microbiomul uman, care vizeaza secventierea genomului populatiilor microbiene care traiesc in gurile, intestine, axile si alte orificii ale a 300 de americani sanatosi.

Anul urmator, Comisia Europeana a lansat un proiect de 29 de milioane de dolari numit Metagenomics of the Human Intestinal Tract, sau MetaHIT, care se concentreaza doar asupra bacteriilor intestinale. Constatarile initiale din ambele eforturi au fost prezentate la Congresul International al Microbiomului Uman de la Paris luna trecuta. „Ambele au facut progrese absolut extraordinare”, spune Dusko Ehrlich, coordonator MetaHIT si director de cercetare la Institutul National pentru Cercetari Agricole din Franta.

In timp ce unii cercetatori sunt ingrijiti de supraestimarea oricaror rezultate, Ehrlich spune ca el si alti oameni de stiinta sunt increzatori in potentialul cercetarii microbiomului uman – cu atat mai mult decat in ​​urma cu un deceniu, cand toata discutia a fost despre genomul uman. „Este greu sa fii profet”, spune Ehrlich, „dar vedem mult mai mult potential in genomul om-altul decat in ​​propriul nostru genom.”

El citeaza doua motive pentru optimismul sau: diversitatea genetica si tratabilitatea. Genomul unei persoane difera doar 0,1% de cel al altei persoane; in timp ce genomul intestinului lor poate diferi cu 50%. Deoarece exista o variabilitate atat de mare, exista sanse mult mai mari sa putem asocia diferentele cu bolile, spune el, adaugand ca ar trebui sa fie mai usor sa tratezi microbii intestinali decat sa faci modificari genetice. Si, de asemenea, este entuziasmat de capacitatea lor potentiala de a prezice boala.

Poate ca intr-o zi, modificarile bug-urilor intestinale ale cuiva ar putea fi indicatori ai unei boli iminente – permitand schimbari in dieta sau medicamente pentru a restabili echilibrul microbian inainte ca aceasta sa duca la o problema grava de sanatate.

Numar de criza

Dar, in timp ce datele se revarsa, la fel incep si dezbaterile. Una dintre principalele discutii din cadrul reuniunii recente a vizat un studiu publicat anul trecut, care a sugerat ca oamenii se incadreaza in trei categorii, sau enterotipuri asa cum sunt cunoscute, in functie de grupul dominant de bacterii intestinale care traiesc acolo. Ideea de a avea o versiune de eroare a grupei de sange care ar putea prezice riscul de boala al unei persoane este una convingatoare, dar rezultatele ulterioare prezentate la Paris sugereaza ca limitele dintre tipuri ar putea fi mai neclare decat se imagina prima data.

Ehrlich spune ca singura modalitate de a rezolva aceasta problema este studierea a mii de oameni. „Numerele conteaza”, spune el, adaugand ca cercetatorii din Europa, China, Statele Unite si din alte parti trebuie sa colaboreze pentru a se asigura ca dimensiunile probelor lor sunt suficient de mari pentru a reflecta diferente semnificative in microbiom. Acest lucru inseamna, de asemenea, ca cercetatorii din intreaga lume trebuie sa dezvolte protocoale, astfel incat toti studiaza lucrurile in acelasi mod si rezultatele lor sunt comparabile.

Urmarirea microbiomului uman implica, de asemenea, manipularea mai multor date decat oamenii de stiinta cu care s-au mai confruntat vreodata. Pana de curand, oamenii de stiinta au reusit sa cultive numai bacterii care ar putea trai intr-o cutie Petri; odata ce si-au dat seama cum sa separe microbianul de ADN-ul uman, au inceput sa descopere zeci de specii noi. Dar ei colecteaza miliarde de baze, sau baze de date, de date de secventa ADN de la populatii complexe – si a afla care biti de ADN merg impreuna este doar o parte a puzzle-ului. Cum deduceti ce fac aceste organisme de fapt? Cum functioneaza impreuna ca sistem ecologic? Cum se leaga acest lucru de sanatatea umana – fie starea normala, fie cea a bolii – si de unde stii daca microbii au provocat afectiunea sau daca raspund doar la mediul in schimbare?

Curtis Huttenhower, profesor asistent de biologie computationala si bioinformatica la Scoala de Sanatate Publica de la Harvard, spune ca este mai probabil ca echilibrul microbilor sa conteze decat tulpinile individuale. Cativa actori rai, cum ar fi salmonella, va vor imbolnavi chiar si in concentratii mici, dar, in cea mai mare parte, bacteriile bune tin raul sub control, spune Huttenhower, care studiaza boala inflamatorie intestinala. Si multi dintre noi purtam bacteriile Clostridium difficile in jurul nostru tot timpul, fara niciun efect negativ. Abia dupa o schimbare a populatiei de microbi – sa zicem, dupa un curs intens de antibiotice care perturba echilibrul – se poate observa puterea distructiva a C. difficile, cauzand simptome care variaza de la diaree la inflamatia care pune viata in pericol. colon.

Transplanturi fecale

Ruth, profesor de colegiu in New Yorkul suburban, stie asta prea bine. Tanara de 55 de ani, care a cerut sa fie identificata doar prin prenumele ei, a urmat un curs de antibiotice la sfarsitul anului 2006 pentru o infectie a vezicii urinare. Cateva luni mai tarziu, avea nevoie din nou de antibiotice, de data aceasta pentru o procedura dentara – si atunci au inceput problemele ei. A avut o diaree teribila si a inceput sa piarda in greutate si forta. Cea mai ingrijoratoare pentru o femeie ai carei studenti inca i-au acordat creditul pentru ca este „fierbinte” intr-un sistem de rating online: parul ei a inceput sa cada in bucati. In mai 2007, a fost diagnosticata cu o infectie cu C. difficile si a inceput sa ia antibiotice pentru a o trata. Mai mult de un an intreg mai tarziu, ea inca lua antibiotice – in doze mult mai mari – si se imbolnavea de fiecare data cand se oprea.

Se simtea din ce in ce mai disperata cand, facand unele cercetari pe internet, a dat peste ideea unui transplant fecal. Intr-un transplant fecal, fecalele de la o persoana sanatoasa sunt inserate anal in colonul altuia. Ideea este ca bug-urile de la persoana sanatoasa vor restabili echilibrul microbian al celui bolnav.

Desi conceptul de transplant fecal poate parea dezgustator la inceput, infectarea cu C. difficile a fost mult mai grava, spune ea. „Nedemnitatea este profunda. Te simti cu adevarat murdar si contagios. Doar te plimbi simtindu-te ca un ciudat. ” Obtinerea unui transplant de fecale nu s-a simtit ca o mare problema dupa ce ati tratat atat de mult timp cu C. difficile.

Donatorii de materii fecale, de obicei un membru al familiei sau altul semnificativ, sunt supusi screening-ului pentru boli infectioase precum HIV si sifilis si pentru modele de viata care ar putea pune in pericol beneficiarul, cum ar fi activitatea sexuala cu risc ridicat.

Ruth spune ca s-a simtit diferita aproape imediat dupa transplant, facuta in timpul colonoscopiei si s-a simtit „aproape normala” in termen de trei saptamani. In cele din urma a reusit sa renunte la antibiotice, iar speranta pe care o simtise de luni de zile a disparut incet. Astazi, parul i-a crescut la loc si si-a revenit complet.

Medicul ei, Lawrence Brandt, profesor si sef emerit de gastroenterologie la Albert Einstein College of Medicine din New York, face transplanturi fecale din 1990. El spune ca este surprins de cat de reusita, ieftina si aparent sigura este procedura – fara reactii adverse majore raportate. Cercetarile sale, unele dintre ele inca nepublicate, sugereaza ca transplanturile fecale au fost eficiente cu 91% in cateva sute de cazuri la nivel mondial. Nu a existat inca un studiu standard de aur, dublu-orb, controlat placebo al transplanturilor, dar exista un consens din ce in ce mai mare ca transplanturile fecale sunt o idee buna pentru persoanele cu infectii persistente cu C. difficile.

Intr-o zi, prezice el, procedura va fi testata si utilizata si impotriva multor alte afectiuni. Si, in cele din urma, companiile farmaceutice isi vor da seama cum sa imbutelieze bacteriile potrivite, iar transplanturile fecale nu vor fi necesare, spune el. „Astazi, folosim scaun, pentru ca nu am elaborat inca combinatiile precise formulate de organisme care sunt deficitare in fiecare dintre bolile despre care vorbim.”

Modificarile populatiei

Desigur, transplanturile fecale nu sunt singurul mod de a schimba microbii intestinali. Asa cum a experimentat Ruth, antibioticele – in special cursurile repetate apropiate – pot modifica echilibrul, la fel ca bolile grave si schimbarile de dieta. O gena va poate lasa mai mult sau mai putin vulnerabil la o lovitura bacteriana, spune Huttenhower. „Daca sunteti predispus si comunitatea dvs. microbiana intra, intamplator, intr-o stare de risc ridicat, acesti factori s-ar putea combina pentru a declansa boala”.

In cea mai mare parte, populatiile pe care le aveti in copilaria timpurie va vor fi alaturi tot restul vietii. Chiar si dupa ce populatiile de microbi sunt perturbate de antibiotice, acestea tind sa revina la linia de baza, spune Graham Rook, profesor emerit de microbiologie medicala la University College London.

Diferite evenimente, in special la inceputul vietii, pot afecta acea linie de baza. Un studiu publicat anul trecut a constatat ca bebelusii nascuti prin sectiunea C aveau microbi intestinali diferiti de cei nascuti vaginal – probabil pentru ca erau expusi la diferite bug-uri la iesirea lor. Ehrlich al MetaHIT indica alte cercetari care sugereaza ca populatia de microbi a unui bebelus se modifica continuu, pana la varsta de aproximativ doi ani, deci nu este clar daca aceasta diferenta timpurie – sau orice modificare microbiana in copilaria timpurie – are implicatii pe termen lung asupra sanatatii.

Cercetatorii cred ca microbii oamenilor care traiesc impreuna pot incepe sa semene. „Veti impartasi mai mult unul cu celalalt decat ati face in comparatie cu cineva care traieste in Chicago, dar pastrati totusi o mare istorie despre cine sunteti si unde ati fost”, spune Gary Huffnagle, imunolog si profesor de medicina interna la Universitatea din Michigan. „Cu cat coabitezi mai mult, teoria este, cu atat vei incepe sa arati mai mult unul cu celalalt.”

Apoi, exista nenumaratele iaurturi si bauturi probiotice comercializate sub pretentia ca consumul lor de microorganisme „prietenoase” poate fi bun pentru sanatatea ta. Un studiu publicat anul trecut sugereaza ca efectele lor ar putea fi doar subtile. Compararea probelor de scaun ADN de la un geaman identic care a consumat iaurt probiotic cu unul care nu a prezentat diferente mici in componenta bacteriilor intestinale, dar studiile efectuate la soareci au aratat ca iaurtul probiotic a afectat activitatea genelor care permit bacteriilor intestinale sa se descompuna. glucide.

Oamenii de stiinta nu stiu inca daca unii oameni ar putea raspunde mai bine la probiotice si la modificarile dietetice decat altii. „Marea promisiune a viitorului”, spune Ehrlich, este ca modificarile dietetice simple ar putea manipula echilibrul bug-urilor noastre intestinale inainte ca bolile sa se dezvolte. Cand va veni acel moment, este imposibil de previzionat, spune el, dar, cel putin oamenii de stiinta ai Proiectului Microbiomului Uman si MetaHIT incep sa stie ce intrebari sa puna.

Pana la momentul respectiv, cercetatorul in varsta de 69 de ani are probabil o sugestie neconventionala pentru persoanele mai tinere. Daca ar avea din nou 18 ani, spune ca va ingheta o proba de scaun la o biobanca, in cazul in care ar avea nevoie vreodata de un transplant fecal. Vezi, ti-am spus ca povestea asta te va descurca.

Daca doriti sa comentati aceasta poveste, accesati pagina noastra de Facebook sau trimiteti-ne un mesaj pe Twitter.