Microbiom Din ce în ce mai multe bacterii intestinale se pierd. Spectrul științei
Microbiom: diversitatea noastră intestinală este amenințată
Un recif de corali viu în care o mare varietate de pești și alte vieți marine înoată printr-o lume subacvatică orbitoare. Sau o pădure tropicală tropicală, în al cărei verde întunecat, de la fluturi la broaște și de la papagali la gorile, sunt ascunși cei mai diversi locuitori. Astfel de imagini îmi vin în minte mai întâi atunci când vine vorba de comunități deosebit de diverse, pline de relații fin țesute.
Pe de altă parte, este puțin probabil ca cineva să se gândească la propriile intestine pe această temă. Acesta conține unul dintre cele mai complexe ecosisteme pe care oamenii de știință îl cunosc. Milioane și miliarde de microbi trăiesc acolo, iar interacțiunea lor complexă are consecințe de anvergură asupra sănătății umane. Dar, la fel ca recifele și pădurile lumii, acest habitat pare să se schimbe, astfel încât unele specii devin mai rare. Dar ce se întâmplă dacă, prin urmare, funcțiile și informațiile genetice importante din punct de vedere medical se pierd? Pentru a preveni acest lucru, oamenii de știință construiesc în prezent colecții în care să fie păstrată o parte cât mai mare a diversității microbiene pentru viitor: un fel de Arca lui Noe pentru locuitorii intestinali.
Există destui candidați care ar putea intra la bord. Se estimează că fiecare persoană poartă de 1,3 ori mai multe bacterii și alte microorganisme pe corp și în corpul său decât propriile celule. În total, există câteva sute de grame de colegi de cameră, dintre care majoritatea locuiesc în colon.
Cercetarea microbiomului este în plină expansiune
Un singur gram de conținut intestinal conține aproximativ 100 de miliarde de microbi care sunt legați unul de celălalt și de gazda lor printr-o varietate de relații. Aceștia concurează și cooperează între ei, folosesc cantitatea bogată de alimente din intestin și transformă componentele greu de digerat în compuși noi. Sute de tipuri de microbi eliberează mii de substanțe care au o mare varietate de efecte în organism și au astfel un impact major asupra sănătății acestuia. Experții numesc întregul acestor co-locuitori microbieni, inclusiv habitatele și funcțiile lor ecologice, „microbiomul”.
Cercetările asupra ecosistemului acestui corp au cunoscut recent un adevărat boom. În fiecare an apar mii de publicații științifice. „Acest lucru se datorează faptului că, datorită metodelor moderne, structura genetică a acestor organisme poate fi acum analizată mult mai rapid și mai eficient decât acum zece ani”, explică Alexander Loy de la Universitatea din Viena. Este cofondator al Inițiativei austriace pentru microbiomi (AMICI), în care oamenii de știință din diferite discipline încearcă să înțeleagă mai bine comunitatea din intestin și funcțiile acesteia. „Vrem să aflăm cum funcționează împreună speciile individuale, ce substanțe eliberează și ce fac”, explică cercetătorul. „Și, desigur, ne interesează dacă există o legătură cu anumite boli”.
Cu toate acestea, dezlegarea tuturor acestor lucruri este o chestiune complicată. Primul pas este examinarea probelor de fecale pentru identificarea ADN-ului microbian, creându-se astfel un fel de inventar al organismelor care trăiesc în ele. Analizele genetice necesare pentru acest lucru se concentrează în primul rând pe examinarea secvenței blocurilor de construcție a ADN-ului în așa-numita genă ARNr 16S. Această secvență permite diferențierea diferitelor tipuri de bacterii unele de altele.
„Această mare diversitate de locuitori intestinali se datorează faptului că există nișe în acest ecosistem pentru cele mai variate cerințe” (Alexander Loy)
La astfel de examinări, noi și încă necunoscuți locuitori intestinali ies la lumină din nou și din nou. De exemplu, o echipă condusă de Samuel C. Forster de la institutul britanic de cercetare a genomului Wellcome Sanger Institute de lângă Cambridge a detectat recent 273 de tipuri diferite de bacterii în fecalele a 20 de persoane din Marea Britanie și Canada. La urma urmei, 105 dintre ei nu fuseseră niciodată izolați până acum.
„Marea diversitate a locuitorilor intestinali se datorează faptului că există nișe în acest ecosistem pentru cele mai variate cerințe”, explică Alexander Loy. De exemplu, în timp ce o cantitate de oxigen este încă disponibilă direct pe mucoasa intestinală, care este bine alimentată cu sânge, acest lucru este redus în interiorul intestinului gros. În consecință, există doar bacterii anaerobe care și-au adaptat metabolismul la condiții fără oxigen.
Organisme intestinale - marile necunoscute
Cu toate acestea, aceleași specii nu trăiesc la toți oamenii. În funcție de stilul de viață, de mediu și de genetică, fiecare intestin are propria comunitate de microbi compuși individual. Lucrurile devin și mai complicate, deoarece fiecare specie este formată din triburi diferite. Și fiecare poartă cu ei propria lor combinație personală.
"Din păcate, nu este posibil să distingem aceste tulpini cu analize genetice standard", spune Loy. De exemplu, gena ARNr 16S nu dezvăluie dacă tulpinile răspândite inofensive ale bacteriei Escherichia coli trăiesc în intestinul unei persoane sau dacă sunt variante patogene. „În acest fel putem afla ceva despre compoziția comunității microbiene, dar nu despre funcțiile acesteia”, explică cercetătorul. Mai ales că în 40 până la 70 la sută din toate genele găsite în organismele intestinale, nimeni nu știe de ce anume sunt responsabile. "Acesta este încă un șantier mare."
Funcțiile fiecărui locuitor intestinal sunt deosebit de interesante atunci când vine vorba de sănătatea umană. Devine din ce în ce mai evident că micii colegi de cameră pot influența cele mai diverse aspecte ale metabolismului, ale sistemului imunitar și chiar al comportamentului. Metabolismul dvs. transformă zahărul, proteinele și grăsimile din alimente în molecule mai mici, cum ar fi acizii grași cu lanț scurt, acetic, acid propionic și butiric. Acestea sunt apoi absorbite prin mucoasa intestinală și transportate către diferite alte organe prin fluxul sanguin. Acetatul, sarea acidului acetic, ajunge la creier în acest fel, de exemplu, unde se leagă de anumiți receptori și astfel declanșează o senzație de sațietate, printre altele.
Extragătorii din intestine
Dar o legătură cu diferite boli este, de asemenea, discutată din nou și din nou. Persoanele care suferă de inflamație intestinală cronică, diabet de tip II sau autism au un microbiom diferit de cel al persoanelor sănătoase. „Cu toate acestea, asta nu înseamnă neapărat că aceste boli sunt declanșate de comunitatea bacteriană modificată”, explică Alexander Loy. Teoretic, ar putea fi la fel de bine ca dezvoltarea să se desfășoare în direcția opusă: mai întâi boala izbucnește, aceasta schimbă condițiile de viață din intestin, iar apoi microorganismele reacționează. „De multe ori nu este ușor să aflăm care este cauza și ce este efectul”, subliniază cercetătorul vienez.
În unele cazuri, însă, conexiunile sunt clare. Dacă numărul de locuitori intestinali normali este decimat prin antibioterapie, agenții patogeni, de exemplu, își asumă adesea șansa. În absența concurenței, aceștia se pot stabili mult mai bine în această situație decât de obicei și, astfel, pot provoca și mai multe daune. Acest lucru a fost dovedit, de exemplu, în infamul spital Clostridium difficile, care poate provoca diaree foarte puternică și uneori care pune viața în pericol și inflamații intestinale.
Dar chiar și persoanele care nu au luat antibiotice pot avea un microbiom epuizat. În societățile industriale, intestinele locuitorilor urbani par să aibă, în general, mai puțină diversitate microbiană decât persoanele cu un stil de viață mai tradițional. Acest lucru este în primul rând legat de dieta, care în aceasta din urmă este adesea compusă dintr-o structură chimică mai complexă și, prin urmare, necesită o pondere plată intestinală mai diversă.
Microbiomul reacționează la diferențele sezoniere
Samuel Smits de la Universitatea Stanford din SUA și colegii săi au descoperit acest lucru, de exemplu, atunci când au examinat microbiomul Hadza din Tanzania (PDF). Pentru acești vânători și culegători, compoziția comunității bacteriene se schimbă pe parcursul anului. Au cea mai mare diversitate de microbi în sezonul uscat, când meniul este mai variat și conține mai multă carne decât în sezonul ploios. Aparent, microbiomul reacționează la astfel de diferențe sezoniere, astfel încât speciile sunt întotdeauna active, care pot face cel mai mult cu dieta respectivă. Dacă dieta se schimbă, unele specii devin atât de rare încât nu mai pot fi detectate în fecale. Nu vor mai apărea până în sezonul următor.
Și se pare că tocmai aceste organisme flexibile sunt în declin în societățile moderne. Asta au aflat cercetătorii atunci când și-au comparat datele din Tanzania cu cele de la oameni din alte 16 țări cu stiluri de viață diferite. Deci, oamenii din societățile moderne pierd o parte din acei colegi de cameră cu care sute de mii de ani de istorie evolutivă comună le leagă? Și acesta ar putea fi unul dintre motivele pentru care bolile stilului de viață, cum ar fi bolile inflamatorii intestinale, obezitatea, astmul, diabetul și alergiile sunt în creștere?
Câțiva microbiologi consideră că acest lucru este complet posibil. Deoarece există dovezi că o comunitate intestinală mai săracă în copilăria timpurie prezintă un risc mai mare pentru astfel de boli. Și din moment ce tot mai mulți oameni din întreaga lume sunt atrași de orașe și de un stil de viață modern, această tendință s-ar putea intensifica în viitor. De aceea, experții nu vor să urmărească moștenirea microbiologică în scădere a omenirii.
Biblioteci pentru microbi
Aproximativ o duzină de oameni de știință din jurul Maria Gloria Dominguez-Bello de la Universitatea Rutgers din statul american New Jersey s-au reunit pentru a forma o inițiativă internațională numită Seiful Microbiota (seiful microbiotei). Pledați pentru crearea unei facilități internaționale în care eșantioanele microbiologice din întreaga lume să poată fi înghețate permanent într-un loc sigur și neutru din punct de vedere politic. Modelul este Svalbard Global Seed Vault de pe insula Spitsbergen, unde semințele au fost depozitate din 2008 pentru a păstra diversitatea culturilor de pe pământ.
Într-un mod foarte similar, o „barcă de salvare cu bacterii” va ajuta în viitor la conservarea și cercetarea diversității colegilor de cameră din corpul uman. „Trebuie să înțelegem mai bine ce tulpini dispar în populațiile umane și ce consecințe funcționale și patologice are acest lucru”, a subliniat unele dintre mințile principale ale inițiativei în revista „Science” din 2018.
„Datorăm generațiilor viitoare microbii pe care strămoșii noștri le-au colonizat timp de cel puțin 200.000 de ani de evoluție umană” (cercetători de frunte în microbiomi din „Știința”)
La urma urmei, mai mult de jumătate din populația lumii trăiește deja într-un mediu urban. Și se tem că ar putea exista locuitori intestinali pierduți, care sunt importanți pentru sănătatea umană. Dar nu se poate accepta asta. „Datorăm generațiilor viitoare microbii pe care strămoșii noștri le-au colonizat timp de cel puțin 200.000 de ani de evoluție umană”, scriu cercetătorii. Cel mai important lucru este păstrarea microbiomilor diferitelor societăți umane din întreaga lume. Și mai ales de cei care nu au urmat încă tendința către traiul urban. Este posibil să nu mai rămână mult timp pentru acest lucru, oamenii de știință subliniază: „Trebuie să începem înainte să fie prea târziu”.
Primii pași pe această cale sunt deja făcuți. Eric Alm, Mathieu Groussin, Mathilde Poyet și Ainara Sistiaga de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) din Cambridge, SUA, au lansat în 2016 o altă inițiativă de protecție a microbilor, Global Microbiome Conservancy (GMC). Experți din aproximativ 70 de instituții științifice și medicale din întreaga lume lucrează acum împreună aici. Este implicat un spectru larg de oameni de știință din diferite discipline - de la microbiologi și medici la antropologi până la ecologi și biologi evolutivi. Împreună încearcă să colecteze și să păstreze cât mai mult din diversitatea vieții posibil din intestinul uman.
Angajații GMC și-au început biblioteca de bacterii cu peste 7600 de probe din intestinele locuitorilor sănătoși ai orașelor din America de Nord. Apoi, au colectat și au înghețat aproximativ 4.000 de tulpini de bacterii din societăți neindustrializate din Arctica Canada, Camerun și Tanzania. Colecția a crescut acum pentru a include peste 11.600 de probe de bacterii din 23 de populații umane din întreaga lume. Și munca continuă. Autorizațiile pentru colecțiile din Ghana, Rwanda și Malaezia sunt deja acolo.
Toată lumea își păstrează drepturile de proprietate asupra microbilor săi
Pentru a obține mai mulți pasageri pentru arca lor înghețată, cercetătorii vor să lucreze cu cât mai mulți oameni diferiți din întreaga lume - în special cu membrii popoarelor indigene. Ei subliniază faptul că orice participant care își donează fecalele pentru proiect își păstrează proprietatea asupra microbilor lor. În plus, ar trebui să fie o colecție deschisă și necomercială la care are acces orice om de știință interesat. Dacă medicamentul sau alte utilizări pot fi dezvoltate într-o zi din colecție, ar trebui să beneficieze și țările de origine ale donatorilor.
„Toate acestea sunt puncte importante care ar trebui respectate într-o astfel de colecție”, subliniază Alexander Loy. În general, consideră că eforturile GMC sunt foarte utile. Există deja câteva colecții mari de tulpini bacteriene din întreaga lume care conțin și locuitori intestinali. În Germania, de exemplu, o colecție foarte extinsă este stocată în Institutul Leibniz DSMZ - Colecția germană de microorganisme și culturi celulare din Braunschweig; există instituții similare în SUA și Japonia, de exemplu. „Cu toate acestea, aceste colecții conțin până acum semnificativ mai multe triburi umane din țările industrializate”, explică Loy. „Nu știm prea multe despre microbiomii din țările în curs de dezvoltare.” El consideră că este cu atât mai util să se reducă acest decalaj și să se colecteze sistematic probe din diferite regiuni ale lumii.