Omul și bacteriile sale NZZ

Mai multe trilioane de bacterii trăiesc pe oameni și își asumă sarcini vitale acolo. Deși compoziția speciilor poate varia foarte mult de la persoană la persoană, întregul genom pe care îl aduce populația este foarte similar.

Bacteriile Escherichia coli se simt bine în intestinul uman. Imaginea a fost făcută cu un microscop electronic cu scanare. (Imagine: NIH/Wikipedia)

Când genomul uman a fost complet secvențiat în 2003, pentru mulți li s-a părut de necrezut că o ființă la fel de complexă ca oamenii ar putea să se descurce cu doar 30.000 de gene. Pentru acești oameni este cu siguranță liniștitor să afle că nu este așa. Deoarece fără cele aproximativ 100 de trilioane (10 14) de bacterii care colonizează oamenii, acestea nu ar fi viabile, cel puțin nu în forma pe care o au astăzi. Oriunde pe piele, în gură sau în intestine, un număr gigantic de bacterii formează mici ecosisteme înfloritoare. Se hrănesc cu deșeuri umane, descompun fibrele nedigerabile, produc câteva vitamine importante și își susțin gazda în apărarea împotriva bacteriilor patogene. Acesta este motivul pentru care unii oameni de știință consideră, de asemenea, oamenii ca un fel de superorganism, care constă din multe celule umane și de aproximativ 10 ori mai multe celule bacteriene. Privit în acest fel, genomul bacterian ar extinde genomul uman la aproximativ 30 de milioane de gene. Până în prezent, însă, se știe puțin despre influența pe care aceste gene și purtătorii lor o au cu adevărat asupra oamenilor. Dar face obiectul unei zone de cercetare în creștere.

Bacteriile Escherichia coli se simt bine în intestinul uman. Imaginea a fost făcută cu un microscop electronic cu scanare. (Imagine: NIH/Wikipedia)

Bacteriile colonizează bebelușii

Coloniile bacteriene care colonizează o persoană sunt unice pentru fiecare individ. Modul în care apar aceste diferențe - cum ar fi dieta, caracteristicile genetice ale persoanei sau expunerea accidentală la microorganisme - este încă speculat. Anumite boli, precum boala inflamatorie cronică a intestinului sau invazia bacteriilor patogene, sunt asociate cu o perturbare a echilibrului intern din ecosistemul bacterian. Cea mai bine cercetată societate bacteriană umană de până acum este flora intestinală, este considerată a fi cea mai dens populată dintre toate ecosistemele cunoscute și se estimează că găzduiește aproximativ 500 până la 1000 de specii diferite și aproximativ 7000 de subspecii. Apariția și raportul numeric al speciei alcătuiesc profilul individual, ca să spunem așa o amprentă personală, a unei persoane.

Patrick O. Brown și Chana Palmer de la Școala de Medicină a Universității Stanford din California au examinat modul în care apare societatea bacteriană individuală. Pentru a face acest lucru, au analizat în mod regulat bacteriile din probele de scaun de la 14 bebeluși de la naștere până la vârsta de doi ani. Pentru că de îndată ce un copil se naște din mediul steril din pântece, bacteriile de diferite genuri și specii cuceresc zona încă complet neuniformă. S-a arătat că fiecare bebeluș avea de la început o compoziție foarte personală, care, deși s-a schimbat în timp, a păstrat întotdeauna un profil individual inconfundabil.

Fluctuațiile paralele în apariția și dispariția speciilor individuale într-o pereche dizigotică de gemeni au sugerat că genetica și contactul întâmplător cu medii diferite joacă un rol în colonizare. Primii imigranți au venit din rezervorul de bacterii al mamei, după cum se arată în comparațiile cu probele din vagin, scaun și laptele matern. După aproximativ un an, toți bebelușii aveau un profil relativ similar, devenind din ce în ce mai asemănător cu cel al unei societăți bacteriene tipice pentru adulți. Trecerea la hrana solidă a reprezentat un punct de cotitură clar de la o societate de bacterii asemănătoare unui copil la o floră intestinală tipică pentru adulți. Membrii familiei există de ani de zile. Acesta din urmă este demonstrat de rezultatele unui studiu publicat recent cu 31 de gemeni adulți monozigoți și 23 dizigotici și mame.

În ea, cercetătorii din grupul lui Jeffrey Gordon de la Universitatea Washington din St. Louis au reușit să arate că flora intestinală dintre membrii familiei este mai asemănătoare decât cea dintre persoanele fără legătură. Prin urmare, asemănarea dintre gemenii identici a fost cea mai mare, cea dintre dizygoti doar puțin mai mică și cea pentru mame ceva mai mare. Acest lucru ar putea sugera că genetica are un impact mai mic decât mediul comun, deoarece, deși gemenii identici împărtășesc 100 la sută din gene și dizigotii doar aproximativ 25 la sută, asemănările dintre societățile bacteriene dintre gemenii identici au fost doar puțin mai mari. Cu toate acestea, dacă se iau în considerare rezultatele altor grupuri de cercetare pe această temă, nu există încă o imagine uniformă.

Flora intestinală influențează greutatea

Cu toate acestea, în mai multe studii, cercetătorii din grupul Gordon au putut demonstra că dieta are un efect puternic asupra structurii florei intestinale. Oamenii de știință cercetează de câțiva ani influența bacteriilor asupra utilizării energiei la șoareci și oameni și au demonstrat, printre altele, că bacteriile măresc absorbția moleculelor de zahăr din intestin. În plus, acestea par să promoveze absorbția acizilor grași în celulele adipoase printr-un mecanism complicat și încă neînțeles pe deplin. În acest fel, numeroasele bacterii își ajută gazda să utilizeze mai bine alimentele pe care le consumă. Atât la șoareci, cât și la oameni, aproximativ 90% din flora intestinală este formată din specii bacteriene din 2 din aproximativ 70 de diviziuni bacteriene existente, Firmicutes și Bacteroidetes. Și după cum au putut arăta cercetătorii, dieta are un impact major asupra tipurilor de bacterii care sunt predominant în intestin.

Șoarecii care au fost plasați pe o dietă tipică occidentală bogată în grăsimi și carbohidrați au prezentat modificări ale florei intestinale în câteva săptămâni. De obicei, unii membri ai unei clase particulare a diviziei Firmicutes, mollicutes, nu sunt deosebit de frecvente în intestinele șoarecilor. Cu toate acestea, după schimbarea dietei, acestea au devenit semnificativ mai frecvente. În același timp, reprezentanții bacteroidetelor au fost inhibați. Cercetătorii au observat, de asemenea, o acumulare de clase Mollicutes la oameni în legătură cu obezitatea. Cu toate acestea, după ce acești oameni au fost alimentați, au slăbit și, în același timp, flora intestinală a revenit la normal. O persoană își poate schimba structura florei intestinale prin dietă.

Dar bacteriile în sine pot avea, de asemenea, o influență puternică asupra gazdei: pot avea o influență directă asupra greutății sale. Cercetătorii au arătat acest lucru transplantând complet bacteriile de la șoareci cărora le-a fost hrănită cu o dietă bogată în energie de săptămâni în șoareci subțiri care nu aveau propria lor floră intestinală deoarece erau crescuți în condiții absolut sterile. Deși șoarecii subțiri și-au menținut o dietă normală, au devenit grăsimi după transplant, semnificativ mai mult decât șoarecii care au primit o floră intestinală de la șoareci cu greutate normală. După cum au putut arăta cercetătorii, acest lucru pare a se datora faptului că tipurile de bacterii, care sunt mai frecvente la șoarecii grași, transformă fibrele nedigerabile în acizi grași ușor digerabili mult mai eficient decât cei de la șoarecii subțiri. Societatea bacteriană individuală are o influență decisivă asupra cantității de energie câștigată de un șoarece din alimente.

Gene la fel de comune

Recent, aceiași cercetători au găsit dovezi că astfel de diferențe metabolice sunt controlate de genomul adus de bacteriile intestinale și că există similitudini mai mari între doi indivizi la nivel de genom decât la nivel de specie. Pentru a face acest lucru, în studiul menționat anterior, au examinat structura taxonomică și genetică a bacteriilor din probele de scaun de la 31 de gemeni monozigoți și 23 dizigotici, care erau fie grăsimi, fie ambii subțiri, precum și mamele lor. După cum sa dovedit, diversitatea speciilor bacteriene a fost în mod clar limitată în ceea ce privește grosimea. Aparent, o surplus de hrană duce la o diversitate redusă a florei intestinale.

Dar acum cercetătorii au dorit să știe dacă există un numitor comun la toți indivizii, adică anumite specii sau gene bacteriene care sunt întotdeauna reprezentate. Pentru a face acest lucru, au analizat întregul genom bacterian, așa-numitul microbiom, în probe de scaun de la 18 persoane - 3 perechi groase și subțiri de gemeni și mamele lor. Analiza a arătat că există de fapt mai multe asemănări la nivelul genelor decât la nivelul speciilor. Se pare că diferitele tipuri de bacterii cu aceleași gene îndeplinesc funcții foarte similare în intestin. Atunci când cercetătorii au comparat apoi microbiomii grăsimilor cu cei subțiri, s-a constatat că anumite gene bacteriene sunt semnificativ mai frecvente la persoanele obeze, în special cele care descompun carbohidrații.

Structura genetică a bacteriilor determină cât de eficient își folosește o persoană hrana. O persoană își poate folosi dieta pentru a controla ce specii sau care gene bacteriene sunt mai frecvente în intestin, iar acestea la rândul lor influențează cantitatea de energie pe care o absoarbe persoana respectivă. Încă nu se știe cum au loc exact aceste interacțiuni între celulele bacteriene și umane în superorganismul uman și dacă aceste efecte pot fi utilizate în plus față de o dietă. Cu toate acestea, alte perspective despre acest lucru și despre posibilele aplicații s-ar putea transforma într-o afacere profitabilă într-o societate bine hrănită, având în vedere creșterea costurilor pentru sănătate.