Rob Knight Cum ne fac microbii să fim cine suntem TED Talk Subtitrări și Transcript TED
Sănătatea corpului nostru a fost întotdeauna importantă pentru noi, dar nu am știut întotdeauna ce este important. Luați, de exemplu, vechii egipteni care au păstrat anumite părți ale corpului pentru viața de apoi în timp ce îndepărtau alte părți, cum ar fi aceasta. În timp ce păstrau cu atenție stomacul, plămânii, ficatul etc., au dezmembrat creierul, l-au îndepărtat prin nas și l-au aruncat. Are sens și cine are nevoie de creier? Ce s-ar întâmpla dacă am avea un fel de organ neglijat, de aceeași greutate ca și creierul și, în anumite privințe, la fel de caracteristic individual, dar pe care abia îl înțelegem și, prin urmare, este subestimat? Ar sugera noi dovezi că acest organ este vital pentru noi, nu ați dori să aflați mai multe despre el? De fapt, avem așa ceva: intestinele noastre - mai exact, microbii săi. Nu numai microbii intestinali sunt importanți,
mai degrabă, microbii din tot corpul afectează multe dintre trăsăturile noastre distinctive. De exemplu, unii dintre noi sunt mușcați de țânțari mult mai des decât alții. Într-adevăr, această legendă a campingului este adevărată. Tantarii ma musca B. rareori, dar partenerul meu Amanda atrage roiuri întregi. Motivul sunt diferiți microbi ai pielii
și substanțele lor excretate, care sunt percepute de țânțari. În plus, microbii sunt foarte importanți din punct de vedere medical. Acesta este modul în care microbii noștri intestinali decid dacă anumite analgezice sunt toxice pentru ficat sau dacă un medicament vindecă bolile de inimă.
La muștele fructelor, microbii decid cu cine să facă sex. Nu am dovedit acest lucru încă la oameni, dar poate fi doar o chestiune de timp. (Râsete) Microbii îndeplinesc o multitudine de funcții. Acestea ne susțin digestia, ne stimulează sistemul imunitar și ne ajută să luptăm împotriva bolilor,
și poate chiar ne afectează comportamentul. Cum arată o hartă a tuturor acestor asociații de microbi? Nu exact ca acesta, care ilustrează de fapt biodiversitatea sa. Diferite regiuni ale lumii noastre sunt caracterizate de peisaje și organisme caracteristice, așa cum se arată în aceste 3 exemple. Microbiologia este similară, deși trebuie să recunosc că toți microbii arată la fel la microscop. În loc să o determinăm vizual, ne uităm la secvența sa de ADN. În „Proiectul Microbiomului Uman”, finanțat de NIH cu 155 de milioane de euro, sute de cercetători se reunesc pentru a cartografia As, Ts, Gs și Cs ale tuturor microbilor umani. Una peste alta, arată așa. Greu de spus cine locuiește unde, corect?
Laboratorul meu dezvoltă tehnologii asistate de computer pentru a aduce terabyții secvențelor ADN într-o formă clară. Datele microbiomului uman de la 250 de voluntari sănătoși arată astfel. Fiecare punct reprezintă toți microbii complecși într-o întreagă asociere microbiană. Am spus da, toate arată la fel. Fiecare punct reprezintă asocierea microbiană a unei regiuni corporale a unui participant sănătos. Vedeți diferite zone ale afișajului în culori diferite, aproape ca pe continente separate. Diferite părți ale corpului au microbi diferiți. Aici avem flora orală în verde; flora pielii opusă în albastru; flora vaginală în violet și în partea de jos flora intestinală în maro. Abia în ultimii ani am aflat că microbii din diferitele părți ale corpului sunt foarte diferite. Dacă comparați microbii din gura și intestinele unei persoane, se constată diferențe enorme între aceste asociații microbiene. Diferența este mai mare decât între microbii de pe acest recif și această prerie. Este destul de remarcabil. O distanță de jumătate de metru în corpul uman arată diferențe microbiologice mai mari decât sutele de kilometri pe pământ.
Mai mult, bacteriile din aceleași regiuni ale corpului sunt diferite în fiecare persoană. Știți sigur că toți oamenii au ADN foarte asemănător. ADN-ul dvs. este 99,99% identic cu cel al persoanei care stă lângă dvs. Acest lucru nu se aplică florei intestinale; care corespunde doar 10% cu flora intestinală a vecinului tău. Acest lucru corespunde diferenței dintre bacteriile din această prerie și această pădure.
După cum sa menționat, diferiții microbi au funcții diferite: digestia alimentelor, influențarea diferitelor boli, descompunerea medicamentelor etc. Dar cum fac toate acestea? Microbii noștri intestinali cântăresc doar 1,5 kg, dar ne depășesc în număr. Cât sunt în majoritate? Depinde de modul în care ne definim corpul. Să luăm celulele. Fiecare dintre noi este alcătuit din aproximativ 10 trilioane de celule, în timp ce adăpostim până la 100 trilioane de celule microbiene. Deci, sunteți 10: 1 superior nouă. Sau spunem că ADN-ul uman ne modelează. Fiecare dintre noi are în jur de 20.000 de gene, în funcție de modul în care numărați, și de 2 până la 20 de milioane de gene microbiene. Indiferent de modul în care îl priviți, simbionții noștri microbieni sunt cu mult peste număr. Nu doar lăsăm ADN uman, ci și ADN microbian, pe tot ceea ce atingem.
În urmă cu câțiva ani, am arătat într-un studiu că palma palmei unei persoane poate fi atribuită cu o precizie de 95% mouse-ului computerului folosit în mod regulat. Acest lucru a fost publicat științific acum câțiva ani și a apărut și în seria „CSI: Miami”, atunci trebuie să fie adevărat. (a rade)
De unde provin microbii noștri? Dacă, la fel ca mine, aveți câini și copii, sunteți obligat să aveți presupuneri proaste, toate fiind adevărate, de altfel. Nu doar microbii din echipamentul computerului se potrivesc cu tine, ci și cu câinele tău. Cu toate acestea, asociațiile microbiene la adulți sunt relativ stabile, chiar dacă locuiți cu cineva, vă puteți păstra identitatea microbiană săptămâni, luni, chiar ani.
Primele noastre asociații microbiene sunt determinate de felul în care ne naștem. Bebelușii născuți în mod normal au microbi ai florei vaginale, în timp ce bebelușii născuți prin cezariană au microbi ai pielii. Poate exista o legătură între problemele de sănătate și nașterea prin cezariană. De exemplu, cazurile crescute de astm, alergii și chiar obezitate au fost legate de microbi. Până de curând, mamiferele s-au născut doar prin canalul nașterii. Lipsa acestor microbi de protecție, cu care am evoluat, ar putea fi motivul diferitelor simptome legate de microbiom.
Când fiica mea s-a născut prin cezariană de urgență acum câțiva ani, am decis să expunem corpul ei la flora vaginală, ca în cazul nașterii naturale. Este greu de spus dacă acest lucru le-a afectat sănătatea. Chiar dacă îi iubim, cazurile lor individuale nu permit o declarație generală. Acum are 2 ani și încă nu a avut o infecție a urechii. Să ne ținem degetele încrucișate. Acum examinăm mai mulți copii în studii clinice și verificăm dacă acest lucru are, în general, un efect protector.
Tipul nașterii determină primii noștri microbi.
Ce urmează după aceea? Iată din nou datele de la Human Microbiome Project. Fiecare punct reprezintă o regiune corporală a unuia dintre cei 250 de participanți adulți sănătoși. Știți cum se dezvoltă copiii fizic și mental. Aici puteți vedea pentru prima dată cum se dezvoltă microbial copilul colegului meu. Vedem cum se modifică microbii scaunului acestui copil, flora intestinală, la intervale săptămânale timp de aproape 2½ ani. Începând cu prima zi, punctul galben, vedem mai întâi flora vaginală, așa cum era de așteptat încă de la naștere. Pe parcursul a 2½ ani se deplasează în jos și la sfârșit seamănă cu flora intestinală a unui adult sănătos. Începem. Urmăriți ce se întâmplă. Fiecare salt corespunde unei săptămâni.
Schimbarea săptămânală a microbilor scaunului de la acest copil este mai mare decât diferența dintre adulții sănătoși, cohorta proiectului Human Microbiome, prezentată în maro mai jos. După cum puteți vedea, acum ajunge la flora intestinală a unui adult. Au trecut vreo 2 ani acum. Acum se întâmplă ceva remarcabil, din cauza unei infecții a urechii i se administrează antibiotice și aceasta este urmată de o schimbare enormă a florei sale intestinale, care revine rapid la normal. Vă mai arăt o dată. În aceste câteva săptămâni vedem un puternic eșec, mai mare decât în lunile de dezvoltare, care se normalizează imediat din nou. În ziua 838, sfârșitul videoclipului, avea flora intestinală a unui adult sănătos, în ciuda efectelor antibioticului.
Acest lucru este foarte interesant, deoarece ridică întrebări fundamentale. Ce efect au antibioticele asupra copiilor? Ce rol joacă vârsta? Tratamentele copiilor mici sunt critice pentru că microbiomul se schimbă atât de mult sau este ca o aruncătură de băț în marea furtunoasă, unde cercurile în mișcare sunt estompate de valuri? Dacă bebelușii sunt tratați cu antibiotice în primele 6 luni, este mai probabil să devină obezi mai târziu decât fără sau după un tratament ulterior. Se crede că efectul tratamentelor timpurii asupra florei intestinale și asupra sănătății ulterioare este enorm și este încă puțin înțeles. Este impresionant. Prin urmare, antibioticele nu numai că cauzează bacterii rezistente, ceea ce reprezintă o problemă importantă, dar pot distruge și flora intestinală. Este de temut că într-o zi vom disprețui antibioticele la fel de mult ca instrumentele metalice folosite de vechii egipteni pentru a dezmembra creierul cadavrelor înainte de a fi mumificate.
Am menționat toate funcțiile importante ale microbilor. În ultimii ani, acestea au fost legate de o gamă largă de boli, inclusiv boli inflamatorii intestinale, boli de inimă, cancer de colon și chiar obezitate. Se crede că obezitatea este puternic influențată de acest lucru. O examinare a florei intestinale astăzi poate prezice 90% dacă o persoană este sau nu obeză. Acest lucru este impresionant, dar neglijabil ca test medical, deoarece persoanele obeze pot fi recunoscute fără a-și analiza flora intestinală. Dar chiar și secvența întregului genom, ADN-ul uman, ar prezice obezitatea cu doar 60% probabilitate. Impresionant, nu-i așa? Cei 1,5 kg de microbi pe care îi transportăm sunt mai importanți pentru unele boli decât orice genă din genomul nostru.
Mult mai mult este posibil la șoareci. Diferite boli sunt legate de microbi la șoareci, inclusiv A. Scleroza multiplă, depresie, autism și obezitate. Dar diferențele microbiene sunt cauza sau consecința acestor boli? Pentru a clarifica acest lucru, putem crește șoareci într-un mediu steril fără proprii lor microbi. Apoi, putem adăuga microbi potențial interesanți și îi putem urmări cum se dezvoltă. Dacă luăm microbi de la un șoarece obez și îi transplantăm într-un șoarece genetic normal crescut într-un mediu fără microbi, șoarecele devine mai gras decât cu microbii de la un șoarece normal. Motivul pentru aceasta este fascinant. Uneori, microbii ajută la digestia alimentelor mai eficient, astfel încât câștigul de energie să fie mai mare. În alte cazuri, microbii schimbă comportamentul șoarecilor, astfel încât aceștia mănâncă mai mult decât un șoarece normal și se îngrașă numai cu alimente nelimitate.
Foarte remarcabil, nu-i așa? Deci, microbii influențează comportamentul mamiferelor. Acest experiment funcționează și între specii? De asemenea, dacă luați microbii de la o persoană obeză și îi transplantați în șoareci fără microbi, șoarecii vor deveni mai groși decât microbii de la o persoană slabă. De asemenea, putem crea un bandaj microbian care nu va determina creșterea în greutate
sau care ajută împotriva malnutriției. Fundația Gates finanțează un proiect pentru studierea copiilor din Malawi care au kwashiorkor, o formă severă de malnutriție. Dacă transplantați microbii Kwashiorkor la șoareci, aceștia își pierd 30% din greutate în 3 săptămâni. Dacă mâncați aceeași dietă cu unt de arahide ca și copiii din clinică, vă veți recăpăta greutatea normală. Cu toate acestea, dacă șoarecii primesc microbi de la un geamăn sănătos al comunității Kwashiorkor, nu se întâmplă nimic. Acest lucru este extraordinar, deoarece poate permite încercări de terapie cu flora intestinală a indivizilor la numeroși șoareci și, în consecință, dezvoltarea terapiilor individuale.
Toată lumea ar trebui să aibă posibilitatea de a participa la această dezvoltare. Acum câțiva ani am început proiectul American Gut [Gut], în care fiecare își poate găsi locul pe harta microbiană. Astăzi, cu peste 8.000 de participanți înregistrați, este cel mai mare proiect științific de crowdfunding. Trimiteți eșantionul dvs., determinăm ADN-ul microbilor și trimitem rezultatul înapoi. De asemenea, publicăm rezultatele în mod anonim pentru oamenii de știință, educatori și cetățeni interesați, pentru a permite accesul la date. Le explicăm vizitatorilor laboratorului nostru de la Institutul BioFrontiers că examinăm fecalele cu lasere și roboți, dar acest lucru nu interesează neapărat pe toată lumea. (Râsete) Trebuie să fii interesat, așa că am adus câteva pachete de luat dacă vrei să încerci singur.
De ce facem asta Nu numai că putem folosi microbii pentru a ne evalua starea de sănătate, dar putem vindeca și boli. Am reușit să graficăm recent acest lucru, împreună cu colegii de la Universitatea din Minnesota. Iată din nou reprezentarea microbiomului uman. De data aceasta, adaug microbii de la persoanele cu C. difficile, o boală diareică severă care necesită să mergi de până la 20 de ori pe zi. Terapia cu antibiotice timp de 2 ani nu a avut succes înainte ca aceștia să devină candidați la acest proces. Ce se întâmplă dacă transplantăm niște scaun de la un donator sănătos, prezentat în partea de jos ca o stea, la pacient? Microbii buni luptă împotriva răului și promovează vindecarea? Vezi ce se intampla. Patru dintre acești pacienți primesc acum un transplant de la donatorul sănătos chiar în partea inferioară și puteți vedea cum flora intestinală se schimbă imediat radical. La o zi după transplant, toate simptomele scad, diareea a dispărut, pacienții sunt din nou sănătoși și seamănă cu flora intestinală a donatorului. Și nu există recidivă. (Aplauze)
Suntem chiar la începutul acestei descoperiri. Începem să înțelegem că microbii afectează aceste boli, de la boli cronice intestinale la obezitate, poate chiar autism și depresie. Trebuie să dezvoltăm un fel de GPS microbian care nu numai că ne arată unde suntem în acest moment, ci și care este obiectivul nostru și cum îl putem atinge. Și trebuie să fie atât de simplu încât chiar și un copil îl poate folosi. (a rade)