קווינטיליון של חיידקים באדם מגדירים את המהות שלנו

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

ככל שמדענים חוקרים יותר את החיידקים החיים בגוף האדם, כך הם לומדים יותר על ההשפעה העוצמתית של הפירורים הללו על המראה שלנו, על התנהגותנו, אפילו על דרך החשיבה וההרגשה שלנו.

האם וירוסים, חיידקים, פטריות חד-תאיות ושאר אורגניזמים שחיים בריאות ובמעיים, בעור ובגלגלי העיניים באמת תלויים בבריאות וברווחה שלנו? האם זה לא מוזר מדי להאמין שהיצורים המיקרוסקופיים שאנו נושאים בעצמנו ועל עצמנו, קובעים במובנים רבים את עצם המהות שלנו?

השפעת המיקרוביום - זהו שמו של מיני גן חיות זה - עשויה להיות מהותית כבר בשלבי ההתפתחות המוקדמים.

אחד המחקרים, שתוצאותיו פורסמו בשנה שעברה, מראה שאפילו תכונה מולדת לכאורה כמו מזגו של תינוק יכולה להיות תלויה בשאלה האם רוב החיידקים במעיו שייכים לאותו הסוג: ככל שיותר בפידובקטריה, כך הילד עליז יותר..

המסקנות אליהן הגיעו אנה-קטריינה אטסינקי ועמיתיה באוניברסיטת טורקו בפינלנד מבוססות על ניתוח דגימות צואה מ-301 תינוקות. לאותם ילדים שהיו להם יותר ביפידובקטריה לאחר חודשיים, היו סיכוי גבוה יותר להראות "רגשות חיוביים", כפי שקבעו החוקרים, לאחר שישה חודשים.

חקר המיקרוביום החל יחסית לאחרונה – למעשה, רק לפני 15 שנה. המשמעות היא שרוב המחקרים שנעשו עד היום היו ראשוניים וצנועים בהיקפו, וכלל רק עשרות עכברים או בני אדם. מדענים מצאו קשר מובהק בין מצב המיקרוביום למחלות שונות, אך טרם הצליחו לזהות קשרים ברורים של סיבה ותוצאה בין תושבים ספציפיים של "עולם פנימי" מאוכלס בצפיפות של אדם ובריאותו.

אפילו מספר התושבים האלה מדהים: כיום מאמינים שכ-38 קווינטיליון (1012) חיידקים חיים בגופו של צעיר רגיל - זה אפילו יותר מתאי האדם שלהם. אם נלמד להבין כיצד להיפטר מהעושר הזה - שלנו -, יפתחו בפנינו סיכויים מרתקים.

לטענת האופטימיים, בעתיד הקרוב יהיה נפוץ להזריק לאדם קומפלקסים בריאים של חיידקים בצורה של פרה-ביוטיקה (תרכובות הפועלות כמצע שעליו יכולים להתרבות חיידקים מועילים), פרוביוטיקה (חיידקים אלו עצמם) או בצואה. השתלה (השתלה של מיקרוביום עשיר במעיים מתורמים) - כדי שיוכל להרגיש בריא.

כשאנשים מדברים על המיקרוביום, הם מתכוונים בעיקר לתושבי מערכת העיכול, המהווים 90 אחוז מהמיקרואורגניזמים שלנו. עם זאת, איברים אחרים שופעים חיים: חיידקים ממלאים כל חלק בגוף שנמצא במגע עם העולם החיצון: עיניים, אוזניים, אף, פה, פי הטבעת, מערכת גניטורינארית. בנוסף, חיידקים נמצאים על כל פיסת עור, במיוחד בבתי השחי, הפרינאום, בין האצבעות ובטבור.

והנה מה שבאמת מדהים: לכל אחד מאיתנו יש סט ייחודי של חיידקים שאין לאף אחד אחר. כיום, על פי רוב נייט מהמרכז לחדשנות מיקרוביום באוניברסיטת קליפורניה (סן דייגו), כבר ניתן לטעון שהסבירות של שני אנשים עם אותה קבוצה של מינים במיקרוביום מתקרבת לאפס. ניתן לנצל את הייחודיות של המיקרוביום בזיהוי פלילי, אמר נייט. "מי שנגע בחפץ עוקב אחר 'טביעת האצבע' של המיקרוביום שנותרה על עורו של אדם", הוא מסביר.ובכן, מתישהו, חוקרים, שמחפשים ראיות, יתחילו לאסוף דגימות של חיידקים החיים על העור, בדיוק כפי שהם עושים היום עבור טביעות אצבע.

במאמר זה נשתף כמה מהתגליות המשמעותיות שגילו מדענים שחקרו את המיקרוביום וכיצד הוא משפיע עלינו מינקות ועד זקנה.

יַנקוּת

העובר ברחם הוא כמעט סטרילי. נדחס דרך תעלת הלידה, הוא פוגש במספר עצום של חיידקים. במהלך לידה רגילה, התינוק "נשטף" על ידי החיידקים החיים בנרתיק; בנוסף, חיידקי המעי של האם עולים עליו. חיידקים אלה מתחילים מיד לאכלס את המעיים של עצמם, נכנסים לסוג של תקשורת עם מערכת החיסון המתפתחת. אז כבר בשלבים המוקדמים ביותר של קיומו, המיקרוביום מכין את מערכת החיסון לתפקוד תקין בעתיד.

אם התינוק נולד בניתוח קיסרי, אין מגע עם החיידקים של האם, ומיקרואורגניזמים אחרים מתמקמים במעיים שלו - מעור האם ומחלב אם, מידי אחות, אפילו מפשתן של בית חולים. מיקרוביום זר כזה יכול לסבך את כל חייו העתידיים של אדם.

בשנת 2018, פול ווילמס מהמרכז לרפואת מערכות באוניברסיטת לוקסמבורג פרסם את תוצאות מחקר של 13 תינוקות שנולדו באופן טבעי ו-18 תינוקות שנולדו בניתוח. ווילמס ועמיתיו ניתחו את הצואה של יילודים ואמהותיהם, כמו גם ספוגיות נרתיקיות של נשים בלידה. ב"קיסרי" היו פחות חיידקים באופן משמעותי המייצרים ליפופוליסכרידים ובכך ממריצים את התפתחות מערכת החיסון. נותרו מעט חיידקים כאלה לפחות חמישה ימים לאחר הלידה - זה, לדברי ווילמס, מספיק כדי להוביל להשלכות ארוכות טווח על החסינות.

לאחר זמן מה, בדרך כלל עד יום ההולדת הראשון, המיקרוביומים של ילדים בשתי הקבוצות מקבלים קווי דמיון. עם זאת, לדברי ווילמס, ההבדל שנצפה בימי החיים הראשונים גורם לכך שבגופם של תינוקות שנולדו בניתוח קיסרי, ייתכן שהחיסון הראשוני לא יעבור, שבמהלכו לומדים תאי החיסון להגיב בצורה נכונה להשפעות חיצוניות. זה כנראה מסביר מדוע ילדים אלו נוטים יותר לפתח מגוון בעיות הקשורות לתפקוד מערכת החיסון, כולל אלרגיות, דלקות והשמנה. לדברי ווילמס, בעתיד, אולי, יינתנו ל"קיסריים" פרוביוטיקה, שנוצרה על בסיס זנים של חיידקי האם, על מנת לאכלס את מערכת העיכול שלהם בחיידקים מועילים.

יַלדוּת

אלרגיות למזון הפכו כל כך נפוצות עד שבבתי ספר מסוימים הטילו הגבלות על המזון שילדים יכולים לקחת מהבית (למשל, אסור להם להביא חטיפי בוטנים או כריכי ריבה) כדי שחלק מחברי הכיתה לא יפתחו אלרגיות. בארצות הברית 5.6 מיליון ילדים סובלים מאלרגיות למזון, כלומר יש לפחות שניים עד שלושה ילדים כאלה בכל כיתה.

מובאות מגוון סיבות שעלולות להוביל להתפשטות אלרגיות, ביניהן עלייה במספר התינוקות שנולדו בניתוח קיסרי, ושימוש יתר באנטיביוטיקה שעלולה להשמיד את החיידקים המגנים עלינו. קתרין נגלר ועמיתיה מאוניברסיטת שיקגו החליטו לבדוק האם התפשטות אלרגיות למזון בקרב ילדים קשורה להרכב המיקרוביום שלהם. בשנה שעברה הם פרסמו את תוצאות מחקר שכלל שמונה ילדים בני חצי שנה, שמחציתם היו אלרגיים לחלב פרה. התברר שהמיקרוביום של נציגי שתי הקבוצות שונה בתכלית: במעיים של תינוקות בריאים היו חיידקים אופייניים להתפתחות תקינה של ילדים בגילם, וחיידקים האופייניים יותר למבוגרים נמצאו אצל הסובלים מפרה. אלרגיות לחלב.

בילדים אלרגיים, אמר נגלר, המעבר האיטי בדרך כלל ממיקרוביום ילדות למבוגר "התרחש בקצב חריג".

נגלר ועמיתיה השתילו (באמצעות השתלות צואה) את חיידקי המעיים של התינוקות "שלהם" בעכברים, שנולדו בניתוח קיסרי וגדלו בתנאים סטריליים, כלומר נקיים לחלוטין מחיידקים. התברר שרק עכברים שהושתלו מתינוקות בריאים לא הראו תגובה אלרגית לחלב פרה. אחרים, כמו התורמים שלהם, הפכו לאלרגים.

מחקרים נוספים הראו שאת התפקיד העיקרי בהגנה על קבוצת העכברים הראשונה, ככל הנראה, מילאו חיידקים ממין אחד, שנמצאו רק בילדים: Anaerostipes caccae מקבוצת Clostridia. קלוסטרידיה מונעת גם אלרגיות לבוטנים, כך גילו נגלר ועמיתיה במחקר אחד.

נגלר, נשיא ומייסד שותף של הסטארט-אפ התרופות ClostraBio משיקגו, מקווה לבדוק את הפוטנציאל הטיפולי של Anaerostipes caccae בעכברי מעבדה ולאחר מכן באנשים אלרגיים. המשימה הראשונה הייתה למצוא מקום במעיים שבו ניתן להנחית חבורה של חיידקים מועילים. אפילו במיקרוביום לא בריא, אומר נגלר, כל הנישות כבר מלאות; כך שכדי שקלוסטרידיה תכה שורש במקום חדש, אתה צריך לגרש את התושבים הקודמים. לכן, ClostraBio יצרה תרופה שמנקה נישה מסוימת במיקרוביום. נגלר ועמיתיו "רושמים" אותו לעכברים, ואז מזריקים להם כמה סוגים של קלוסטרידיה, וכן סיבים תזונתיים המקדמים רבייה של חיידקים. נגלר מקווה להתחיל בניסויים קליניים בבני אדם של Clostridia בתוך השנתיים הקרובות, ובסופו של דבר ליצור תרופה לילדים עם אלרגיות למזון.

חיידקי מעיים יכולים להיות קשורים גם למחלות אחרות בילדים, כולל סוכרת מסוג I. באוסטרליה, מדענים ניתחו דגימות צואה מ-93 ילדים שקרוביהם סבלו מסוכרת, ומצאו כי לאלו מהם שפיתחו את המחלה לאחר מכן היו רמות מוגברות של enterovirus A בצואה. עם זאת, אחד הנסיינים, W. Ian Lipkin מ-Meilmanovskaya בית הספר לבריאות הציבור באוניברסיטת קולומביה מזהיר עמיתים מפני קפיצה למסקנות שהגורמים למחלות מסוימות נובעות אך ורק מהבדלים במיקרוביום. "כל מה שאנחנו יודעים בוודאות", הוא אומר, "הוא שחיידקים מסוימים קשורים איכשהו למחלות מסוימות."

ובכל זאת, ליפקין מתלהב מהעתיד של מדע המיקרוביום. על פי התחזית שלו, במהלך חמישים השנים הקרובות, מדענים יחשפו את מנגנון השפעת המיקרוביום על הגוף ויתחילו ניסויים קליניים בבני אדם על מנת להדגים כיצד ניתן לשפר את הבריאות על ידי "עריכת" המיקרוביום.

נוֹעַר

למתבגרים רבים יש נטייה לאקנה – ונראה שיש תופעה שנקראת "המיקרוביום החלב". עורם של החבר'ה מסביר פנים במיוחד לשני זנים של חיידקי Cutibacterium acnes הקשורים לאקנה. רוב הזנים של חיידק זה בטוחים או אפילו מועילים מכיוון שהם מעכבים את הצמיחה של חיידקים פתוגניים; למעשה, חיידק זה הוא מרכיב מרכזי במיקרוביום הרגיל של הפנים והצוואר.

עם זאת, זן רע יכול לגרום נזק רב: נוכחותו, לדברי אמנדה נלסון, רופאת עור מהמכללה לרפואה של אוניברסיטת פנסילבניה, היא אחד התנאים המוקדמים להתפתחות דלקת. בין שאר הסיבות להתפתחות המחלה, מדענים מכנים את הסבום (המיוצר על ידי בלוטות החלב כדי להרטיב את העור), המשמש כר גידול ל-C. acnes, זקיקי שיער ונטייה לדלקות. הכל עובד ביחד, ולפי נלסון, אנחנו עדיין לא יודעים מה יותר חשוב.

חוקרים מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון בחנו את המיקרוביום של בלוטות החלב וגילו שהטיפול היחיד עמיד באקנה, איזוטרטינואין (הידוע בשמות מסחריים שונים), פועל בחלקו על ידי שינוי המיקרוביום של העור, ומגדיל את המגוון הכולל של חיידקים, ביניהם קשה יותר לזנים מזיקים להשתרש.

כעת, לאחר שמדענים למדו שאיזוטרטינואין פועל על ידי שינוי הרכב המיקרוביום, הם עשויים לנסות ליצור תרופות אחרות עם אותה השפעה, אבל בתקווה בטוחות יותר - אחרי הכל, איזוטרטינואין יכול להוביל למומים מולדים בילדים אם אמהות נטלו את התרופה במהלך במהלך ההריון.

בַּגרוּת

מה אם אתה יכול לעשות יותר עם האימונים שלך פשוט על ידי השאלת חיידקי מעיים של ספורטאי? שאלה זו נשאלה על ידי מדענים מאוניברסיטת הרווארד. במשך שבועיים הם אספו דגימות צואה יומיות מ-15 רצים שהשתתפו במרתון בוסטון 2015 - החל שבוע לפני המרוץ והסתיימו שבוע לאחר מכן - והשוו אותן לדגימות צואה שנאספו מעשרה אנשים בקבוצת הביקורת גם מעל שניים. שבועות. לא פועל. החוקרים גילו שכמה ימים לאחר המרתון, הדגימות שנלקחו מהרצים הכילו יותר חיידקי ויונלה אטיפיקה מאלו מקבוצת הביקורת.

"התגלית הזו מסבירה הרבה, כי לווילונלה יש חילוף חומרים ייחודי: מקור האנרגיה האהוב עליה הוא לקטט, המלח של חומצת חלב", אומר אלכסנדר קוסטיץ' מהמרכז לחקר הסוכרת ג'וסלין ובית הספר לרפואה של הרווארד. "וחשבנו: אולי ויילונלה מפרקת את השריר לקטט בגוף הספורטאי?" ואם זה באמת כך, האם ניתן, על ידי הצגת הזנים שלו לאנשים רחוקים מספורט מקצועי, להגביר את הסיבולת שלהם?

אחר כך התמודדו המדענים עם עכברי מעבדה: ויילונלה, שבודדה מהצואה של אחד הרצים, הוזרקה ל-16 עכברים עם מיקרוביום תקין שנבדק לאיתור פתוגנים. לאחר מכן הנבדקים הונחו על הליכון ונאלצו לרוץ עד שהם מותשים. אותו הדבר נעשה עם 16 עכברי ביקורת; רק להם הזריקו חיידקים שאינם צורכים לקטט. כפי שהתברר, עכברים "נגועים" בווילונלה רצו הרבה יותר זמן מחיות ביקורת, מה שאומר, החוקרים מאמינים, שהמיקרוביום יכול למלא תפקיד קריטי בשמירה על הביצועים.

לדברי קוסטיך, הניסוי הזה הוא "דוגמה נפלאה למה שהסימביוזה נותנת לנו". ויילונלה משגשגת כאשר אדם, הנשא שלה, כתוצאה מפעילות גופנית מייצר לקטט, ממנו היא ניזונה, ובתמורה, מיטיבה עם האדם על ידי הפיכת לקטט לפרופיונאט, המשפיעה על תפקוד המארח, מכיוון שבין היתר., מגביר את התכווצויות התדירות של הלב ומשפר את חילוף החומרים בחמצן, וגם, אולי, מונע התפתחות דלקת בשרירים.

"נראה שסוג זה של מערכת יחסים עומד בבסיס רוב האינטראקציות בין בני אדם למיקרוביום", מסביר קוסטיך. "בסופו של דבר, הקשר ביניהם מועיל כל כך".

המיקרוביום עשוי להיות אחראי גם לתכונות הפחות נעימות של הטבע האנושי, כולל מצבים נפשיים כמו חרדה ודיכאון. בשנת 2016 פרסמו מדענים מהאוניברסיטה הלאומית של אירלנד בקורק את תוצאות מחקר על השפעת המיקרוביום על התפתחות דיכאון. החוקרים חילקו 28 חולדות מעבדה לשתי קבוצות. קבוצת הניסוי קיבלה השתלות של מיקרופלורה במעיים משלושה גברים הסובלים מדיכאון חמור, וקבוצת הביקורת - משלושה גברים בריאים.

התברר שמיקרוביום המעיים של אנשים שסובלים מדיכאון צלל לתוך דיכאון וחולדות. בהשוואה לחיות בקרה, הם הראו אובדן עניין בפעילויות שמביאות הנאה (בחולדות זה נקבע לפי התדירות שבה הם רוצים לשתות מים מתוקים), וחרדה מוגברת, המתבטאת ברצונם להימנע מאזורים פתוחים או לא מוכרים במעבדה. מָבוֹך.

בהתחשב בהבדל הגדול בין חולדות לבני אדם, החוקרים מציינים שהמחקר שלהם מספק ראיות חדשות לכך שמיקרוביום המעי עשוי למלא תפקיד בדיכאון. במוקדם או במאוחר, הם אומרים, עשוי לבוא היום שבו דיכאון והפרעות דומות אחרות ייאבקו, כולל על ידי מיקוד לחיידקים מסוימים בגוף האדם.

גיל מבוגר

המיקרוביום הוא גם גמיש וגם נוזל בו זמנית. המבנה הייחודי שלו נוצר במידה רבה עד גיל ארבע, ורק גורמים מאוד משמעותיים יכולים להשפיע עליו באמת - למשל, שינוי בתזונה, עוצמת הפעילות הגופנית או בילוי בחוץ, מעבר למקום מגורים חדש, השימוש של אנטיביוטיקה וכמה תרופות אחרות. עם זאת, במובן מסוים, המיקרוביום נמצא בתנופה מתמדת, משתנה בעדינות עם כל ארוחה. אצל מבוגרים, השינויים הללו כל כך צפויים שניתן לקבוע את גילך באופן גס רק על ידי היכרות עם מערך החיידקים החיים במעיים.

טכניקה זו, המכונה "קביעת גיל על ידי שעון המיקרוביום של ההזדקנות", מצריכה עזרה של בינה מלאכותית, כמו למשל בניסוי שערך לאחרונה הסטארט-אפ Insilico Medicine בהונג קונג. מדענים אספו מידע על המיקרוביום של 1165 אנשים מאירופה, אסיה וצפון אמריקה. שליש מהם היו בני 20-30, שליש נוסף - 40-50, והאחרון - בן 60-90.

מדענים, על ידי סימון גיל הנשאים שלהם, הכפיפו את הנתונים על 90 אחוז מהמיקרוביום ל"פרשנות ממוחשבת", ולאחר מכן יישמו את הדפוסים שזוהו על ידי בינה מלאכותית על המיקרוביום של עשרת האחוזים הנותרים מהאנשים שגילם לא סומן. ניתן היה לקבוע את גילם בטעות של ארבע שנים בלבד.

מה זה אומר "לערוך" את המיקרוביום שלך ולחיות בשלום? אבוי, אפילו חובבי מדעי המיקרוביום הגדולים אומרים שקשה להסיק מסקנות מדויקות לגבי הקשר בין המיקרוביום לבריאות האדם עד כה, ומתעקשים שיש לנקוט בזהירות רבה במעבר לטיפול בשתלים חיידקיים.

רבים מתלהבים כעת מהפוטנציאל של מיקרוביוטה לשמש כתרופה, אומר פול ווילמס מאוניברסיטת לוקסמבורג, ומציין שחברות תרופות מפתחות פרוביוטיקה חדשה כדי לאזן את המיקרוביום.

"לפני שנוכל באמת לעשות את זה נכון ומושכל", אומר ווילמס, "אנחנו צריכים להבין בפירוט מהו מיקרוביום בריא וכיצד בדיוק הוא משפיע על גוף האדם. אני חושב שאנחנו עדיין רחוקים מאוד מזה".

מיקרובים בתוכנו

• מעי גס - 38 קווינטיליון
• רובד - 1 קווינטיליון
• עור - 180 מיליארד
• רוק - 100 מיליארד
• מעי דק - 40 מיליארד
• קיבה - 9 מיליון

ראה את המיקרוביום

כל התמונות במאמר זה צולמו על ידי מרטין אגרלי באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק: הדגימות יובשו, רוססו עליהן אטומי זהב והונחו בתא ואקום. אורך הגל של קרן האלקטרונים של המיקרוסקופ קצר יותר מהאור הנראה, ולכן הקרן "מדגישה" את העצמים הקטנים ביותר, אך מחוץ לספקטרום הצבעים. חיידקים צבועים באגרלי, שצבעם ידוע, בצבעים אלו, במקרים אחרים הוא בחר במגוון אחר כדי שניתן יהיה להבחין בין חיידקים ותכונותיהם האופייניות.