Аз съм легион – част 2

Posted: February 22, 2015 in New Scientist

Червата, бидейки на фронтовата линия с населения с вредители външен свят, съдържат голямо количество имунна тъкан, която се учи да различава приятел от враг посредством взимане на проби от чревната флора. При мишките, които нямат микробиом, имунната тъкан се проваля в това да се развие правилно и в съответствие с това носи по-малко молекули, които усещат и реагират на заплахи от патогени.

Микробите по същество дори помагат оформянето на вътрешностите. Микровилите – тънки нишки, които формират вътрешната тъкан на червата и увеличават повърхността по протежение на която храната може да бъде абсорбирана, се развиват абнормално при мишки лишени от микробиом.

Открития като тези поддържат идеята, че нашите чревни микроби действат колективно, за да изградят един вътрешен свят, и по-скоро нещо като екстра орган с негови собствени функции. Но изследването на това как точно чревната микрофлора взаимодейства бяха трудни, тъй като множество от бактериите не се развиваха в лабораторни условия. Това като цяло се измени с въвеждането на технологиите на генома. Възможността да се извлече ДНК директно от пробите и да се развие, даде хляб за развитието на изследвания, които рисуват картината на това какво живее в нас, или поне в единия край, откъдето произлизат фекалните проби. Излиза, че нашите дебели черва са доминирани главно от два типа бактериални дивизии Firmicutes и Bacteroidetes, и малки количества Proteobacteria.

Малко количество от флората са гъби и протозои за които всъщност се знае малко. Същото се отнася и за вирусите, които се крият в червата ни, хранейки се с бактериите там. Става дума за почти непознати видове, които варират в голяма степен от човек до човек (Nature, vol 466, p 334).
Друг подход наречен метагеномика изучава на какво всъщност са способни тези микроби. За разлика от обикновените изследвания на геномиката, които се фокусират върху индивидуални организми, този засяга събирането на всички гени в дадена екосистема, за да се създаде глобален “метагеном” – нещо като списък с части, които са нужни за функционирането на тази екосистема.

Най-детайлният списък публикуван към днешна дата е публикуван през 2010 от MetaHIT – (Метагеномика на човешкият чревен тракт) – консорциум базиран в ЕС. Изследователите изучават фекални проби взети от 124 европейски зрели индивида и откриват впечатляващата цифра от 3.3 милиона различни микробиални гена, значещо че те превъзхождат нашия собствен човешки комплекс около 150 пъти (Nature, vol 464, p 59). Не всеки разполага със всичките микробиални гени, но при сравнение на участниците в изследването, екипът идентифицира комплекс от гени, които всички съвместяваме. Способен на повече от 6000 биохимични функции, този “минимален метагеном” представлява ядрото от гени, необходимо за оцеляването на цялата екосистема.

Та какво точно правят тези гени? Много от тях изглежда запълват метаболитни дупки в нашия собствен геном. Известно е например, че ние не сме в състояние да синтезираме достатъчно VitB или какъвто и да е VitK без помощта на чревната ни флора, но микробите имат и множество други полезни функции. За пример, те съдържат гени, които могат да конвертират сложни карбохидрати до по-прости молекули наричани късоверижни мастни киселини, важен енергиен източник покриващ между 5-15% от нуждите ни.

Други гени от ядрото на метагенома разрушават растителна целулоза и сложни захари като пектина, откриван в плодовете и зеленчуците, което ни позволява да се храним с, и усвояваме храни, с които иначе не бихме могли ако не бяха тези гени.

Идеята, че чревната флора има пасивна роля в регулирането на биохимията ни отдавна не седи на преден план. Джеръми Никълсън от Кралския Колеж в Лондон казва: “Убедени сме, че те са много, много активни“. Той открива, че чревният микробиом дори афектира способността ни да метаболизираме и отговаряме на болкоуспокояващото парацетамол (ацетаминофен)  (Процедури на National Academy of Sciences, vol 106,p 14728). Проекта MetaHIT открива, че микробиалните гени изглежда са въвлечени в това да метаболизират лекарства и други не-диетарни съставки, като например токсини и хранителни добавки. Така че навярно фармацевтичните компании, ще се наложи да имат впредвид както човешкия геном, така и микробиалния геном в разработката на нови лекарства. По този начин персонализираната медицина току-що стана изключително усложнена.
Става ясно и какво се случва, когато отношенията ни с чревната флора тръгнат зле. Сред участниците в проекта MetaHIT има група хора с възпалителни заболявания на червата като улцеративен колит и болест на Крон. Предишни изследвания показват, че тази група биха имали по-ниска диверсификация на бактериални видове в червата си.

Със сигурност е ясно, че тези в изследването MetaHIT притежават 25% по-малко микриобиални гени сравнено със здрави хора. Междувременно изследване при мишки показва, че баланаса между микробите в червата може да играе роля в развитието на диабет тип 2. Хората с болестта приютяват по-големи пропорции от бактериите Bacteroidetes вместо Firmicutes, изложено и публикувано в PLos One,vol 5, p ego85.

16632229-abstract-word-cloud-for-gut-flora-with-related-tags-and-terms

Чревната флора може да бъде асоциирана и с затлъстяването. Когато екипа воден от Джефри Гордън от Вашнгтонският Университет в Сейнт Луис взима за пример микроби от червата на слаби и затлъстели мишки и ги транслаплантира в чисти от бактерии мишки, той открива, че тези с микробиом на затлъстели животни качват значително повече тегло. (Nature, vol 444, p 1027). По-подробни изследвания показват, че микробиома на затлъстели хора показва по-голяма способност да усвоява енергия от храната (Obesity, vol 18, p190).

И тъй като тези асоцииации са по-скоро сугестивни, не е ясно дали нашата чревна микрофлора в действителност причинява здравословни проблеми или дали те (микробите) просто се променят като следствие. Системата е толкова сложна, че ще бъде много трудно да се докаже причинна връзка.  С повече успех, детайлни изследвания на структурата на микробиалните общности при здрави и болни индивиди, ще бъде стартова точка за разработването на терапии. Тук се включва лекарства, пробиотици, храни които променят поведението на нашите чревни екосистеми, а дори и фекални трансплантанти (New Scientist, 22 January,p 8). И това е само началото. Американският Проект на Човешкият Микробиом е подкрепен със $115 милиона. Целта му е да изучи микробиомите в червата и други места по тялото на 300 индивида. Проекта ще анализира над 12,000 проби и ще изследва заболявания като Болестта на Крон и некротизиращите ентероколити.
Междувременно, други изследователи се питат дали има налице връзки с микробната флора, които могат да подпомогнат обяснението защо затлъстяването, диабета, автоимунните заболявания и определени видове рак са във възхода си сред западните общества. Възможно ли е нашият модерен начин на живот да има вредни ефекти върху екологията на микробиома ни? Според Никълсън – “Изложени сме на всичките тези видове странни и чудесни храни, които сме нямали преди, а и околната ни среда е много по-чиста. И това не е всичко, тенденцията ни да използваме прекомерно количество антибиотици, може би оказва продължително и вредно въздействие върху микробиома ни.”
Наскоро публикувано изследване показа, че композицията на чревната ни флора се променя драматично в отговор на курс от антибиотици, преди да започне да се възстановява в рамките на седмица (Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 108, p 4554). “Най-често се съвзема, но не изцяло,” казва Лес Детлефсън от Университета в Станфорд, член на изследователският екип. Той спекулира, че повтарящи се нарушения в екологичният баланс на чревния микробиом, биха могли перманентно да изменят функционирането на екосистемата – изменение, което впоследствие би се предало от родител на дете. “Всеки път, когато смущаваме общността, е като хвърляне на зарове“.

Работата върху това, какво точно означава всичко, не на последно място и ненарушаването на зашеметяващо сложните отношение между нас, нашите микроби и всички участници на нашите геноми е една от най-взискателните задачи изправена пред лицето на днешните биолози. Така, че може би разплитането на тези заплетени сложни комплексни въпроси ще изисква и кооперация между различни по обхват дисциплини, оформящо и научен суперорганизъм казано в аспекта на статията.

n00bscientist.wordpress.com agrees to indemnify RBI and New Scientist against any claim arising from incorrect or misleading translation.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s