كوينتيليون من الميكروبات في الإنسان تحدد جوهرنا

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

كلما زاد عدد العلماء الذين يدرسون الميكروبات التي تعيش في جسم الإنسان ، زاد معرفتهم بالتأثير القوي لهذه الفتات على مظهرنا وسلوكنا ، وحتى على طريقة التفكير والشعور.

هل تعتمد الفيروسات والبكتيريا والفطريات وحيدة الخلية والكائنات الحية الأخرى التي تعيش في الرئتين والأمعاء والجلد ومقل العيون حقًا على صحتنا ورفاهيتنا؟ أليس من الغريب أن نصدق أن الكائنات المجهرية التي نحملها في أنفسنا وعلى أنفسنا ، تحدد جوهرنا من نواح كثيرة؟

قد يكون تأثير الميكروبيوم - هذا هو اسم حديقة الحيوانات الصغيرة - أساسيًا بالفعل في المراحل الأولى من التطور.

تُظهر إحدى الدراسات ، التي نُشرت نتائجها العام الماضي ، أنه حتى الصفة التي تبدو فطرية مثل مزاج الرضيع يمكن أن تعتمد على ما إذا كانت غالبية البكتيريا في أمعائه تنتمي إلى نفس الجنس: فكلما زاد عدد البكتيريا المشقوقة ، كان الطفل أكثر بهجة..

تستند الاستنتاجات التي توصلت إليها آنا كاترينا أاتسينكي وزملاؤها في جامعة توركو في فنلندا إلى تحليل عينات براز من 301 طفل. هؤلاء الأطفال الذين لديهم المزيد من البكتيريا المشقوقة في شهرين كانوا أكثر عرضة لإظهار "المشاعر الإيجابية" ، كما قرر الباحثون ، في عمر ستة أشهر.

بدأت دراسة الميكروبيوم مؤخرًا نسبيًا - في الواقع ، منذ 15 عامًا فقط. وهذا يعني أن معظم الأبحاث التي تم إجراؤها حتى الآن كانت أولية ومتواضعة في نطاقها ، ولم تشمل سوى عشرات الفئران أو البشر. لقد وجد العلماء علاقة محددة بين حالة الميكروبيوم والأمراض المختلفة ، لكنهم لم يتمكنوا بعد من تحديد علاقات السبب والنتيجة الواضحة بين سكان معينين في "عالم داخلي" مكتظ بالسكان لشخص ما وصحته.

حتى عدد هؤلاء السكان مذهل: يُعتقد اليوم أن حوالي 38 كوينتيليون (1012) ميكروب تعيش في جسم شاب عادي - وهذا أكثر من خلاياه البشرية. إذا تعلمنا أن نفهم كيفية التخلص من هذه - ثروتنا - فسوف تفتح أمامنا آفاق رائعة.

وفقًا للمتفائلين ، سيصبح من الشائع في المستقبل القريب حقن شخص بمجمعات صحية من الميكروبات في شكل مواد حيوية (مركبات تعمل كركيزة يمكن للبكتيريا المفيدة أن تتكاثر عليها) أو البروبيوتيك (هذه البكتيريا نفسها) أو عن طريق البراز زرع (زرع ميكروبيوم معوي غني من المتبرعين) - حتى يشعر بصحة جيدة.

عندما يتحدث الناس عن الميكروبيوم ، فإنهم يقصدون أساسًا سكان الجهاز الهضمي ، الذين يشكلون 90 بالمائة من الكائنات الحية الدقيقة لدينا. ومع ذلك ، فإن أعضاء أخرى تعج بالحياة: فالميكروبات تملأ أي جزء من الجسم يكون على اتصال بالعالم الخارجي: العيون ، الأذنين ، الأنف ، الفم ، الشرج ، الجهاز البولي التناسلي. بالإضافة إلى ذلك ، توجد الجراثيم على أي قطعة من الجلد ، خاصة في منطقة الإبط والعجان وبين أصابع القدم وفي السرة.

وإليك الأمر المدهش حقًا: كل منا لديه مجموعة فريدة من الميكروبات لا يمتلكها أي شخص آخر. اليوم ، وفقًا لروب نايت من مركز ابتكار الميكروبيوم بجامعة كاليفورنيا (سان دييغو) ، يمكن القول بالفعل أن احتمال وجود شخصين لهما نفس مجموعة الأنواع في الميكروبيوم يقترب من الصفر. قال نايت إن تفرد الميكروبيوم يمكن استغلاله في الطب الشرعي. يشرح قائلاً: "كل من لمس شيئًا ما يتم تتبعه بواسطة" بصمة "الميكروبيوم التي تُترك على جلد الشخص".حسنًا ، يومًا ما ، سيبدأ المحققون ، الذين يبحثون عن أدلة ، في جمع عينات من الميكروبات التي تعيش على الجلد ، تمامًا كما يفعلون اليوم لبصمات الأصابع.

في هذه المقالة ، سوف نشارك بعض الاكتشافات الهامة التي توصل إليها العلماء الذين درسوا الميكروبيوم وكيف يؤثر علينا من الطفولة إلى الشيخوخة.

الطفولة

يكون الجنين في الرحم عقيمًا عمليًا. يقابل خلال قناة الولادة عددًا لا يحصى من البكتيريا. أثناء الولادة الطبيعية ، يتم "غسل" الطفل بالميكروبات التي تعيش في المهبل ؛ بالإضافة إلى ذلك ، فإن البكتيريا المعوية للأم تصاب به. تبدأ هذه الميكروبات على الفور في العيش في أمعائها ، والدخول في نوع من التواصل مع جهاز المناعة النامي. لذلك ، في المراحل الأولى من وجوده ، يعد الميكروبيوم جهاز المناعة ليعمل بشكل صحيح في المستقبل.

إذا ولد الطفل من خلال عملية قيصرية ، فلا يوجد اتصال ببكتيريا الأم ، والكائنات الحية الدقيقة الأخرى تستعمر أمعائه - من جلد الأم ومن حليب الأم ، ومن يد ممرضة ، وحتى من كتان المستشفى. يمكن لمثل هذا الميكروبيوم الأجنبي أن يعقد حياة الشخص المستقبلية بأكملها.

في عام 2018 ، نشر بول ويلمز من مركز طب الأنظمة بجامعة لوكسمبورغ نتائج دراسة أجريت على 13 طفلاً مولودًا بشكل طبيعي و 18 طفلًا ولدوا جراحيًا. حلل ويلمز وزملاؤه براز الأطفال حديثي الولادة وأمهاتهم ، وكذلك المسحات المهبلية للنساء في المخاض. كان لدى "القيصريات" عدد أقل بكثير من البكتيريا التي تنتج عديدات السكاريد الدهنية وبالتالي تحفز تطور جهاز المناعة. لم يتبق سوى القليل من هذه الميكروبات لمدة خمسة أيام على الأقل بعد الولادة - وهذا ، وفقًا لويلمز ، كافٍ ليؤدي إلى عواقب طويلة الأمد على المناعة.

بعد مرور بعض الوقت ، عادةً بحلول عيد الميلاد الأول ، تكتسب ميكروبات الأطفال في كلا المجموعتين أوجه تشابه. ومع ذلك ، وفقًا لويلمز ، فإن الاختلاف الذي لوحظ في الأيام الأولى من الحياة يعني أنه في جسم الأطفال المولودين بعملية قيصرية ، قد لا يمر التحصين الأولي ، حيث تتعلم الخلايا المناعية الاستجابة بشكل صحيح للتأثيرات الخارجية. ربما يفسر هذا سبب احتمال إصابة هؤلاء الأطفال بمجموعة متنوعة من المشكلات المتعلقة بوظيفة الجهاز المناعي ، بما في ذلك الحساسية والالتهابات والسمنة. وفقًا لويلمز ، ربما في المستقبل ، سيتم إعطاء "القيصريات" البروبيوتيك ، الذي تم إنشاؤه على أساس سلالات بكتيريا الأم ، من أجل ملء نظامهم الهضمي بالميكروبات المفيدة.

طفولة

أصبحت الحساسية الغذائية شائعة لدرجة أن بعض المدارس فرضت قيودًا على الطعام الذي يمكن للأطفال تناوله من المنزل (على سبيل المثال ، لا يُسمح لهم بإحضار ألواح الفول السوداني أو شطائر المربى) حتى لا يصاب بعض زملائهم بالحساسية. في الولايات المتحدة ، يعاني 5.6 مليون طفل من الحساسية الغذائية ، أي أن هناك ما لا يقل عن اثنين إلى ثلاثة من هؤلاء الأطفال في كل فصل.

تم الاستشهاد بمجموعة متنوعة من الأسباب التي يمكن أن تؤدي إلى انتشار الحساسية ، بما في ذلك زيادة عدد الأطفال الذين يولدون بعملية قيصرية ، والإفراط في استخدام المضادات الحيوية التي يمكن أن تقضي على البكتيريا التي تحمينا. قررت كاثرين ناجلر وزملاؤها في جامعة شيكاغو اختبار ما إذا كان انتشار الحساسية الغذائية بين الأطفال مرتبطًا بتكوين الميكروبيوم لديهم. في العام الماضي ، نشروا نتائج دراسة شملت ثمانية أطفال في سن ستة أشهر ، نصفهم لديهم حساسية من حليب البقر. اتضح أن الميكروبيومات لممثلي المجموعتين مختلفة تمامًا: في أمعاء الأطفال الأصحاء ، كانت هناك بكتيريا نموذجية لنمو الأطفال بشكل صحيح في سنهم ، وتم العثور على بكتيريا أكثر تميزًا لدى البالغين في أولئك الذين يعانون من الأبقار. حساسية الحليب.

وقال ناجلر إن الانتقال البطيء عادة من ميكروبيوم الطفولة إلى مرحلة البلوغ "يحدث بمعدل غير طبيعي" في الأطفال المصابين بالحساسية.

قامت ناجلر وزملاؤها بزرع (باستخدام عمليات زرع البراز) البكتيريا المعوية لأطفالهم في الفئران التي ولدت بعملية قيصرية وترعرعت في ظروف معقمة ، أي خالية تمامًا من الميكروبات. اتضح أن الفئران التي تم زرعها من أطفال أصحاء فقط لم تظهر رد فعل تحسسي تجاه حليب البقر. وقد أصيب آخرون ، مثل المتبرعين بهم ، بالحساسية.

أظهرت دراسات أخرى أن الدور الرئيسي في حماية المجموعة الأولى من الفئران ، على ما يبدو ، لعبت به بكتيريا من نوع واحد موجود فقط في الأطفال: Anaerostipes caccae من مجموعة Clostridia. وجدت ناجلر وزملاؤها في إحدى الدراسات أن كلوستريديا تمنع أيضًا الحساسية من الفول السوداني.

يأمل ناجلر ، الرئيس والمؤسس المشارك لشركة الأدوية الناشئة ClostraBio ومقرها شيكاغو ، في اختبار الإمكانات العلاجية لـ Anaerostipes caccae في فئران المختبر ثم في الأشخاص الذين يعانون من الحساسية. كانت المهمة الأولى هي العثور على مكان في الأمعاء حيث يمكن أن تهبط مجموعة من البكتيريا المفيدة. يقول ناجلر إنه حتى في الميكروبيوم غير الصحي ، فإن جميع المنافذ ممتلئة بالفعل ؛ لكي تترسخ Clostridia في مكان جديد ، تحتاج إلى طرد السكان السابقين. لذلك ، ابتكر ClostraBio عقارًا يزيل مكانة معينة في الميكروبيوم. "يصفها" ناجلر وزملاؤه الفئران ، ثم يحقنونها بعدة أنواع من المطثيات ، بالإضافة إلى الألياف الغذائية التي تعزز تكاثر الميكروبات. يأمل Nagler في بدء التجارب السريرية البشرية على Clostridia خلال العامين المقبلين ، وفي النهاية صنع دواء للأطفال الذين يعانون من الحساسية الغذائية.

يمكن أيضًا أن ترتبط ميكروبات الأمعاء بأمراض أخرى لدى الأطفال ، بما في ذلك مرض السكري من النوع الأول. في أستراليا ، حلل العلماء عينات براز من 93 طفلاً عانى أقاربهم من مرض السكري ، ووجدوا أن أولئك الذين أصيبوا بالمرض لاحقًا زادت مستويات الفيروس المعوي أ في برازهم. ومع ذلك ، فإن أحد المجربين ، دبليو إيان ليبكين من Meilmanovskaya تحذر كلية الصحة العامة بجامعة كولومبيا زملائها من القفز إلى استنتاجات مفادها أن أسباب بعض الأمراض ترجع فقط إلى الاختلافات في الميكروبيوم. يقول: "كل ما نعرفه على وجه اليقين هو أن بعض الميكروبات مرتبطة بطريقة ما بأمراض معينة".

لا يزال ليبكين متحمسًا لمستقبل علم الميكروبيوم. وفقًا لتوقعاته ، على مدار الخمسين عامًا القادمة ، سيكشف العلماء عن آلية تأثير الميكروبيوم على الجسم ويبدأون التجارب السريرية على البشر من أجل إظهار كيف يمكن تحسين الصحة عن طريق "تعديل" الميكروبيوم.

شباب

كثير من المراهقين لديهم استعداد للإصابة بحب الشباب - ويبدو أن هناك ظاهرة تسمى "الميكروبيوم الدهني". ترحب بشرة الرجال بشكل خاص بسلالتين من بكتيريا Cutibacterium acnes المرتبطة بحب الشباب. معظم سلالات هذه البكتيريا آمنة أو مفيدة لأنها تمنع نمو الميكروبات المسببة للأمراض ؛ في الواقع ، تعد هذه البكتيريا مكونًا رئيسيًا في ميكروبيوم الوجه والرقبة الطبيعي.

ومع ذلك ، فإن السلالة السيئة يمكن أن تسبب الكثير من الضرر: فوجودها ، وفقًا لأماندا نيلسون ، أخصائية الأمراض الجلدية في كلية الطب بجامعة بنسلفانيا ، هو أحد المتطلبات الأساسية لتطور الالتهاب. من بين الأسباب الأخرى لتطور المرض ، يطلق العلماء على الزهم (التي تنتجها الغدد الدهنية لترطيب الجلد) ، والتي تعمل بمثابة أرض خصبة لعدوى حب الشباب ، وبصيلات الشعر والميل إلى الالتهاب. كل هذا يعمل معًا ، ووفقًا لنيلسون ، لا نعرف حتى الآن أيهما أكثر أهمية.

قام الباحثون في كلية الطب بجامعة واشنطن بفحص ميكروبيوم الغدد الدهنية ووجدوا أن العلاج الوحيد طويل الأمد لحب الشباب ، وهو الإيزوتريتينوين (المعروف بأسماء تجارية مختلفة) ، يعمل جزئيًا عن طريق تغيير ميكروبيوم الجلد ، مما يزيد من التنوع الشامل لحب الشباب. الميكروبات ، من بينها أصعب أن تتجذر السلالات الضارة.

الآن بعد أن تعلم العلماء أن الإيزوتريتنون يعمل عن طريق تغيير تركيبة الميكروبيوم ، فقد يحاولون صنع أدوية أخرى بنفس التأثير ، ولكن نأمل أن تكون أكثر أمانًا - بعد كل شيء ، يمكن أن يؤدي الإيزوتريتينوين إلى تشوهات خلقية عند الأطفال إذا تناولت الأمهات الدواء أثناء أثناء الحمل.

نضج

ماذا لو كان بإمكانك فعل المزيد في التدريبات الخاصة بك ببساطة عن طريق استعارة ميكروبات أمعاء رياضي؟ طرح هذا السؤال علماء من جامعة هارفارد. لمدة أسبوعين ، جمعوا عينات براز يومية من 15 عداءًا شاركوا في ماراثون بوسطن عام 2015 - بدءًا من أسبوع قبل السباق وانتهاءً به بعد أسبوع - وقارنوها بعينات البراز التي تم جمعها من عشرة أشخاص في المجموعة الضابطة أيضًا أكثر من اثنين. أسابيع. لا تعمل. وجد الباحثون أنه بعد أيام قليلة من سباق الماراثون ، احتوت العينات المأخوذة من العدائين على عدد من البكتيريا Veillonella atypica أكثر بكثير من تلك الموجودة في المجموعة الضابطة.

يقول ألكسندر كوستيتش من مركز جوسلين لأبحاث السكري وكلية الطب بجامعة هارفارد: "هذا الاكتشاف يفسر كثيرًا ، لأن Veilonella لديها عملية أيض فريدة: مصدر الطاقة المفضل لديها هو اللاكتات ، ملح حمض اللاكتيك". "وفكرنا: ربما يحلل Veilonella لاكتات العضلات في جسم الرياضي؟" وإذا كان الأمر كذلك حقًا ، فهل من الممكن ، من خلال تقديم سلالاتها لأشخاص بعيدًا عن الرياضات الاحترافية ، زيادة قدرتهم على التحمل؟

ثم تناول العلماء فئران التجارب: تم حقن فيلونيلا ، المعزول من براز أحد العدائين ، في 16 فأرًا بميكروبيوم طبيعي تم اختباره بحثًا عن مسببات الأمراض. ثم وُضعت الموضوعات على جهاز الجري وأجبروا على الجري حتى الإرهاق. تم عمل نفس الشيء مع 16 فأرة تحكم. فقط تم حقنها ببكتيريا لا تستهلك اللاكتات. كما اتضح ، فإن الفئران "المصابة" بـ Veilonella ركضت لفترة أطول بكثير من الحيوانات الضابطة ، مما يعني ، كما يعتقد الباحثون ، أن الميكروبيوم يمكن أن يلعب دورًا مهمًا في الحفاظ على الأداء.

وفقًا لكوستيتش ، تعد هذه التجربة "مثالًا رائعًا لما يعطينا التعايش". يزدهر Veilonella عندما ينتج الشخص ، الناقل له ، نتيجة للنشاط البدني ، اللاكتات ، الذي يتغذى عليه ، وبالتالي يفيد الشخص عن طريق تحويل اللاكتات إلى بروبيونات ، مما يؤثر على أداء المضيف ، وذلك من بين أمور أخرى ، يزيد من تقلصات القلب المتكررة ويحسن التمثيل الغذائي للأكسجين ، وربما يمنع أيضًا تطور الالتهاب في العضلات.

يوضح Kostich: "يبدو أن هذا النوع من العلاقة يكمن وراء معظم التفاعلات بين البشر والميكروبيوم". "في النهاية ، العلاقة بينهما مفيدة للغاية."

قد يكون الميكروبيوم أيضًا مسؤولاً عن السمات الأقل إرضاءً للطبيعة البشرية ، بما في ذلك الحالات العقلية مثل القلق والاكتئاب. في عام 2016 ، نشر علماء من جامعة أيرلندا الوطنية في كورك نتائج دراسة عن تأثير الميكروبيوم على تطور الاكتئاب. قسم الباحثون 28 جرذًا معملًا إلى مجموعتين. تلقت المجموعة التجريبية عمليات زرع النبيت الجرثومي المعوي من ثلاثة رجال يعانون من اكتئاب حاد ، والمجموعة الضابطة - من ثلاثة رجال أصحاء.

اتضح أن ميكروبيوم أمعاء الأشخاص الذين يعانون من الاكتئاب انغمسوا في الاكتئاب والفئران. مقارنةً بالحيوانات الضابطة ، فقد أظهروا فقدان الاهتمام بالأنشطة التي تجلب المتعة (في الجرذان يتم تحديد ذلك من خلال عدد المرات التي يريدون فيها شرب الماء الحلو) ، وزيادة القلق ، الذي أعربوا عنه في رغبتهم في تجنب المناطق المفتوحة أو غير المألوفة في المختبر متاهة.

بالنظر إلى الاختلاف الكبير بين الجرذان والبشر ، لاحظ الباحثون أن دراستهم تقدم دليلًا جديدًا على أن ميكروبيوم الأمعاء قد يلعب دورًا في الاكتئاب. يقولون إن عاجلاً أم آجلاً ، قد يأتي اليوم الذي سيتم فيه مكافحة الاكتئاب وغيره من الاضطرابات المماثلة ، بما في ذلك استهداف بكتيريا معينة في جسم الإنسان.

كبار السن

يتميز الميكروبيوم بالمرونة والسوائل في نفس الوقت. يتشكل هيكلها الفريد إلى حد كبير في سن الرابعة ، ولا يمكن إلا لعوامل مهمة جدًا أن تؤثر عليه حقًا - على سبيل المثال ، تغيير في النظام الغذائي ، أو كثافة النشاط البدني أو الوقت الذي يقضيه في الهواء الطلق ، والانتقال إلى مكان إقامة جديد ، والاستخدام المضادات الحيوية وبعض الأدوية الأخرى. ومع ذلك ، بمعنى ما ، فإن الميكروبيوم في حالة تدفق مستمر ، يتغير بمهارة مع كل وجبة. عند البالغين ، يمكن التنبؤ بهذه التغييرات بحيث يمكن تحديد عمرك تقريبًا من خلال التعرف على مجموعة البكتيريا التي تعيش في الأمعاء.

تتطلب هذه التقنية ، المعروفة باسم "تحديد العمر بواسطة ساعة الميكروبيوم للشيخوخة" ، مساعدة الذكاء الاصطناعي ، كما هو الحال في تجربة أجرتها مؤخرًا شركة إنسيليكو ميديسن الناشئة ومقرها هونغ كونغ. جمع العلماء معلومات عن ميكروبات 1165 شخصًا من أوروبا وآسيا وأمريكا الشمالية. ثلثهم تتراوح أعمارهم بين 20-30 سنة ، والثلث الآخر - 40-50 ، والأخير - 60-90 سنة.

قام العلماء ، من خلال تحديد عمر حاملاتهم ، بتعريض البيانات الموجودة على 90٪ من الميكروبيوم لـ "تفسير الكمبيوتر" ، ثم طبقوا الأنماط التي تم تحديدها بواسطة الذكاء الاصطناعي على الميكروبيومات الخاصة بنسبة العشرة بالمائة المتبقية من الأشخاص الذين لم يتم تحديد أعمارهم. كان من الممكن تحديد أعمارهم بخطأ أربع سنوات فقط.

ماذا يعني "تعديل" الميكروبيوم الخاص بك والعيش في سلام؟ للأسف ، حتى أكبر المتحمسين لعلوم الميكروبيوم يقولون إنه من الصعب استخلاص استنتاجات دقيقة حول العلاقة بين الميكروبيوم وصحة الإنسان حتى الآن ، ويصرون على ضرورة توخي الحذر الشديد في الانتقال إلى العلاج باستخدام الطعوم البكتيرية.

يقول بول ويلمز من جامعة لوكسمبورغ ، إن الكثيرين يهتمون الآن بإمكانية استخدام الجراثيم كدواء ، مشيرًا إلى أن شركات الأدوية تطور بروبيوتيكات جديدة لموازنة الميكروبيوم.

يقول ويلمز: "قبل أن نتمكن من فعل ذلك حقًا بشكل صحيح وذكاء ، نحتاج إلى أن نفهم بالتفصيل ماهية الميكروبيوم الصحي وكيف يؤثر بالضبط على جسم الإنسان. اعتقد اننا ما زلنا بعيدين جدا عن ذلك ".

الميكروبات بداخلنا

• القولون - 38 كوينتيليون
• لوحة - 1 كوينتيليون
• الجلد - 180 مليار
• اللعاب - 100 مليار
• الأمعاء الدقيقة - 40 مليار
• معدة - 9 مليون

رؤية الميكروبيوم

التقط Martin Eggerly جميع الصور في هذه المقالة باستخدام مجهر إلكتروني مسح: تم تجفيف العينات ورش ذرات الذهب عليها ووضعها في غرفة مفرغة. الطول الموجي لشعاع الإلكترون للميكروسكوب أقصر من الضوء المرئي ، لذلك فإن الشعاع "يسلط الضوء" على الأشياء الأصغر ، ولكن خارج نطاق الألوان. الميكروبات المصبوغة بشكل كبير والتي يعرف لونها بهذه الألوان ، وفي حالات أخرى اختار سلسلة مختلفة بحيث يمكن تمييز الميكروبات وخصائصها المميزة.