Роб Найт Як наші мікроби роблять нас тими, ким ми є TED Обговорення субтитрів та розшифровка TED
Здоров’я нашого тіла завжди було для нас важливим, але ми не завжди знали, що важливо. Візьмемо, наприклад, стародавніх єгиптян, які зберегли певні частини тіла для потойбічного життя, вилучаючи інші частини, наприклад, цю. Ретельно зберігаючи шлунок, легені, печінку тощо, вони розчленували мозок, витягли його через ніс і викинули. Це також має сенс, кому потрібен мозок? Що, якби у нас був якийсь занедбаний орган, такої ж ваги, як і мозок, і, дещо, настільки ж індивідуально характерний, але який ми ледь розуміємо і, отже, недооцінюємо? Чи можуть нові дані свідчити про те, що цей орган є критично важливим для нас, чи не хотіли б ви дізнатись більше про нього? Насправді у нас є щось подібне: наш кишечник - точніше, його мікроби. Важливими є не тільки кишкові мікроби,
швидше, мікроби у всьому тілі впливають на багато наших відмінних рис. Наприклад, деяких з нас комарі кусають набагато частіше за інших. Дійсно, ця легенда про похід є правдивою. Комарі мене кусають Б. рідко, але моя партнерка Аманда приваблює цілі рої. Причиною є різні мікроби шкіри
та виділяються ними речовини, які сприймаються комарами. Крім того, мікроби дуже важливі з медичної точки зору. Ось так наші мікроби в кишечнику вирішують, чи є певні знеболюючі засоби токсичними для печінки, чи препарат виліковує серцеві захворювання.
У плодових мух мікроби вирішують, з ким займатися сексом. Ми ще не довели цього на людях, але це може бути лише питанням часу. (Сміх) Мікроби виконують безліч функцій. Вони підтримують наше травлення, стимулюють нашу імунну систему та допомагають боротися з хворобами,
і, можливо, вони навіть впливають на нашу поведінку. Як виглядає карта всіх цих асоціацій мікробів? Не зовсім як цей, який насправді ілюструє його біорізноманіття. Різні регіони нашого світу характеризуються характерними ландшафтами та організмами, як показано в цих 3 прикладах. Мікробіологія схожа, хоча я повинен визнати, що всі мікроби виглядають однаково під мікроскопом. Замість того, щоб визначити його візуально, ми розглядаємо його послідовність ДНК. У рамках "Проекту мікробіомів людини", що фінансується НІГ зі 155 мільйонів євро, сотні дослідників об'єднуються, щоб скласти карти As, Ts, Gs і Cs всіх мікробів людини. Загалом, це виглядає так. Важко сказати, хто де живе, правда?
Моя лабораторія розробляє автоматизовані технології, щоб привести терабайти послідовностей ДНК у чітку форму. Дані про мікробіом людини від 250 здорових добровольців виглядають так. Кожна точка представляє всі складні мікроби у цілій мікробній асоціації. Я відповів так, вони всі однаково виглядають. Кожна точка означає мікробну асоціацію ділянки тіла здорового учасника. Ви бачите різні області дисплея різними кольорами, майже як окремі континенти. У різних частинах тіла є різні мікроби. Тут ми маємо ротову флору зеленого кольору; шкірна флора навпроти синього кольору; вагінальна флора у фіолетовій, а внизу кишкова флора у коричневій. Лише за останні кілька років ми з’ясували, що мікроби в різних частинах тіла дуже різні. Якщо порівняти мікроби в роті та кишечнику людини, можна виявити величезні відмінності між цими мікробними асоціаціями. Різниця більша, ніж між мікробами на цьому рифі та в цій прерії. Це досить чудово. Відстань у півметрі в людському тілі показує більші мікробіологічні відмінності, ніж сотні кілометрів на землі.
Крім того, бактерії в одних і тих же регіонах тіла різні у кожної людини. Ви точно знаєте, що всі люди мають дуже схожу ДНК. Ваша ДНК на 99,99% ідентична людині, яка сидить поруч з вами. Це не стосується вашої кишкової флори; що відповідає лише 10% з кишковою флорою вашого сусіда. Це відповідає різниці між бактеріями у цій прерії та цьому лісі.
Як уже згадувалося, різні мікроби мають різні функції: перетравлення їжі, вплив на різні захворювання, розщеплення наркотиків тощо. Але як вони все це роблять? Наші кишкові мікроби важать лише 1,5 кг, але вони перевищують нас. Скільки вони в більшості? Це залежить від того, як ми визначаємо своє тіло. Візьмемо клітини. Кожен з нас складається приблизно з 10 трильйонів клітин, тоді як ми вміщуємо до 100 трильйонів мікробних клітин. Отже, ви на 10: 1 перевершуєте нас. Або ми говоримо, що людська ДНК формує нас. Кожен з нас має близько 20 000 генів, залежно від того, як ви рахуєте, і від 2 до 20 мільйонів мікробних генів. Як би ти на це не дивився, наші мікробні симбіонти значно перевершені. Ми залишаємо не тільки ДНК людини, але і мікробну ДНК, на всьому, до чого ми торкаємось.
Кілька років тому ми показали у своєму дослідженні, що долоню людини можна призначити її регулярно використовуваній комп’ютерній миші з точністю 95%. Це було науково опубліковано кілька років тому, а також з’явилося у серії "CSI: Маямі", тоді це має бути правдою. (сміятися)
Звідки насправді беруться наші мікроби? Якщо у вас, як і у мене, є собаки та діти, у вас неодмінно будуть погані припущення, до речі, все це правда. Не тільки мікроби у вашому комп’ютерному обладнанні відповідають вам, але й вашим собакам. Однак мікробні асоціації у дорослих відносно стабільні, і навіть якщо ви живете з кимось, ви можете зберігати свою мікробну ідентичність тижнями, місяцями, навіть роками.
Наші перші мікробні асоціації визначаються способом народження. У немовлят, що народилися, зазвичай є мікроби піхви піхви, тоді як у дітей, народжених шляхом кесаревого розтину, є мікроби шкіри. Можливо, існує зв’язок між проблемами здоров’я та пологами шляхом кесаревого розтину. Наприклад, збільшення кількості випадків астми, алергії та навіть ожиріння пов’язано з мікробами. Донедавна ссавці народжувались лише через родові шляхи. Відсутність цих захисних мікробів, з якими ми еволюціонували, може бути причиною різних симптомів, пов’язаних з мікробіомом.
Коли кілька років тому моя дочка народилася шляхом екстреного кесаревого, ми вирішили піддавати її тіло вагінальній флорі, як у випадку природних пологів. Важко сказати, чи це вплинуло на їхнє здоров’я. Навіть якщо ми їх любимо, їхні окремі випадки не дозволяють загальних тверджень. Їй зараз 2 роки, і вона ще не перенесла вушну інфекцію. Давайте стискати пальці. Зараз ми вивчаємо більше дітей у клінічних дослідженнях і перевіряємо, чи має це, як правило, захисний ефект.
Тип народження визначає наших перших мікробів.
Що далі після цього? Ось дані проекту “Мікробіом людини” знову. Кожна точка представляє область тіла одного з 250 здорових дорослих учасників. Ви знаєте, як діти розвиваються фізично та розумово. Тут ви вперше можете побачити, як дитина мого колеги розвивається мікробно. Ми бачимо, як мікроби стільця цієї дитини, флора кишечника, змінюються з інтервалом в тиждень протягом майже 2½ років. Починаючи з першого дня, жовтої точки, ми вперше бачимо вагінальну флору, як і слід було очікувати від народження. Протягом 2½ року він рухається вниз і в кінці нагадує кишкову флору здорової дорослої людини. Ось і ми. Дивіться, що відбувається. Кожному стрибку відповідає тиждень.
Тижнева зміна мікробів в калі у цієї дитини перевищує різницю між здоровими дорослими, когорта проекту “Мікробіом людини”, показана коричневим кольором нижче. Як бачите, зараз вона досягає кишкової флори дорослої людини. Пройшло вже близько 2 років. Зараз трапляється щось чудове: через вушну інфекцію йому дають антибіотики, а це супроводжується величезною зміною його кишкової флори, яка швидко приходить в норму. Я покажу тобі ще раз. Протягом цих кількох тижнів ми бачимо сильну невдачу, більшу, ніж за місяці розвитку, яка негайно знову нормалізується. До 838-го дня, в кінці відео, у нього була кишкова флора здорової дорослої людини, незважаючи на вплив антибіотика.
Це дуже цікаво, оскільки порушує фундаментальні питання. Який вплив мають антибіотики на дітей? Яку роль відіграє вік? Чи є лікування для маленьких дітей критичним, оскільки мікробіом змінюється так сильно, чи це все одно, що кинути камінь у бурхливе море, де рухомі кола розмиваються хвилями? Якщо немовляти лікують антибіотиками протягом перших 6 місяців, вони частіше страждають ожирінням пізніше, ніж без або після подальшого лікування. Вважається, що ефект від раннього лікування на кишкову флору та здоров’я в подальшому величезний, і досі недостатньо вивчений. Це вражає. Антибіотики не тільки викликають стійкі бактерії, що є важливою проблемою, але вони також можуть знищити нашу кишкову флору. Слід побоюватися, що одного разу ми будемо зневажати антибіотики, а також металеві інструменти, що використовувались древніми єгиптянами для розчленування мозку трупів до того, як їх муміфікували.
Я згадав усі важливі функції мікробів. Протягом останніх кількох років вони були пов’язані з широким спектром захворювань, включаючи запальні захворювання кишечника, хвороби серця, рак товстої кишки і навіть ожиріння. Вважається, що на ожиріння це сильно впливає. Огляд кишкової флори сьогодні може передбачити на 90%, страждає людина ожирінням чи ні. Це вражає, але незначно як медичний тест, оскільки людей з ожирінням можна розпізнати, не аналізуючи їх кишкової флори. Але навіть послідовність повного геному, ДНК людини, передбачала б ожиріння лише з 60% ймовірністю. Вражає, чи не так? 1,5 кг мікробів, які ми переносимо, важливіші для деяких захворювань, ніж будь-який ген нашого геному.
Набагато більше можливо у мишей. Різні захворювання пов’язані з мікробами у мишей, включаючи наступні. Розсіяний склероз, депресія, аутизм та ожиріння. Але чи є мікробні відмінності причиною чи наслідком цих захворювань? Щоб це пояснити, ми можемо вирощувати мишей у стерильних умовах без власних мікробів. Тоді ми можемо додати потенційно цікавих мікробів і спостерігати за їх розвитком. Якщо взяти мікроби у ожирілої миші і пересадити їх у генетично нормальну мишу, вирощену в середовищі без мікробів, миша стає товстішою, ніж з мікробами звичайної миші. Причина цього захоплююча. Іноді мікроби допомагають ефективніше засвоювати їжу, щоб приріст енергії був більшим. В інших випадках мікроби змінюють поведінку мишей, так що вони їдять більше, ніж звичайна миша, і товстіють лише при необмеженій кількості їжі.
Дуже чудово, чи не так? Так мікроби впливають на поведінку ссавців. Чи працює цей експеримент також між видами? Крім того, якщо взяти мікроби у ожирілої людини і пересадити їх безмікробним мишам, миші стануть товщі, ніж мікроби у худорлявої людини. Ми також можемо створити мікробну пов’язку, яка не призведе до збільшення ваги
або що допомагає проти недоїдання. Фонд Гейтса фінансує проект з вивчення дітей у Малаві, які страждають квашиоркором - важкою формою недоїдання. Якщо мікроби квашиоркор пересадити мишам, вони втратять 30% своєї ваги за 3 тижні. Якщо ви будете дотримуватися тієї ж дієти арахісового масла, що і діти в клініці, ви відновите свою нормальну вагу. Однак, якщо миші отримують мікроби від здорового двійнята спільноти Квашіоркор, нічого не відбувається. Це чудово, оскільки це може дозволити спроби терапії кишковою флорою особин у численних мишей і, отже, розвиток індивідуальної терапії.
Кожен повинен мати можливість брати участь у цьому розвитку подій. Кілька років тому ми розпочали проект American Gut [Gut], де кожен може знайти своє місце на мікробній карті. На сьогоднішній день, маючи понад 8000 зареєстрованих учасників, це найбільший науковий проект краудфандингу. Ви надсилаєте свою пробу, ми визначаємо ДНК мікробів і надсилаємо результат назад. Ми також публікуємо результати анонімно для вчених, освітян та зацікавлених громадян, щоб забезпечити доступ до даних. Ми пояснюємо відвідувачам нашої лабораторії в Інституті BioFrontiers, що ми досліджуємо кал лазерами та роботами, але це не обов’язково цікавить усіх. (Сміх) Вам, мабуть, цікаво, тому я приніс кілька пачок, щоб взяти їх, якщо ви хочете спробувати самі.
Чому ми це робимо? Ми не тільки можемо використовувати мікроби для оцінки свого здоров’я, але й для лікування хвороб. Нещодавно ми змогли це зобразити разом із колегами з Університету Міннесоти. Ось уявлення про мікробіом людини знову. Цього разу я додаю мікроби від людей з C. difficile, важкою діарейною хворобою, яка вимагає прийому до 20 разів на день. Терапія антибіотиками протягом 2 років була невдалою, перш ніж вони стали кандидатами на це дослідження. Що станеться, якщо ми пересадимо пацієнту якийсь стілець від здорового донора, зображеного внизу у вигляді зірочки? Чи хороші мікроби борються з поганими та сприяють загоєнню? Подивіться, що станеться. Четверо з цих пацієнтів зараз отримують трансплантацію від здорового донора на самому дні, і ви бачите, як кишкова флора негайно радикально змінюється. Через день після трансплантації всі симптоми стихають, пронос зникає, пацієнти знову здорові і нагадують кишкову флору донора. І рецидиву немає. (Оплески)
Ми знаходимось на самому початку цього відкриття. Ми починаємо розуміти, що мікроби впливають на ці захворювання - від хронічних захворювань кишечника до ожиріння, можливо навіть аутизму та депресії. Нам потрібно розробити своєрідний мікробний GPS, який не лише показує нам, де ми перебуваємо в даний момент, але і те, яка наша мета і як ми можемо її досягти. І це повинно бути настільки просто, що ним може скористатися навіть дитина. (сміятися)