Quin milió de microbis en una persona defineixen la nostra essència

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Com més estudien els científics els microbis que viuen al cos humà, més aprenen sobre la poderosa influència d'aquestes molles en la nostra aparença, comportament, fins i tot en la manera de pensar i sentir.

Els virus, els bacteris, els fongs unicel·lulars i altres organismes que viuen als pulmons i els intestins, la pell i els globus oculars depenen realment de la nostra salut i benestar? No és massa estrany creure que les criatures microscòpiques que portem en nosaltres mateixos i sobre nosaltres mateixos determinen de moltes maneres la nostra mateixa essència?

La influència del microbioma -aquest és el nom d'aquest mini-zoològic- pot ser fonamental ja en les primeres etapes del desenvolupament.

Un dels estudis, els resultats del qual es van publicar l'any passat, mostra que fins i tot una qualitat aparentment innata com el temperament d'un nadó pot dependre de si la majoria de bacteris dels seus intestins pertanyen al mateix gènere: com més bifidobacteris, més alegre és el nen..

Les conclusions a les quals van arribar Anna-Katariina Aatsinki i els seus col·legues de la Universitat de Turku a Finlàndia es basen en l'anàlisi de mostres de femta de 301 nadons. Aquells nens que tenien més bifidobacteris als dos mesos eren més propensos a mostrar "emocions positives", segons van determinar els investigadors, als sis mesos.

L'estudi del microbioma va començar fa relativament poc, de fet, fa només 15 anys. Això vol dir que la majoria de les investigacions realitzades fins ara han estat preliminars i d'abast modest, i només han implicat desenes de ratolins o humans. Els científics han trobat una relació definitiva entre l'estat del microbioma i diverses malalties, però encara no han estat capaços d'identificar relacions de causa-efecte clares entre els habitants específics d'un "món interior" densament poblat d'una persona i la seva salut.

Fins i tot el nombre d'aquests habitants és sorprenent: avui dia es creu que al cos d'un jove normal viuen uns 38 quintillons (1012) microbis, això és encara més que les seves pròpies cèl·lules humanes. Si aprenem a entendre com disposar d'aquesta riquesa, la nostra pròpia, s'obriran perspectives fascinants davant nostre.

Segons els optimistes, en un futur proper serà habitual injectar a una persona complexos saludables de microbis en forma de prebiòtics (compostos que actuen com a substrat sobre el qual es poden multiplicar els bacteris beneficiosos), probiòtics (aquests mateixos bacteris) o per fecals. trasplantament (trasplantament d'un microbioma intestinal ric de donants) - perquè pugui sentir-se sa.

Quan la gent parla del microbioma, es refereix principalment als habitants del tracte gastrointestinal, que constitueixen el 90 per cent dels nostres microorganismes. Tanmateix, altres òrgans estan plens de vida: els microbis omplen qualsevol part del cos que estigui en contacte amb el món exterior: ulls, orelles, nas, boca, anus, sistema genitourinari. A més, els gèrmens estan presents a qualsevol tros de pell, especialment a les aixelles, el perineu, entre els dits dels peus i al melic.

I això és realment increïble: cadascú de nosaltres té un conjunt únic de microbis que ningú més té. Avui, segons Rob Knight, del Center for Microbiome Innovation de la Universitat de Califòrnia (San Diego), ja es pot argumentar que la probabilitat que dues persones amb el mateix conjunt d'espècies en microbiomes s'acosta a zero. La singularitat del microbioma es podria explotar en medicina forense, va dir Knight. "Qui ha tocat un objecte és rastrejat per la 'empremta digital' del microbioma que queda a la pell d'una persona", explica. Bé, algun dia, els investigadors, a la recerca de proves, començaran a recollir mostres de microbis que viuen a la pell, tal com ho fan avui per a les empremtes dactilars.

En aquest article, compartirem alguns dels descobriments significatius fets pels científics que han estudiat el microbioma i com ens afecta des de la infància fins a la vellesa.

Infància

El fetus a l'úter és pràcticament estèril. Passant pel canal del part, es troba amb una infinitat de bacteris. Durant el part normal, el nadó és "rentat" pels microbis que viuen a la vagina; a més, hi posen els bacteris intestinals de la mare. Aquests microbis comencen immediatament a habitar els seus propis intestins, entrant en una mena de comunicació amb el sistema immunitari en desenvolupament. Així que ja en les primeres etapes de la seva existència, el microbioma prepara el sistema immunitari per funcionar correctament en el futur.

Si el nadó neix per cesària, no hi ha contacte amb els bacteris de la mare i altres microorganismes colonitzen els seus intestins: de la pell de la mare i de la llet materna, de les mans d'una infermera, fins i tot de la roba de l'hospital. Aquest microbioma estranger pot complicar tota la vida futura d'una persona.

El 2018, Paul Wilms del Centre de Medicina de Sistemes de la Universitat de Luxemburg va publicar els resultats d'un estudi de 13 nadons nascuts de manera natural i 18 nadons nascuts quirúrgicament. Wilms i els seus col·legues van analitzar les femtes dels nounats i les seves mares, així com els hisops vaginals de dones en part. Les "cesàries" tenien molt menys bacteris que produeixen lipopolisacàrids i, per tant, estimulen el desenvolupament del sistema immunitari. Queden pocs microbis d'aquest tipus durant almenys cinc dies després del naixement; això, segons Wilms, és suficient per tenir conseqüències a llarg termini per a la immunitat.

Al cap d'un temps, normalment pel primer aniversari, els microbiomes dels nens dels dos grups adquireixen similituds. No obstant això, segons Wilms, la diferència observada en els primers dies de vida fa que en el cos dels nadons nascuts per cesària, la immunització primària pot no passar, durant la qual les cèl·lules immunitàries aprenen a respondre correctament a les influències externes. Això probablement explica per què aquests nens tenen més probabilitats de desenvolupar una varietat de problemes relacionats amb el funcionament del sistema immunitari, com ara al·lèrgies, inflamacions i obesitat. Segons Wilms, potser en el futur, les "cesàries" rebran probiòtics, creats a partir de soques de bacteris de la mare, per tal de poblar el seu sistema digestiu amb microbis beneficiosos.

Infància

Les al·lèrgies alimentàries s'han tornat tan freqüents que algunes escoles han imposat restriccions als aliments que els nens poden prendre de casa (per exemple, no se'ls permet portar barretes de cacauet ni entrepans de melmelada) perquè alguns companys no desenvolupin reacció al·lèrgica. Als Estats Units, 5,6 milions de nens pateixen al·lèrgies alimentàries, és a dir, hi ha almenys dos o tres nens d'aquest tipus a cada classe.

S'apunten diversos motius que podrien provocar la propagació d'al·lèrgies, com ara un augment del nombre de nadons nascuts per cesària i l'ús excessiu d'antibiòtics que poden destruir els bacteris que ens protegeixen. Katherine Nagler i els seus col·legues de la Universitat de Chicago van decidir provar si la propagació de les al·lèrgies alimentàries entre els nens està relacionada amb la composició del seu microbioma. L'any passat van publicar els resultats d'un estudi en què participaven vuit nens de sis mesos, la meitat dels quals eren al·lèrgics a la llet de vaca. Va resultar que els microbiomes dels representants dels dos grups són força diferents: als intestins dels nadons sans hi havia bacteris típics per al desenvolupament adequat dels nens de la seva edat, i bacteris que són més característics dels adults es van trobar en els que pateixen de vaca. al·lèrgies a la llet.

En nens al·lèrgics, va dir Nagler, la transició generalment lenta del microbioma infantil a l'adult "es va produir a un ritme anormal".

Nagler i els seus col·legues van trasplantar (mitjançant trasplantaments fecals) els bacteris intestinals dels "seus" nadons a ratolins, nascuts per cesària i criats en condicions estèrils, és a dir, completament lliures de microbis. Va resultar que només els ratolins trasplantats de nadons sans no van mostrar una reacció al·lèrgica a la llet de vaca. Altres, com els seus donants, s'han tornat al·lèrgics.

Estudis posteriors van demostrar que el paper principal en la protecció del primer grup de ratolins, aparentment, el van jugar els bacteris d'una espècie, que només es troba en nens: Anaerotipes caccae del grup Clostridia. La clostridia també prevé les al·lèrgies als cacauets, van trobar Nagler i els seus col·legues en un estudi.

Nagler, president i cofundador de la startup farmacèutica ClostraBio, amb seu a Chicago, espera provar el potencial terapèutic d'Anaerotipes caccae en ratolins de laboratori i després en persones al·lèrgiques. La primera tasca va ser trobar un lloc als intestins on es pogués desembarcar una tropa de bacteris beneficiosos. Fins i tot en un microbioma poc saludable, diu Nagler, tots els nínxols ja estan plens; de manera que per tal que Clostridia arreli en un lloc nou, cal expulsar els habitants anteriors. Per tant, ClostraBio ha creat un fàrmac que neteja un cert nínxol del microbioma. Nagler i els seus col·legues el "recepten" als ratolins, i després els injecten diversos tipus de Clostridia, així com fibra dietètica que afavoreix la reproducció de microbis. Nagler espera començar els assaigs clínics humans de Clostridia en els propers dos anys i, finalment, crear un medicament per a nens amb al·lèrgies alimentàries.

Els microbis intestinals també es poden associar amb altres malalties en nens, inclosa la diabetis tipus I. A Austràlia, els científics van analitzar mostres de femta de 93 nens els familiars dels quals patien diabetis i van trobar que aquells d'ells que posteriorment van desenvolupar la malaltia tenien un augment dels nivells d'enterovirus A a les seves femtes. No obstant això, un dels experimentadors, W. Ian Lipkin de Meilmanovskaya. Escola de Salut Pública de la Universitat de Columbia, adverteix als seus col·legues que no arribin a conclusions que les causes de certes malalties es deuen únicament a diferències en el microbioma. "Tot el que sabem amb certesa", diu, "és que certs microbis estan d'alguna manera relacionats amb determinades malalties".

Tot i així, Lipkin està entusiasmat amb el futur de la ciència del microbioma. Segons la seva previsió, durant els propers cinquanta anys, els científics revelaran el mecanisme de l'efecte del microbioma sobre el cos i començaran assajos clínics en humans per demostrar com es pot millorar la salut "editant" el microbioma.

Joventut

Molts adolescents tenen una predisposició a l'acne, i sembla que hi ha un fenomen anomenat "microbioma sebaci". La pell dels nois és especialment acollidora amb dues soques del bacteri Cutibacterium acnes associats a l'acne. La majoria de les soques d'aquest bacteri són segures o fins i tot beneficioses perquè inhibeixen el creixement de microbis patògens; de fet, aquest bacteri és un component important del microbioma normal de la cara i el coll.

Tanmateix, una mala soca pot fer molt de mal: la seva presència, segons Amanda Nelson, dermatòloga de la Universitat de Pennsilvània, és un dels requisits previs per al desenvolupament de la inflamació. Entre altres raons per al desenvolupament de la malaltia, els científics anomenen sèu (produït per les glàndules sebàcies per hidratar la pell), que serveix com a caldo de cultiu per a C. acnes, fol·licles pilosos i tendència a la inflamació. Tot funciona conjuntament i, segons Nelson, encara no sabem què és més important.

Els investigadors de la Facultat de Medicina de la Universitat de Washington van examinar el microbioma de les glàndules sebàcies i van trobar que l'únic tractament per a l'acne de llarga durada, la isotretinoïna (coneguda per diversos noms comercials), funciona en part alterant el microbioma de la pell, augmentant la diversitat general de microbis, entre els quals és més difícil arrelar les soques nocives.

Ara que els científics han après que la isotretinoïna funciona alterant la composició del microbioma, poden intentar crear altres fàrmacs amb el mateix efecte, però amb sort més segurs; després de tot, l'isotretinoïna pot provocar defectes de naixement en els nens si les mares prenen el medicament durant durant l'embaràs.

Maduresa

Què passa si podeu fer més amb els vostres entrenaments simplement agafant en préstec els microbis intestinals d'un esportista? Aquesta pregunta la van fer científics de la Universitat de Harvard. Durant dues setmanes, van recollir mostres diàries de femta de 15 corredors que van participar a la Marató de Boston de 2015 -començant una setmana abans de la cursa i acabant una setmana després- i les van comparar amb mostres de femta recollides de deu persones del grup control també durant dues setmanes. setmanes sense córrer. Els investigadors van trobar que pocs dies després de la marató, les mostres preses dels corredors contenien significativament més bacteris Veillonella atypica que les del grup control.

"Aquest descobriment explica moltes coses, perquè Veilonella té un metabolisme únic: la seva font d'energia preferida és el lactat, la sal de l'àcid làctic", diu Aleksandar Kostić del Joslin Diabetes Research Center i la Harvard Medical School. "I vam pensar: potser Veilonella descomposa el lactat muscular al cos de l'esportista?" I, si realment és així, és possible, introduint les seves soques a persones allunyades dels esports professionals, augmentar la seva resistència?

A continuació, els científics van abordar els ratolins de laboratori: la Veilonella, aïllada de les femtes d'un dels corredors, es va injectar a 16 ratolins amb un microbioma normal provat per a patògens. Aleshores, els subjectes es van col·locar en una cinta de córrer i es van obligar a córrer fins que s'esgotaven. El mateix es va fer amb 16 ratolins control; només se'ls va injectar bacteris que no consumeixen lactat. Segons va resultar, els ratolins "infectats" amb Veilonella van córrer molt més temps que els animals de control, la qual cosa significa, segons els investigadors, que el microbioma pot tenir un paper crític en el manteniment del rendiment.

Segons Kostich, aquest experiment és "un exemple meravellós del que ens dóna la simbiosi". La veilonella prospera quan una persona, la seva portadora, com a conseqüència de l'activitat física, produeix lactat, del qual s'alimenta, i, al seu torn, beneficia a la persona convertint el lactat en propionat, que afecta el rendiment de l'hoste, perquè, entre altres coses., augmenta la freqüència de contraccions del cor i millora el metabolisme de l'oxigen, i també, possiblement, prevé el desenvolupament d'inflamació en els músculs.

"Aquest tipus de relació sembla subjacent a la majoria de les interaccions entre els humans i el microbioma", explica Kostich. "En última instància, la relació entre ells és molt beneficiosa per a mútuament".

El microbioma també pot ser responsable de les característiques menys agradables de la naturalesa humana, incloses les condicions mentals com l'ansietat i la depressió. El 2016, científics de la Universitat Nacional d'Irlanda a Cork van publicar els resultats d'un estudi sobre la influència del microbioma en el desenvolupament de la depressió. Els investigadors van dividir 28 rates de laboratori en dos grups. El grup experimental va rebre trasplantaments de microflora intestinal de tres homes que patien depressió severa, i el grup control - de tres homes sans.

Va resultar que el microbioma intestinal de les persones que patien depressió es va submergir en la depressió i les rates. En comparació amb els animals de control, van mostrar una pèrdua d'interès per les activitats que aporten plaer (en les rates això es determina per la freqüència amb què volen beure aigua dolça) i una major ansietat, expressada en el seu desig d'evitar zones obertes o desconegudes del laboratori. laberint.

Tenint en compte la gran diferència entre rates i humans, els investigadors assenyalen que el seu estudi proporciona noves proves que el microbioma intestinal pot tenir un paper en la depressió. Tard o d'hora, diuen, pot arribar el dia en què es combatin la depressió i altres trastorns similars, fins i tot dirigint-se a certs bacteris del cos humà.

Vellesa

El microbioma és alhora resistent i fluid. La seva estructura única es forma en gran part als quatre anys, i només els factors molt significatius poden afectar-la realment, per exemple, un canvi en la dieta, la intensitat de l'activitat física o el temps passat a l'aire lliure, el trasllat a un nou lloc de residència, l'ús. d'antibiòtics i alguns altres medicaments. Tanmateix, en cert sentit, el microbioma està en constant flux, canviant subtilment amb cada àpat. En adults, aquests canvis són tan previsibles que la vostra edat es pot determinar aproximadament simplement familiaritzant-vos amb el conjunt de bacteris que viuen als intestins.

Aquesta tècnica, coneguda com a "determinar l'edat pel rellotge del microbioma de l'envelliment", requereix l'ajuda de la intel·ligència artificial, com en un experiment realitzat recentment per la startup Insilico Medicine de Hong Kong. Els científics han recopilat informació sobre els microbiomes de 1.165 persones d'Europa, Àsia i Amèrica del Nord. Un terç d'ells tenia 20-30 anys, un altre terç - 40-50, i l'últim - 60-90 anys.

Els científics, en marcar l'edat dels seus portadors, van sotmetre les dades del 90% dels microbiomes a "interpretació per ordinador" i després van aplicar els patrons identificats per la intel·ligència artificial als microbiomes del deu per cent restant de persones l'edat de les quals no estava marcada. Va ser possible establir la seva edat amb un error de només quatre anys.

Què vol dir "editar" el teu microbioma i viure en pau? Per desgràcia, fins i tot els més grans entusiastes de la ciència del microbioma diuen que és difícil extreure conclusions precises sobre la relació entre el microbioma i la salut humana fins ara, i insisteixen que s'ha de tenir molta cura en la transició al tractament amb empelts bacterians.

Molts estan entusiasmats amb el potencial de la microbiota per utilitzar-se com a medicament, diu Paul Wilms, de la Universitat de Luxemburg, i assenyala que les empreses farmacèutiques estan desenvolupant nous probiòtics per equilibrar el microbioma.

"Abans de poder fer-ho realment correctament i intel·ligentment", diu Wilms, "hem d'entendre amb detall què és un microbioma sa i exactament com afecta el cos humà. Crec que encara estem molt lluny d'això".

Els microbis dins nostre

• còlon - 38 quintilions
• placa - 1 quintilió
• pell - 180 mil milions
• saliva - 100 mil milions
• intestí prim - 40 mil milions
• estómac - 9 milions

Veure el microbioma

Totes les imatges d'aquest article van ser preses per Martin Eggerly amb un microscopi electrònic d'escaneig: les mostres es van assecar, es van ruixar àtoms d'or i es van col·locar en una cambra de buit. La longitud d'ona del feix d'electrons del microscopi és més curta que la llum visible, de manera que el feix "destaca" els objectes més petits, però fora de l'espectre de color. Microbis tenyits de color eggerly, el color dels quals es coneix, en aquests colors, en altres casos va triar una gamma diferent perquè es poguessin distingir els microbis i els seus trets característics.