Vezi ce este în interiorul tău, citește online. Vezi ce e în tine - jaf de noapte. Nas și plămâni

Schimba marimea fontului:

Impactul enorm al microbilor mici

ROB KNIGHT

CU BRENDAN BUHLER

TED, sigla TED și TED Books sunt mărci comerciale ale TED Conferences, LLC

TED BOOKS și colophon sunt mărci comerciale înregistrate ale TED Conferences, LLC

Coperta și design interior de MGMT. design Ilustrații de Olivia de Salve Villedieu

© 2015 de Rob Knight. Toate drepturile rezervate.

© E. Valkina, traducere în rusă, 2015

© Editura AST LLC, 2015

Editura CORPUS ®

* * *

Părinților mei, Alison și John, cu recunoștință pentru genele, ideile și microbii lor

cuvânt înainte

Știm cine ești: o ființă umană, un animal cu două picioare cu posibilități infinite de minte, un moștenitor al tot ceea ce există, care nu a citit niciodată un singur acord de utilizare până la sfârșit - doar bifează acolo unde este necesar. Și acum fă cunoștință, ești și tu: trilioane de creaturi minuscule care trăiesc în ochii tăi, urechile și moșiile vaste, numite intestinele tale. Și acest microcosmos interior îți poate schimba înțelegerea bolilor tale, a sănătății tale și a ta.

Datorită noilor tehnologii (dintre care multe au fost dezvoltate în ultimii ani), oamenii de știință știu astăzi mai multe despre formele de viață microscopice din interiorul nostru decât oricând. Și ceea ce învățăm este uimitor. Aceste organisme unicelulare - microbi - nu numai că sunt mult mai numeroase decât credeam, ci trăiesc în număr inimaginabil în aproape fiecare colț al corpului nostru și joacă un rol mult mai important decât ne-am putea imagina vreodată: atât de multe aspecte ale vieții noastre depind. asupra lor.sănătatea şi chiar personalitatea noastră.



Colecția de creaturi microscopice pentru care corpul nostru servește drept casă se numește microbiotă umană (uneori și microfloră și microfaună), iar totalitatea genelor lor se numește microbiomul uman. Și, așa cum se întâmplă adesea cu descoperirile științifice, faptele noi despre microcosmos ne fac să ne umilăm ego-urile. Astronomia ne-a explicat deja că planeta noastră nu este deloc centrul universului, evoluția ne-a învățat că omul este doar una dintre speciile de animale. Compilarea microbiomului uman ne învață că, în casa corpului nostru, propria noastră voce este înecată de un cor de forme de viață independente (și interdependente) cu propriile lor agende și agende.

Câte microorganisme sunt în interiorul nostru? Sunteți alcătuit din aproximativ zece trilioane de celule umane - dar corpul dumneavoastră conține aproximativ o sută de trilioane de celule microbiene. Adică ești, în mare măsură, nu tu.

Dar asta nu înseamnă că o persoană este doar un recipient pentru creaturi mici care au pătruns accidental în corpul său și au răspândit boli. De fapt, trăim în echilibru cu întreaga comunitate de microorganisme care locuiește în noi. Rolul lor nu se limitează la rolul pasagerilor pasivi - ei sunt implicați în procese fundamentale ale vieții, inclusiv digestia, răspunsurile imune și chiar comportamentul.

Totalitatea microbilor din noi reprezintă ceva ca unificarea diferitelor comunități. Diferite părți ale corpului sunt locuite de diferite grupuri de specii care au funcții specializate. Microbii care trăiesc în gură sunt diferiți de cei care trăiesc pe piele sau în intestin. Nu suntem doar indivizi; fiecare dintre noi este un ecosistem.

Diversitatea microorganismelor ajută la explicarea chiar și a unor astfel de caracteristici individuale pe care obișnuiam să le atribuim întâmplării sau ghinionului. De ce unii dintre noi iubesc atât de mult țânțarii? De exemplu, acești mici demoni cu greu mă mușcă, în timp ce zboară către prietena mea Amanda ca albinele la miere. Se pare că unii dintre noi într-adevăr mai gustoase din punctul de vedere al țânțarilor, iar motivul principal pentru o astfel de „apetisantă” selectivă este diferențele de compoziție a comunităților microbiene care trăiesc pe pielea noastră (mai multe despre asta în capitolul 1).

Și asta nu este tot: varietatea de microbi care trăiesc pe și în interiorul nostru este uimitoare. Probabil ați auzit că dacă comparăm ADN-ul, atunci toți oamenii suntem aproximativ la fel: genomul nostru este în proporție de 99,99% la fel cu genomul oricărei alte persoane, cum ar fi vecinul dvs. Dar acest lucru nu se aplică microflorei intestinelor tale: doar 10% dintre microbi se potrivesc aici.



Acest lucru poate explica diferențele uriașe dintre oameni - de la diferențe de greutate la alergii diferite, de la probabilitatea de a se îmbolnăvi până la nivelul de anxietate. Abia începem să sistematizăm – și să înțelegem – acest microcosmos nemărginit, dar concluziile primelor studii sunt deja copleșitoare.

Diversitatea nesfârșită a lumii microbiene este deosebit de impresionantă dacă ne gândim că în urmă cu doar patruzeci de ani nu aveam idee cât de numeroase sunt organismele unicelulare și cât număr incredibil de specii numărau acestea. Înainte de aceasta, principiile de bază ale clasificării organismelor vii se bazau pe cartea lui Charles Darwin „Originea speciilor”, care a fost publicată în 1859. Darwin a desenat un arbore al evoluției, grupând toate organismele după caracteristici fizice comune: cinteze cu cinteze scurte, cinteze cu cicuri lungi și așa mai departe; iar multă vreme acest principiu a rămas la baza clasificării şi taxonomiei.

Ideile tradiționale despre viață se bazau pe ceea ce oamenii puteau vedea în lumea din jurul lor - cu ochiul liber sau printr-un microscop. Organismele mai mari au fost împărțite în plante, animale și ciuperci. Organismele unicelulare rămase s-au împărțit în două mari categorii: protisti (protozoare) și bacterii. Cât despre plante, animale și ciuperci, am avut dreptate. Dar ideile noastre despre organismele unicelulare s-au dovedit a fi absolut eronate.

Impactul enorm al microbilor mici

ROB KNIGHT

CU BRENDAN BUHLER


TED, sigla TED și TED Books sunt mărci comerciale ale TED Conferences, LLC

TED BOOKS și colophon sunt mărci comerciale înregistrate ale TED Conferences, LLC

Coperta și design interior de MGMT. design Ilustrații de Olivia de Salve Villedieu


© 2015 de Rob Knight. Toate drepturile rezervate.

© E. Valkina, traducere în rusă, 2015

© Editura AST LLC, 2015

Editura CORPUS ®

* * *

Părinților mei, Alison și John, cu recunoștință pentru genele, ideile și microbii lor

cuvânt înainte

Știm cine ești: o ființă umană, un animal cu două picioare cu posibilități infinite de minte, un moștenitor al tot ceea ce există, care nu a citit niciodată un singur acord de utilizare până la sfârșit - doar bifează acolo unde este necesar. Și acum fă cunoștință, ești și tu: trilioane de creaturi minuscule care trăiesc în ochii tăi, urechile și moșiile vaste, numite intestinele tale. Și acest microcosmos interior îți poate schimba înțelegerea bolilor tale, a sănătății tale și a ta.

Datorită noilor tehnologii (dintre care multe au fost dezvoltate în ultimii ani), oamenii de știință știu astăzi mai multe despre formele de viață microscopice din interiorul nostru decât oricând. Și ceea ce învățăm este uimitor. Aceste organisme unicelulare - microbi - nu numai că sunt mult mai numeroase decât credeam, ci trăiesc în număr inimaginabil în aproape fiecare colț al corpului nostru și joacă un rol mult mai important decât ne-am putea imagina vreodată: atât de multe aspecte ale vieții noastre depind. asupra lor.sănătatea şi chiar personalitatea noastră.



Colecția de creaturi microscopice pentru care corpul nostru servește drept casă se numește microbiotă umană (uneori și microfloră și microfaună), iar totalitatea genelor lor se numește microbiomul uman. Și, așa cum se întâmplă adesea cu descoperirile științifice, faptele noi despre microcosmos ne fac să ne umilăm ego-urile. Astronomia ne-a explicat deja că planeta noastră nu este deloc centrul universului, evoluția ne-a învățat că omul este doar una dintre speciile de animale. Compilarea microbiomului uman ne învață că, în casa corpului nostru, propria noastră voce este înecată de un cor de forme de viață independente (și interdependente) cu propriile lor agende și agende.

Câte microorganisme sunt în interiorul nostru? Sunteți alcătuit din aproximativ zece trilioane de celule umane - dar corpul dumneavoastră conține aproximativ o sută de trilioane de celule microbiene 1
Trebuie remarcat faptul că cel mai recent raport al Academiei Americane de Microbiologie reduce acest raport la 3:1 în principal din cauza creșterii numărului de celule umane numărate.

Dar, în orice caz, superioritatea numerică este de partea microbilor. A se vedea: http://academy.asm.org/index.php/faq-series/5122humanmicrobiome.

. Adică ești, în mare măsură, nu tu.

Dar asta nu înseamnă că o persoană este doar un recipient pentru creaturi mici care au pătruns accidental în corpul său și au răspândit boli. De fapt, trăim în echilibru cu întreaga comunitate de microorganisme care locuiește în noi. Rolul lor nu se limitează la rolul pasagerilor pasivi - ei sunt implicați în procese fundamentale ale vieții, inclusiv digestia, răspunsurile imune și chiar comportamentul.

Totalitatea microbilor din noi reprezintă ceva ca unificarea diferitelor comunități. Diferite părți ale corpului sunt locuite de diferite grupuri de specii care au funcții specializate. Microbii care trăiesc în gură sunt diferiți de cei care trăiesc pe piele sau în intestin. Nu suntem doar indivizi; fiecare dintre noi este un ecosistem.

Diversitatea microorganismelor ajută la explicarea chiar și a unor astfel de caracteristici individuale pe care obișnuiam să le atribuim întâmplării sau ghinionului. De ce unii dintre noi iubesc atât de mult țânțarii? De exemplu, acești mici demoni cu greu mă mușcă, în timp ce zboară către prietena mea Amanda ca albinele la miere. Se pare că unii dintre noi într-adevăr mai gustoase din punctul de vedere al țânțarilor, iar motivul principal pentru o astfel de „apetisantă” selectivă este diferențele de compoziție a comunităților microbiene care trăiesc pe pielea noastră (mai multe despre asta în capitolul 1).

Și asta nu este tot: varietatea de microbi care trăiesc pe și în interiorul nostru este uimitoare. Probabil ați auzit că dacă comparăm ADN-ul, atunci toți oamenii suntem aproximativ la fel: genomul nostru este în proporție de 99,99% la fel cu genomul oricărei alte persoane, cum ar fi vecinul dvs. Dar acest lucru nu se aplică microflorei intestinelor tale: doar 10% dintre microbi se potrivesc aici.



Acest lucru poate explica diferențele uriașe dintre oameni - de la diferențe de greutate la alergii diferite, de la probabilitatea de a se îmbolnăvi până la nivelul de anxietate. Abia începem să sistematizăm – și să înțelegem – acest microcosmos nemărginit, dar concluziile primelor studii sunt deja copleșitoare.

Diversitatea nesfârșită a lumii microbiene este deosebit de impresionantă dacă ne gândim că în urmă cu doar patruzeci de ani nu aveam idee cât de numeroase sunt organismele unicelulare și cât număr incredibil de specii numărau acestea. Înainte de aceasta, principiile de bază ale clasificării organismelor vii se bazau pe cartea lui Charles Darwin „Originea speciilor”, care a fost publicată în 1859. 2
Disponibil online: Project Gutenberg, www.gutenberg.org/files/1228/1228-h/1228-h.htm.

Darwin a desenat un arbore al evoluției, grupând toate organismele după caracteristici fizice comune: cinteze cu cinteze scurte, cinteze cu cicuri lungi și așa mai departe; iar multă vreme acest principiu a rămas la baza clasificării şi taxonomiei.

Ideile tradiționale despre viață se bazau pe ceea ce oamenii puteau vedea în lumea din jurul lor - cu ochiul liber sau printr-un microscop. Organismele mai mari au fost împărțite în plante, animale și ciuperci. Organismele unicelulare rămase s-au împărțit în două mari categorii: protisti (protozoare) și bacterii. Cât despre plante, animale și ciuperci, am avut dreptate. Dar ideile noastre despre organismele unicelulare s-au dovedit a fi absolut eronate.

În 1977, microbiologii americani Carl Woese și George E. Fox au propus o nouă versiune a „pomului vieții”, bazată pe compararea diferitelor forme de viață la nivel celular folosind acidul ribonucleic ribozomal, o rudă a ADN-ului, care este prezent. în orice celulă și este implicată în sinteza proteinelor. Poza era uluitoare. Woese și Fox au descoperit că organismele unicelulare sunt mai diverse decât toate plantele și animalele la un loc. După cum sa dovedit, animale, plante, ciuperci; toți oamenii, meduze, gândaci de bălegar; orice fir de alge, orice petec de mușchi, cățărând sequoia din California; toți lichenii și ciupercile de pădure - toate viețuitoarele pe care le vedem în jurul nostru - sunt doar trei lăstari la capătul unei ramuri a arborelui evolutiv. Principalii săi locuitori sunt organisme unicelulare: bacterii, arhee (care au fost mai întâi izolate ca grup separat de Woese și Fox), drojdie și alte forme de viață.

Doar în ultimii câțiva ani, a avut loc o descoperire în înțelegerea microvieții din noi, pe care o datorăm noilor tehnologii, în special progresului secvențierii ADN și exploziei puterii computerelor. Astăzi, printr-un proces numit secvențiere de generație următoare, putem preleva mostre de celule din diferite părți ale corpului, putem analiza rapid ADN-ul microbian pe care îl conțin, putem compara și combina cu informațiile de la alte organe pentru a identifica miile de specii de microorganisme care ne numesc. corpul lor casa.. În acest fel, găsim bacterii, arhee, drojdii și alte organisme unicelulare (în special eucariote) al căror genom combinat este mai lung decât al nostru.

Ei bine, noii algoritmi de computer, la rândul lor, simplifică și facilitează foarte mult interpretarea acestei informații genetice. În special, acum putem face o hartă microbiană a corpului care ne permite să comparăm comunitățile microbiene din diferite părți ale corpului și din diferiți oameni. O mare parte din aceste informații au venit de la Human Microbiome Project ( Proiectul microbiomului uman), realizat sub auspiciile Institutului Național de Sănătate din SUA ( Institutele Naționale de Sănătate din SUA, NIH). Studiul a costat 170 de milioane de dolari și a implicat peste 200 de oameni de știință care au colectat și analizat cel puțin 4,5 terabytes de date până în prezent. Și acesta este doar începutul; alte proiecte internaționale precum „Cercetarea privind compoziția biotei tractului gastrointestinal uman” ( Metagenomics of the Human Intestinal Tract Consortium, MetaHIT), adăugând și analizând constant date noi.

Costul acestor analize scade tot timpul, datorită cărora tot mai mulți oameni pot face un recensământ complet al microbilor care trăiesc în corpul lor. Acum zece ani, pentru a-ți analiza microbiomul, ar trebui să plătești o sută de milioane de dolari. Astăzi, acest tip de informații va costa o sută de dolari – atât de ieftin, încât medicii vor comanda în curând astfel de studii ca o procedură medicală de rutină.

Dar de ce sunt medicii interesați de compoziția microbiomului tău? Pentru că apar din ce în ce mai multe cercetări care demonstrează legătura dintre microbii noștri și multe dintre bolile noastre, inclusiv obezitatea, artrita, autismul și chiar depresia. Și această legătură, la rândul său, deschide imediat noi perspective de tratament.

Ce nu ne afectează microbiomul - medicamentele, dieta, numărul de parteneri sexuali, chiar dacă ești primul copil cu părinții tăi! Pe măsură ce citiți paginile următoare, veți vedea că microorganismele sunt profund implicate în aproape fiecare aspect al vieții noastre. Chiar ne fac să privim diferit la întrebarea: „Ce înseamnă să fii om?”

1. Microorganismele din corpul nostru

Deci, să încercăm să estimăm câți microbi trăiesc în interiorul nostru.

Dacă numărăm în funcție de greutate, atunci în corpul unui adult sunt în medie aproximativ un kilogram și jumătate. Acest lucru face ca microbiota ta să fie unul dintre cele mai mari organe, rivalizând cu creierul în ceea ce privește greutatea și doar puțin inferioară ficatului.

Știm deja că, în ceea ce privește numărul absolut de celule, microorganismele depășesc oamenii cu un raport de zece la unu. Dacă ne comparăm ADN-ul? Fiecare dintre noi are aproximativ douăzeci de mii de gene umane. Și, în același timp, purtăm între două și douăzeci de milioane de gene microbiene. Asta înseamnă, din păcate, că genetic suntem cel puțin 99% microbi!

Ca să nu fiți atât de jignit, priviți asta din punctul de vedere al complexității dispozitivului uman. Fiecare celulă umană conține mult mai multe gene decât una microbiană. Doar că există atât de mulți microbi în corpul tău încât suma tuturor genelor lor o depășește pe a ta.



Organismele care trăiesc în noi și pe noi sunt foarte diverse. Majoritatea (dar nu toate) sunt unicelulare. Ele reprezintă toate cele trei ramuri principale ale arborelui evolutiv. Reprezentanții regatului arheilor trăiesc în intestine - organisme unicelulare care nu au nuclee; cele mai comune dintre acestea sunt metanogene, care există fără oxigen, ajută la digerarea alimentelor și eliberează gaz metan (și vacile le au).

Urmează eucariotele: fungi de micoză a pielii și drojdii care colonizează vaginul și uneori intestinele. Dar bacteriile domină peste toate - de exemplu, Escherichia coli ( Escherichia coli), E. coli, pe care o asociem în primul rând cu indigestia, care apare din cauza verdețurilor prost spălate. Cu toate acestea, soiurile inofensive și benefice ale acestei bacterii sunt aproape întotdeauna prezente în interiorul nostru.

Și în fiecare zi, datorită noilor tehnologii, aflăm că această lume este și mai diversă decât credeam înainte. Parcă ne-am plimba prin ocean cu un traul cu celule foarte mari, iar apoi, după examinarea capturii, am ajunge la concluzia că în mare se găsesc doar balene și calmari uriași. Acum am descoperit că viața pe care o avem înăuntru este mult mai diversă. De exemplu, ați putea presupune că oricare două bacterii din intestin care se aruncă asupra ultimului sandwich sunt foarte asemănătoare între ele, cum ar fi, să zicem, anșoa sau sardinele. Dar, de fapt, nu au mai multe în comun decât castravetele de mare (holothurian) și marele rechin alb: sunt două creaturi cu comportament, hrană și rol ecologic complet diferit.

Deci, unde sunt localizați toți microbii noștri și care este rolul lor? Pentru a afla, haideți să facem un tur al corpului nostru.

Piele

Se spune că Napoleon, întorcându-se dintr-o campanie militară, i-a scris împărătesei Josephine: „Mâine seară voi fi la Paris. Nu face baie.” Prefera mirosul natural al soției sale adorate și se concentra. Dar de ce, când rămânem o vreme fără săpun, deodorante, pudră și parfum, începe să miroase atât de rău de la noi? În principal din cauza microbilor care se hrănesc cu secrețiile noastre și le fac și mai mirositoare.

Oamenii de știință încă încearcă, scuze pentru jocul de cuvinte, să adulmece ce scop practic servește activitatea creaturilor care trăiesc pe cel mai mare organ al nostru, pielea. Un lucru este sigur: ele contribuie la formarea mirosului nostru corporal, inclusiv a acelor componente ale acestui miros care atrag țânțarii. 3
N. O. Verhulst și colab., „Compoziția microbiotei pielii umane afectează atractivitatea țânțarilor malariei”, Plus unu 6, nr. 12 (2011): e28991.

După cum sa menționat deja, insecte suge de sânge într-adevăr preferă mirosurile unora altora, iar microbii sunt de vină. Ele descompun substanțele pe care pielea le eliberează în compuși volatili pe care țânțarilor le pot plăcea sau nu. Mai mult, diferite tipuri de țânțari preferă diferite părți ale corpului nostru. De exemplu, pentru Anopheles gambiae, unul dintre principalii purtători ai malariei, cel mai atrăgător miros nu este mirosul axilelor, ci mirosul mâinilor și picioarelor.

În acest sens, apare o soluție tentantă: dacă freci cu un antibiotic pe pielea mâinilor și picioarelor, poți preveni atacul acestui tip de țânțar, deoarece uciderea germenilor omorâți mirosul.

Microbii care trăiesc pe pielea noastră – ca toți ceilalți microbi – nu există neapărat în mod special în beneficiul nostru. Dar ei, fiind rezidenți conștiincioși, ne ajută într-adevăr foarte mult: prin faptul că trăiesc din noi, împiedică alți microbi, dăunători, să ne infecteze. Diferiți microbi trăiesc în diferite zone ale pielii, iar diversitatea - numărul de specii - nu este neapărat proporțională cu numărul de microbi prezenți într-o anumită zonă. Uneori este exact opusul. Pentru a folosi o analogie americană, imaginați-vă că Vermont (populație 600.000) este la fel de divers din punct de vedere etnic precum Los Angeles (zece milioane) și Los Angeles devenind la fel de monoetnic ca Vermont. Ai un număr mare de germeni pe frunte și sub brațe, dar relativ puține specii; si invers, pe maini (palme si antebrate) sunt relativ putini microbi, dar foarte diversi 4
E. A. Grice și colab., „Diversitatea topografică și temporală a microbiomului pielii umane”, Ştiinţă 324, nr. 5931 (29 mai 2009): 1190–92; E. K. Costello et al., „Variația comunității bacteriene în habitatele corpului uman în spațiu și timp”, Ştiinţă 326, nr. 5960 (18 decembrie 2009): 1694–97.

Comunitățile microbiene de pe mâinile femeilor tind să fie mai diverse decât cele ale bărbaților, iar această diferență persistă în ciuda spălării mâinilor, sugerând că motivul, deși încă necunoscut, constă în diferențele biologice. 5
F. R. Blattner și colab., „Secvența completă a genomului Escherichia Coli K-12”, Ştiinţă 277, nr. 5331 (5 septembrie 1997): 1453–62.

Mai mult, am constatat că germenii care trăiesc pe mâna ta stângă sunt diferiți de cei care trăiesc în dreapta ta. Puteți să vă frecați mâinile, să bateți din palme și să atingeți aceleași suprafețe cu ambele mâini - fiecare dezvoltă în continuare o comunitate microbiană separată. Acest fapt l-a inspirat pe profesorul Noah Firer de la Universitatea din Colorado din Boulder și pe mine să încercăm să reproducem una dintre cele mai faimoase descoperiri din biologia generală. La un moment dat, încercând să explice distribuția și distribuția organismelor pe insulele izolate și relația dintre diversitatea speciilor și teritoriul ocupat, biologul și antropologul britanic Alfred Russel Wallace, împreună cu alți oameni de știință, au dezvoltat o teorie complexă a biogeografiei 6
R. H. MacArthur și E. O. Wilson, Teoria biogeografiei insulare. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2001.

Wallace, un contemporan al lui Darwin, care a dezvoltat simultan și independent doctrina selecției naturale, a cartografiat o linie care străbate Indonezia și Malaezia modernă și separă fauna asiatică (maimuțe și rinoceri) de cea australiană (cacatos și cangur). Firer și cu mine ne-am întrebat dacă este posibil să desenăm aceeași „linie Wallace” pe o tastatură de computer între tastele G și H - această linie, în teorie, ar trebui să separe jumătățile de tastatură cu populații microbiene clar diferite. De asemenea, am vrut să vedem dacă bara de spațiu ar avea mai multe tipuri de microbi, pur și simplu pentru că este mult mai lungă decât toate celelalte.



Rezultatele noastre au confirmat existența unui fel de „linie Wallace”, dar am găsit ceva mult mai surprinzător: fiecare deget și cheia corespunzătoare au fost caracterizate de aproximativ aceeași comunitate microbiană. De asemenea, am putut determina proprietarii unui mouse de computer cu o precizie de până la 90% folosind profilul microbian al palmei. 7
N. Fierer și colab., „Identificarea criminalistică folosind comunitățile bacteriene ale pielii”, 107, nr. 14 (6 aprilie 2010): 6477–81.

Comunitatea microbiană de pe mâna ta este foarte diferită de comunitățile similare ale altor oameni (în ceea ce privește diversitatea speciilor - o medie de 85%), ceea ce înseamnă că fiecare dintre noi, pe lângă cele obișnuite, are și amprente microbiene.



Am mers mai departe și am efectuat experimente pentru a afla de câte ori trebuie să atingeți un obiect pentru a lăsa o urmă microbiană distinctă. Acest studiu este încă prea incomplet pentru a fi folosit în instanță. Dar la televiziune, să spunem, sunt adoptate standarde mai simplificate de probă, așa că la scurt timp după ce am publicat un articol pe această temă, a fost difuzat un alt episod din serialul „Scena crimei: Miami”, unde complotul s-a bazat pe o examinare criminalistică a o amprentă microbiană 8
„Scena crimei: Miami”: „ CSI Miami Sezonul 9,” Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CSI:_Miami_episodes#Season_9:_2010.E2.80.932011 .

Între timp, microbiologul criminalist David Carter s-a mutat din Nebraska în Hawaii pentru a înființa acolo o „rezervă corporală”. "Ce este?" - întrebați criminalistii se confruntă adesea cu sarcina de a determina cu cât timp în urmă a avut loc moartea unei persoane al cărei cadavru îl examinează. În „rezerva” lui Carter, trupurile morților donate de rude și diverse instituții sunt depozitate în diverse condiții. 9
Pentru o introducere foarte educativă și distractivă în „grădina corpului nostru” vezi: Mary Roach, Stiff: Viețile curioase ale cadavrelor umane. New York: W. W. Norton, 2004.

Și oamenii de știință analizează în mod constant rata de descompunere a acestora. În același timp, se observă o continuitate izbitoare a comunităților microbiene. Așa cum coloniile de licheni apar mai întâi pe o stâncă goală, apoi, în succesiune, mușchi, ierburi, buruieni, arbuști și în cele din urmă copaci, procesul de descompunere se desfășoară și el într-o anumită ordine.

Jessica Metcalfe, un bursier postdoctoral în laboratorul meu de la Universitatea Colorado din Boulder, și-a înființat propriul „sanctuarul corpului” în miniatură folosind patruzeci de șoareci morți (au murit în alte experimente cardiovasculare și de medicamente pentru cancer). Jessica a descoperit că putea determina corect ora morții în termen de trei zile. Aceasta este aproximativ aceeași eroare ca metoda insectelor utilizată în prezent. 10
Meagan B. Gallagher, Sonia Sandhu și Robert Kimsey, „Variația timpului de dezvoltare pentru populații distincte din punct de vedere geografic ale muștei verde comune a sticlei, Lucilia sericata (Meigen)” Revista de științe criminalistice 55, nr. 2 (martie 2010): 438–42.

Atunci de ce avem nevoie de o metodă microbiologică?

Răspuns: insectele încă trebuie să găsească cadavrul, în timp ce microorganismele sunt mereu acolo, iar acest lucru poate fi util în cazurile în care nu există insecte la locul crimei.

Nas și plămâni

Următorul punct al turului nostru al corpului va fi nasul. Anumite tipuri de microbi trăiesc în nările umane, inclusiv Staphylococcus aureus ( Staphylococcus aureus), care provoacă infecții cu stafilococ în spitale. Astfel, oamenii sănătoși par să fie adesea „casa” pentru microbii periculoși. Credem că în acest caz, explicația poate fi următoarea: alte bacterii care trăiesc în nasul nostru nu permit Staphylococcus aureus să preia, sau mai bine zis, să preia nasul. O altă observație interesantă: mediul influențează puternic ce tipuri de microorganisme se instalează în nasul nostru. Copiii cu o populație microbiană nazală mai diversă, cum ar fi cei care trăiesc în zonele rurale în apropierea animalelor, sunt mai puțin susceptibili de a dezvolta astm și alergii în viitor. 11
O. S. Von Ehrenstein și colab., „Risc redus de febră a fânului și astm printre copiii fermierilor”, Alergie clinică și experimentală: Jurnalul Societății Britanice pentru Alergie și Imunologie Clinică 30, nr. 2 (februarie 2000): 187–93; E. von Mutius și D. Vercelli, „Farm Living: Effects on Childhood Asthm and Allergy”, Nature Reviews Imunologie 10, nr. 12 (decembrie 2010): 861–68.

Se pare că mânuitul în noroi este uneori util.

Coborând în plămâni, de obicei găsim doar bacterii moarte. 12
E. S. Charlson și colab., „Evaluarea populațiilor bacteriene în plămâni prin analiza replicată a probelor din căile respiratorii superioare și inferioare”, Plus unu 7, nr. 9 (2012): e42786; E. S. Charlson și colab., „Continuitatea topografică a populațiilor bacteriene în tractul respirator uman sănătos”,

Suprafața interioară a plămânilor, care este expusă aerului, conține un cocktail de peptide antimicrobiene: proteine ​​minuscule care ucid instantaneu bacteriile care ajung acolo. Cu toate acestea, în plămânii pacienților cu fibroză chistică sau cu virusul imunodeficienței umane (HIV), se găsesc uneori microorganisme periculoase care contribuie la dezvoltarea bolilor pulmonare. 13
J. K. Harris și colab., „Identificarea moleculară a bacteriilor în lichidul de spălare bronhoalveolar de la copii cu fibroză chistică”, Proceedings of the National Academy of Sciences din Statele Unite ale Americii 104, nr. 51 (18 decembrie 2007): 20529–33.

Oamenii de știință încă se ceartă dacă fiecare dintre noi are o comunitate separată de microbi în gât sau doar acei microbi care vin din gură sunt prezenți acolo. 14
E. S. Charlson și colab., „Continuitatea topografică a populațiilor bacteriene în tractul respirator uman sănătos”, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 184, nr. 8 (15 octombrie 2011): 957–63.

Cu toate acestea, se știe deja că germenii din gâtul fumătorilor sunt diferiți de cei ai nefumătorilor, ceea ce indică probabil că fumatul este dăunător nu numai pentru noi înșine, ci și pentru creaturile care trăiesc în interiorul nostru. 15
A. Morris și colab., „Compararea microbiomului respirator la nefumătorii și fumătorii sănătoși”, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 187, nr. 10 (15 mai 2013): 1067–75.

Gura si stomacul

Este posibil să fi auzit doar de bacteriile rele din gură – cele care cauzează bolile gingiilor și cariile dentare. Unul dintre ei, Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans), este aceeași creatură care ne distruge dinții. A apărut, se pare, în legătură cu dezvoltarea agriculturii 16
O. E. Cornejo și colab., „Genomica evolutivă și a populației a cavității care cauzează bacteriile Streptococcus Mutans”, Biologie moleculară și evoluție 30, nr. 4 (aprilie 2013): 881–93.

Când dieta strămoșilor noștri era dramatic îmbogățită cu carbohidrați, în special zaharuri.

La fel ca șobolanii pe care i-am domesticit fără să vrea și ne hrănesc cu gunoiul, unele bacterii au învățat să trăiască în corpurile noastre. Din fericire, majoritatea bacteriilor „domesticate” sunt benefice – formează un biofilm care ține departe bacteriile „rele”. Microbii bucali pot ajuta chiar la reglarea tensiunii arteriale prin relaxarea arterelor cu protoxid de azot (vărul de protoxid de azot pe care l-ai experimentat în timp ce stai pe scaunul dentistului).

O altă specie, bagheta lui Plaut ( Fusobacterium nucleatum), prezentă de obicei în gura unei persoane sănătoase, dar poate contribui și la dezvoltarea bolii parodontale 17
J. Slots, „Microflora cultivabilă predominantă a parodontitei avansate”, Jurnalul scandinav de cercetare dentară 85, nr. 2 (ianuarie/februarie 1977): 114–21.

. F. nucleatum prezintă interes deoarece aceste bacterii se găsesc în interiorul tumorilor de colon 18
M. Castellarin și colab., „Infecția cu Fusobacterium Nucleatum este prevalentă în carcinomul colorectal uman”, Cercetarea genomului 22, nr. 2 (februarie 2012): 299–306; M. R. Rubinstein și colab., „Fusobacterium Nucleatum promovează carcinogeneza colorectală prin modularea semnalizării E-Cadherin/BetaCatenin prin intermediul adezinei FadA” Gazdă celulară și microbi 14, nr. 2 (14 august 2013): 195–206; A. D. Kostic și colab., „Fusobacterium Nucleatum Potentiates Intestinal Tumorigeneza și Modulates the Tumor-Immun Micromedial,” Gazdă celulară și microbi 14 (2013): 207–15; R. L. Warren și colab., „Apariția concomitentă a bacteriilor anaerobe în carcinoamele colorectale”, Microbiomul 1, nr. 1 (15 mai 2013): 16; L. Flanagan și colab., „Fusobacterium Nucleatum se asociază cu etapele dezvoltării neoplaziei colorectale, cancerului colorectal și rezultatului bolii”, Jurnalul European de Microbiologie Clinică și Boli Infecțioase: Publicația Oficială a Societății Europene de Microbiologie Clinică 33, nr. 8 (august 2014): 1381–90.

Dar nu știm încă dacă aceasta este o cauză sau o consecință: dacă F. nucleatum cauzează cancer sau este pur și simplu o reacție la condițiile în care se dezvoltă tumora.

Vezi ce e în tine. Cum microbii care trăiesc în corpul nostru ne determină sănătatea și personalitatea

Impactul enorm al microbilor mici

ROB KNIGHT

CU BRENDAN BUHLER

TED, sigla TED și TED Books sunt mărci comerciale ale TED Conferences, LLC

TED BOOKS și colophon sunt mărci comerciale înregistrate ale TED Conferences, LLC

Coperta și design interior de MGMT. design Ilustrații de Olivia de Salve Villedieu

© 2015 de Rob Knight. Toate drepturile rezervate.

© E. Valkina, traducere în rusă, 2015

© Editura AST LLC, 2015

Editura CORPUS ®

Părinților mei, Alison și John, cu recunoștință pentru genele, ideile și microbii lor

cuvânt înainte

Știm cine ești: o ființă umană, un animal cu două picioare cu posibilități infinite de minte, un moștenitor al tot ceea ce există, care nu a citit niciodată un singur acord de utilizare până la sfârșit - doar bifează acolo unde este necesar. Și acum fă cunoștință, ești și tu: trilioane de creaturi minuscule care trăiesc în ochii tăi, urechile și moșiile vaste, numite intestinele tale. Și acest microcosmos interior îți poate schimba înțelegerea bolilor tale, a sănătății tale și a ta.

Datorită noilor tehnologii (dintre care multe au fost dezvoltate în ultimii ani), oamenii de știință știu astăzi mai multe despre formele de viață microscopice din interiorul nostru decât oricând. Și ceea ce învățăm este uimitor. Aceste organisme unicelulare - microbi - nu numai că sunt mult mai numeroase decât credeam, ci trăiesc în număr inimaginabil în aproape fiecare colț al corpului nostru și joacă un rol mult mai important decât ne-am putea imagina vreodată: atât de multe aspecte ale vieții noastre depind. asupra lor.sănătatea şi chiar personalitatea noastră.

Colecția de creaturi microscopice pentru care corpul nostru servește drept casă se numește microbiotă umană (uneori și microfloră și microfaună), iar totalitatea genelor lor se numește microbiomul uman. Și, așa cum se întâmplă adesea cu descoperirile științifice, faptele noi despre microcosmos ne fac să ne umilăm ego-urile. Astronomia ne-a explicat deja că planeta noastră nu este deloc centrul universului, evoluția ne-a învățat că omul este doar una dintre speciile de animale. Compilarea microbiomului uman ne învață că, în casa corpului nostru, propria noastră voce este înecată de un cor de forme de viață independente (și interdependente) cu propriile lor agende și agende.

Câte microorganisme sunt în interiorul nostru? Sunteți alcătuit din aproximativ zece trilioane de celule umane - dar corpul dumneavoastră conține aproximativ o sută de trilioane de celule microbiene. Adică ești, în mare măsură, nu tu.

Dar asta nu înseamnă că o persoană este doar un recipient pentru creaturi mici care au pătruns accidental în corpul său și au răspândit boli. De fapt, trăim în echilibru cu întreaga comunitate de microorganisme care locuiește în noi. Rolul lor nu se limitează la rolul pasagerilor pasivi - ei sunt implicați în procese fundamentale ale vieții, inclusiv digestia, răspunsurile imune și chiar comportamentul.

Totalitatea microbilor din noi reprezintă ceva ca unificarea diferitelor comunități. Diferite părți ale corpului sunt locuite de diferite grupuri de specii care au funcții specializate. Microbii care trăiesc în gură sunt diferiți de cei care trăiesc pe piele sau în intestin. Nu suntem doar indivizi; fiecare dintre noi este un ecosistem.

Diversitatea microorganismelor ajută la explicarea chiar și a unor astfel de caracteristici individuale pe care obișnuiam să le atribuim întâmplării sau ghinionului. De ce unii dintre noi iubesc atât de mult țânțarii? De exemplu, acești mici demoni cu greu mă mușcă, în timp ce zboară către prietena mea Amanda ca albinele la miere. Se pare că unii dintre noi într-adevăr mai gustoase din punctul de vedere al țânțarilor, iar motivul principal pentru o astfel de „apetisantă” selectivă este diferențele de compoziție a comunităților microbiene care trăiesc pe pielea noastră (mai multe despre asta în capitolul 1).

Și asta nu este tot: varietatea de microbi care trăiesc pe și în interiorul nostru este uimitoare. Probabil ați auzit că dacă comparăm ADN-ul, atunci toți oamenii suntem aproximativ la fel: genomul nostru este în proporție de 99,99% la fel cu genomul oricărei alte persoane, cum ar fi vecinul dvs. Dar acest lucru nu se aplică microflorei intestinelor tale: doar 10% dintre microbi se potrivesc aici.

Acest lucru poate explica diferențele uriașe dintre oameni - de la diferențe de greutate la alergii diferite, de la probabilitatea de a se îmbolnăvi până la nivelul de anxietate. Abia începem să sistematizăm – și să înțelegem – acest microcosmos nemărginit, dar concluziile primelor studii sunt deja copleșitoare.

Diversitatea nesfârșită a lumii microbiene este deosebit de impresionantă dacă ne gândim că în urmă cu doar patruzeci de ani nu aveam idee cât de numeroase sunt organismele unicelulare și cât număr incredibil de specii numărau acestea. Înainte de aceasta, principiile de bază ale clasificării organismelor vii se bazau pe cartea lui Charles Darwin „Originea speciilor”, care a fost publicată în 1859. Darwin a desenat un arbore al evoluției, grupând toate organismele după caracteristici fizice comune: cinteze cu cinteze scurte, cinteze cu cicuri lungi și așa mai departe; iar multă vreme acest principiu a rămas la baza clasificării şi taxonomiei.

Ideile tradiționale despre viață se bazau pe ceea ce oamenii puteau vedea în lumea din jurul lor - cu ochiul liber sau printr-un microscop. Organismele mai mari au fost împărțite în plante, animale și ciuperci. Organismele unicelulare rămase s-au împărțit în două mari categorii: protisti (protozoare) și bacterii. Cât despre plante, animale și ciuperci, am avut dreptate. Dar ideile noastre despre organismele unicelulare s-au dovedit a fi absolut eronate.

În 1977, microbiologii americani Carl Woese și George E. Fox au propus o nouă versiune a „pomului vieții”, bazată pe compararea diferitelor forme de viață la nivel celular folosind acidul ribonucleic ribozomal, o rudă a ADN-ului, care este prezent. în orice celulă și este implicată în sinteza proteinelor. Poza era uluitoare. Woese și Fox au descoperit că organismele unicelulare sunt mai diverse decât toate plantele și animalele la un loc. După cum sa dovedit, animale, plante, ciuperci; toți oamenii, meduze, gândaci de bălegar; orice fir de alge, orice petec de mușchi, cățărând sequoia din California; toți lichenii și ciupercile de pădure - toate viețuitoarele pe care le vedem în jurul nostru - sunt doar trei lăstari la capătul unei ramuri a arborelui evolutiv. Principalii săi locuitori sunt organisme unicelulare: bacterii, arhee (care au fost mai întâi izolate ca grup separat de Woese și Fox), drojdie și alte forme de viață.

Doar în ultimii câțiva ani, a avut loc o descoperire în înțelegerea microvieții din noi, pe care o datorăm noilor tehnologii, în special progresului secvențierii ADN și exploziei puterii computerelor. Astăzi, printr-un proces numit secvențiere de generație următoare, putem preleva mostre de celule din diferite părți ale corpului, putem analiza rapid ADN-ul microbian pe care îl conțin, putem compara și combina cu informațiile de la alte organe pentru a identifica miile de specii de microorganisme care ne numesc. corpul lor casa.. În acest fel, găsim bacterii, arhee, drojdii și alte organisme unicelulare (în special eucariote) al căror genom combinat este mai lung decât al nostru.

Impactul enorm al microbilor mici

ROB KNIGHT

CU BRENDAN BUHLER

TED, sigla TED și TED Books sunt mărci comerciale ale TED Conferences, LLC

TED BOOKS și colophon sunt mărci comerciale înregistrate ale TED Conferences, LLC

Coperta și design interior de MGMT. design Ilustrații de Olivia de Salve Villedieu

© 2015 de Rob Knight. Toate drepturile rezervate.

© E. Valkina, traducere în rusă, 2015

© Editura AST LLC, 2015

Editura CORPUS ®

* * *

Părinților mei, Alison și John, cu recunoștință pentru genele, ideile și microbii lor

cuvânt înainte

Știm cine ești: o ființă umană, un animal cu două picioare cu posibilități infinite de minte, un moștenitor al tot ceea ce există, care nu a citit niciodată un singur acord de utilizare până la sfârșit - doar bifează acolo unde este necesar. Și acum fă cunoștință, ești și tu: trilioane de creaturi minuscule care trăiesc în ochii tăi, urechile și moșiile vaste, numite intestinele tale. Și acest microcosmos interior îți poate schimba înțelegerea bolilor tale, a sănătății tale și a ta.

Datorită noilor tehnologii (dintre care multe au fost dezvoltate în ultimii ani), oamenii de știință știu astăzi mai multe despre formele de viață microscopice din interiorul nostru decât oricând. Și ceea ce învățăm este uimitor. Aceste organisme unicelulare - microbi - nu numai că sunt mult mai numeroase decât credeam, ci trăiesc în număr inimaginabil în aproape fiecare colț al corpului nostru și joacă un rol mult mai important decât ne-am putea imagina vreodată: atât de multe aspecte ale vieții noastre depind. asupra lor.sănătatea şi chiar personalitatea noastră.



Colecția de creaturi microscopice pentru care corpul nostru servește drept casă se numește microbiotă umană (uneori și microfloră și microfaună), iar totalitatea genelor lor se numește microbiomul uman. Și, așa cum se întâmplă adesea cu descoperirile științifice, faptele noi despre microcosmos ne fac să ne umilăm ego-urile. Astronomia ne-a explicat deja că planeta noastră nu este deloc centrul universului, evoluția ne-a învățat că omul este doar una dintre speciile de animale. Compilarea microbiomului uman ne învață că, în casa corpului nostru, propria noastră voce este înecată de un cor de forme de viață independente (și interdependente) cu propriile lor agende și agende.

Câte microorganisme sunt în interiorul nostru? Sunteți alcătuit din aproximativ zece trilioane de celule umane - dar corpul dumneavoastră conține aproximativ o sută de trilioane de celule microbiene. Adică ești, în mare măsură, nu tu.

Dar asta nu înseamnă că o persoană este doar un recipient pentru creaturi mici care au pătruns accidental în corpul său și au răspândit boli. De fapt, trăim în echilibru cu întreaga comunitate de microorganisme care locuiește în noi. Rolul lor nu se limitează la rolul pasagerilor pasivi - ei sunt implicați în procese fundamentale ale vieții, inclusiv digestia, răspunsurile imune și chiar comportamentul.

Totalitatea microbilor din noi reprezintă ceva ca unificarea diferitelor comunități. Diferite părți ale corpului sunt locuite de diferite grupuri de specii care au funcții specializate. Microbii care trăiesc în gură sunt diferiți de cei care trăiesc pe piele sau în intestin. Nu suntem doar indivizi; fiecare dintre noi este un ecosistem.

Diversitatea microorganismelor ajută la explicarea chiar și a unor astfel de caracteristici individuale pe care obișnuiam să le atribuim întâmplării sau ghinionului. De ce unii dintre noi iubesc atât de mult țânțarii? De exemplu, acești mici demoni cu greu mă mușcă, în timp ce zboară către prietena mea Amanda ca albinele la miere. Se pare că unii dintre noi într-adevăr mai gustoase din punctul de vedere al țânțarilor, iar motivul principal pentru o astfel de „apetisantă” selectivă este diferențele de compoziție a comunităților microbiene care trăiesc pe pielea noastră (mai multe despre asta în capitolul 1).

Și asta nu este tot: varietatea de microbi care trăiesc pe și în interiorul nostru este uimitoare. Probabil ați auzit că dacă comparăm ADN-ul, atunci toți oamenii suntem aproximativ la fel: genomul nostru este în proporție de 99,99% la fel cu genomul oricărei alte persoane, cum ar fi vecinul dvs. Dar acest lucru nu se aplică microflorei intestinelor tale: doar 10% dintre microbi se potrivesc aici.



Acest lucru poate explica diferențele uriașe dintre oameni - de la diferențe de greutate la alergii diferite, de la probabilitatea de a se îmbolnăvi până la nivelul de anxietate. Abia începem să sistematizăm – și să înțelegem – acest microcosmos nemărginit, dar concluziile primelor studii sunt deja copleșitoare.

Diversitatea nesfârșită a lumii microbiene este deosebit de impresionantă dacă ne gândim că în urmă cu doar patruzeci de ani nu aveam idee cât de numeroase sunt organismele unicelulare și cât număr incredibil de specii numărau acestea. Înainte de aceasta, principiile de bază ale clasificării organismelor vii se bazau pe cartea lui Charles Darwin „Originea speciilor”, care a fost publicată în 1859. Darwin a desenat un arbore al evoluției, grupând toate organismele după caracteristici fizice comune: cinteze cu cinteze scurte, cinteze cu cicuri lungi și așa mai departe; iar multă vreme acest principiu a rămas la baza clasificării şi taxonomiei.

Ideile tradiționale despre viață se bazau pe ceea ce oamenii puteau vedea în lumea din jurul lor - cu ochiul liber sau printr-un microscop. Organismele mai mari au fost împărțite în plante, animale și ciuperci. Organismele unicelulare rămase s-au împărțit în două mari categorii: protisti (protozoare) și bacterii. Cât despre plante, animale și ciuperci, am avut dreptate. Dar ideile noastre despre organismele unicelulare s-au dovedit a fi absolut eronate.

2023 nowonline.ru
Despre medici, spitale, clinici, maternități