Grenzen für junge Köpfe

Das Mikrobiom—Ein Neues Menschliches Organ?

Stellen Sie sich die Aufregung vor, wenn Ärzte plötzlich ein neues Organ im menschlichen Körper entdecken! Genau das ist in den letzten Jahren passiert. Wir wissen jetzt, dass wir neben Lunge, Nieren, Gehirn, Leber und Herz ein weiteres Organ zu berücksichtigen haben—das Mikrobiom., Dieses neue Organ ist völlig anders, weil es eher aus Mikroben als aus menschlichen Zellen besteht. Mikroben sind winzige Organismen, zu denen Bakterien gehören. Eine erstaunliche Sache an diesem neuen Organ ist, dass wir ohne es geboren werden. Während wir geboren werden, bekommen wir Bakterien von unseren Müttern und fügen dann immer mehr Bakterien aus der Umwelt hinzu, bis wir ungefähr 1,000 verschiedene Arten von Bakterien in und in unserem Körper haben. Bakterien sind winzig, aber sie können sich sehr schnell vermehren, und innerhalb weniger Stunden kann ein Bakterium zu Tausenden oder sogar Millionen neuer Bakterien werden., Jeder hat ein einzigartiges Mikrobiom, das sich von allen anderen unterscheidet. Wir haben unsere Mikrobiome für unser ganzes Leben. Das Mikrobiom befindet sich hauptsächlich im Darm, aber es gibt auch ein Hautmikrobiom und ein Lungenmikrobiom.

Aber warte-Bakterien leben unser ganzes Leben bei uns? Die meisten von uns denken, dass Bakterien nur auf schmutzigen Dingen vorhanden sind,aber sie sind überall, auch in uns. Bakterien machen uns nicht nur krank—sie können viele nützliche Aufgaben erledigen, wie die Umwandlung von Milch in Joghurt und Käse oder das Wachstum von Pflanzen., Wir brauchen die Bakterien in unseren Mikrobiomen, die uns helfen, unsere Nahrung zu verdauen und unser Immunsystem zu „trainieren“, neben anderen wichtigen Rollen. Hunderte von Labors auf der ganzen Welt arbeiten daran, die anderen Rollen zu verstehen, die das Mikrobiom für die menschliche Gesundheit spielt. Untersuchungen haben ergeben, dass Menschen mit bestimmten Krankheiten und Zuständen wie entzündlichen Darmerkrankungen oder bestimmten Krebsarten unterschiedliche Mikrobiome haben als gesunde Menschen, aber es war schwierig zu zeigen, ob Veränderungen im Mikrobiom für diese Krankheiten verantwortlich sind., Neben der Verknüpfung des Mikrobioms mit Darm-und Hautproblemen haben jüngste Arbeiten sogar überzeugende Beweise dafür geliefert, dass Bakterien im Darm unser Gehirn beeinflussen können! Zum Beispiel, als Forscher das Darmmikrobiom von Menschen mit Depressionen in Ratten transferierten, begannen die Tiere Verhaltensweisen zu zeigen, die auch für Depressionen charakteristisch sind. Die Mikrobiome von nicht depressiven Menschen hatten diesen Effekt nicht.,

Bakteriophagen-Viren, die Bakterien infizieren

Unsere Mikrobiome enthalten Billionen von Bakterien, die in und auf unserem Körper leben, aber die Vielfalt des Lebens in uns hört hier nicht auf. Jonathan Swift war ein irischer Dichter, der die Zeilen schrieb:

Also, Naturforscher beobachten, ein Floh

Hat kleinere Flöhe, die auf ihm Beute;

Und diese haben kleinere noch zu beißen ‚em,

Und so weiter.infinitum.

Swift hatte noch nie von dem Mikrobiom gehört, aber er beschrieb es perfekt., Wir haben Bakterien, die auf uns leben, und Bakterien haben bakterielle Viren, die auf ihnen leben (Abbildung 1). Diese Viren werden Bakteriophagen (oder Phagen) genannt. Viren unterscheiden sich von Bakterien dadurch, dass sie nicht aus Zellen bestehen, sondern aus einem Stück DNA (oder RNA) bestehen, das in einer Proteinhülle verpackt ist. Viren sind so klein, dass wir sie mit normalen Mikroskopen nicht sehen können. Um Ihnen ein Gefühl für ihre Größe zu geben, wenn eine Phage am Ende dieses Satzes die Größe der Periode hätte, wären die Menschen fast 6 km groß! Phagen sind die einfachsten und am häufigsten vorkommenden Organismen auf der Erde.,

Phagen sind wirklich sehr schön (Abbildung 2) und die Art, wie Sie sich fortpflanzen, Recht interessant. Ein Phage bindet an ein Bakterium und injiziert seine DNA in die Bakterienzelle., Das Bakterium verwandelt sich dann in eine Phagenfabrik und produziert bis zu 100 neue Phagen, bevor es platzt, wodurch die Phagen freigesetzt werden, um mehr Bakterien anzugreifen. Dies bedeutet, dass Phagen viel schneller wachsen können als Bakterien. In einigen Ländern, insbesondere in Osteuropa, werden Phagen tatsächlich zur Behandlung bakterieller Infektionen eingesetzt. Wenn also ein Arzt weiß, welche Art von Bakterien einen Patienten infiziert, kann es möglich sein, dem Patienten einen Phagen zu geben, der diese Art von Bakterien infizieren und abtöten kann. Phagen können menschliche Zellen nicht infizieren und stellen daher keine Bedrohung für uns dar.,

Phagen In uns

Wir wissen seit Jahren, dass viele Phagen im Darm vorhanden sind, aber wir wussten wirklich nicht viel über sie. Also begannen wir, sie zu studieren., Zuerst trennten wir die Phagen von allem anderen im Darm und sequenzierten sie dann. Durch die Sequenzierung konnten wir die Phagen-DNA „lesen“ und vorhersagen, wie viele und welche Arten von Phagen vorhanden sind. Wir waren erstaunt zu erfahren, dass es Zehntausende von verschiedenen Phagen im menschlichen Darm gibt. Die meisten von Ihnen waren völlig unbekannt. Einige der Darm-Phagen sind sehr einfach und haben nur drei Gene, während andere riesig sind und mehr als 500 Gene haben.

Wenn viele Phagen im Darm vorhanden sind und sie sich sehr schnell vermehren, warum wischen sie dann nicht einfach alle Darmbakterien aus?, Nun, wie es oft in der Wissenschaft der Fall ist, ist die Antwort ziemlich kompliziert. Manchmal kann der Phage sein korrektes bakterielles Ziel in der sehr überfüllten Umgebung des Darms einfach nicht finden. Außerdem können sich Bakterien auf verschiedene Weise gegen Phagen verteidigen, einschließlich der Verhinderung der Anhaftung des Phagen, des Zerhackens der DNA des Phagen beim Eintritt in die Zelle und sogar des drastischen Schrittes, „Selbstmord“ zu begehen, um zu verhindern, dass sich der Phage vermehrt und die nahen Verwandten der Bakterien angreift., Dadurch entsteht ein komplexes Gleichgewicht zwischen Phagen und Bakterien im Darm und es entsteht eine stabile Beziehung. Bakterien entwickeln sich ständig weiter, um Phagen zu bekämpfen, und die Phagen entwickeln sich auch schnell, um bakterielle Abwehrkräfte zu überwinden.

Warum ist es wichtig, Bakteriophagen zu untersuchen?

Warum sind wir daran interessiert, Phagen im Darm zu studieren? Warum finanziert jemand Labore wie unsere und andere, die versuchen, diese einfachen, aber komplexen Kreaturen zu verstehen? Ein ausgezeichneter Grund ist, dass wir durch das Studium von Phagen viele grundlegende biologische Prinzipien lernen können., Aus diesem Grund wurden Phagenforscher mit einigen Nobelpreisen ausgezeichnet. Erst 2018 wurde der Nobelpreis für Chemie an George Smith und Gregory Winter verliehen, die die Tatsache nutzten, dass Phagen schnell wachsen und mutieren, um neue Antikörper zu entwickeln, die zur Heilung vieler Krankheiten, einschließlich einiger Krebsarten, verwendet wurden.

Ein weiterer Grund, warum wir Phagen im Darm untersuchen, ist, dass wir hoffen, dass sie uns eine sehr genaue Möglichkeit bieten, das Mikrobiom zu manipulieren oder zu konstruieren., Unsere Hypothese ist, dass Phagen einer der wichtigsten Teile des Mikrobioms sind, und wir entwerfen und führen Experimente durch, um diese Idee zu testen. Eine Sache, die wir tun, ist die Übertragung des Phagen von einem gesunden Mikrobiom in ein Mikrobiom, das durch Antibiotika geschädigt wurde, um zu sehen, ob wir ein gesundes Mikrobiom wiederherstellen können.

Selbst wenn sich unsere Hypothese als falsch herausstellt, werden wir mit ziemlicher Sicherheit noch viele Dinge lernen., Aber wenn wir Recht haben, dann könnten Ärzte eines Tages Phagen verwenden, um das Mikrobiom von einem ungesunden zu einem gesunden Zustand umzuformen, was möglicherweise dazu beitragen könnte, mehrere Krankheiten oder Störungen zu heilen. Vielleicht könnten wir durch Hinzufügen einer sehr hohen Anzahl von Phagen gegen einige bestimmte Zielbakterien das Mikrobiom positiv verändern. Vielleicht wird es in Zukunft eine Zeit geben, in der wir ein beschädigtes Mikrobiom mit Phagen „reparieren“ können, ähnlich wie Chirurgen derzeit genau an einem beschädigten Herzen oder einer beschädigten Leber operieren können., Dies wird jedoch erst möglich sein, wenn wir die Anzahl und Art unserer Phagen viel besser verstehen und so viele Experimente durchgeführt werden müssen, um zu diesem Punkt zu gelangen.

Ein berühmter Wissenschaftler namens Sir Peter Medawar beschrieb Viren einmal als „eine schlechte Nachricht, die in ein Protein eingewickelt ist“, aber in Zukunft hoffen wir zu zeigen, dass Phagen „eine Gelegenheit sind, die in ein Protein eingewickelt ist.“

Glossar

Mikrobiom: Die Sammlung aller Mikroben in einer bestimmten Umgebung, wie im menschlichen Körper.,

Mikrobe: Mikroskopisch kleine Organismen wie Bakterien, Pilze und Bakteriophagen.

Bakterien: Eine Art Mikrobe. Ein Bakterium ist eine einzelne Zelle, die sich zu zwei Zellen teilen kann.

Virus: Eine Art Mikrobe, die Zellen infizieren kann. Menschliche Viren infizieren menschliche Zellen, Pflanzenviren infizieren Pflanzenzellen usw.

Bakteriophage: Ein Virus, das Bakterien infiziert, auch Phage genannt.

DNA: Das Molekül, das alle Informationen in Form von Genen trägt, die zur Produktion von Proteinen benötigt werden. Alle Organismen erhalten ihre DNA von ihren Eltern.,

Interessenkonflikt

Der Autor erklärt, dass die Forschung ohne kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.