grenzen voor jonge geesten

het microbioom—een nieuw menselijk orgaan?

stel je de opwinding voor als artsen plotseling een nieuw orgaan in het menselijk lichaam ontdekken! Dit is precies wat er de afgelopen jaren is gebeurd. We weten nu dat we, naast de longen, nieren, hersenen, lever en hart, een ander orgaan hebben om te overwegen—het microbioom., Dit nieuwe orgaan is compleet anders, omdat het is gemaakt van microben in plaats van menselijke cellen. Microben zijn kleine organismen waaronder bacteriën. Het verbazingwekkende aan dit nieuwe orgel is dat we zonder orgel geboren worden. Terwijl we geboren worden, krijgen we bacteriën van onze moeders en dan gaan we door met het toevoegen van meer en meer bacteriën uit de omgeving, totdat we ongeveer 1.000 verschillende soorten bacteriën op en in ons lichaam hebben. Bacteriën zijn klein, maar ze kunnen zich zeer snel vermenigvuldigen, en binnen slechts een paar uur kan één bacterie duizenden of zelfs miljoenen nieuwe bacteriën worden., Iedereen heeft een unieke microbioom, anders dan iedereen. We hebben onze microbiomen voor ons hele leven. Microbiome wordt meestal gevestigd in de darm, maar er is ook een huid microbiome en een long microbiome.

maar wacht-bacteriën leven ons hele leven bij ons? De meesten van ons denken dat bacteriën alleen aanwezig zijn op vuile dingen, maar ze zijn overal, ook in ons. Bacteriën maken ons niet alleen ziek—ze kunnen veel nuttige banen doen, zoals het omzetten van melk in yoghurt en kaas, of het helpen van planten om te groeien., We hebben de bacteriën in onze microbiomen nodig om ons te helpen ons voedsel te verteren en om ons immuunsysteem te” trainen”, onder andere belangrijke rollen. Honderden laboratoria rond de wereld werken om de andere rollen te begrijpen die microbiome in menselijke gezondheid speelt. Het onderzoek heeft gevonden dat de mensen met bepaalde ziekten en voorwaarden zoals ontstekingsdarmziekte of bepaalde kanker verschillende microbiomes dan gezonde mensen hebben, maar het is moeilijk geweest om te tonen of de veranderingen in microbiome van deze ziekten de oorzaak zijn., Naast het koppelen van het microbioom aan darm-en huidproblemen, heeft recent werk zelfs overtuigend bewijs geleverd dat bacteriën in de darm onze hersenen kunnen beïnvloeden! Bijvoorbeeld, toen de onderzoekers het darmmicrobioom van mensen die aan depressie in ratten lijden overbrachten, begonnen de dieren gedrag aan te tonen dat ook kenmerkend voor depressie is. De microbiomes van niet-depressieve mensen hadden dit effect niet.,

bacteriofagen-virussen die bacteriën infecteren

onze microbiomen bevatten biljoenen bacteriën die in en op ons lichaam leven, maar de diversiteit van het leven in ons houdt daar niet op. Jonathan Swift was een Ierse dichter die schreef de tekst:

Dus, naturalisten observeren, een vlo

kleinere vlooien die op hem prooi;

En deze hebben nog kleinere bijten ‘em,

En zo verder ad infinitum.Swift had nog nooit van het microbioom gehoord, maar hij beschreef het perfect., We hebben bacteriën die op ons leven, en bacteriën hebben bacteriële virussen die op hen leven (figuur 1). Deze virussen worden bacteriofagen (of Fagen) genoemd. Virussen verschillen van bacteriën in die zin dat ze niet gemaakt zijn van cellen, maar in plaats daarvan bestaan uit een stuk DNA (of RNA) verpakt in een eiwitlaag. Virussen zijn zo klein dat we ze niet kunnen zien met normale microscopen. Om je een idee te geven van hun grootte, als een faag de grootte van de periode aan het einde van deze zin zou zijn, dan zouden de mensen bijna 4 mijl (6 km) hoog zijn! Fagen zijn de eenvoudigste en meest voorkomende organismen op aarde.,

Fagen zijn echt heel mooi (figuur 2) en de manier waarop ze zich voortplanten is heel interessant. Een faag hecht zich aan een bacterie en injecteert zijn DNA in de bacteriële cel., De bacterie verandert dan in een fagenfabriek, die wel 100 nieuwe fagen produceert voordat hij barst, waardoor de Fagen vrijkomen om meer bacteriën aan te vallen. Dit betekent dat Fagen veel sneller kunnen groeien dan bacteriën. In sommige landen, met name in Oost-Europa, worden Fagen eigenlijk gebruikt om bacteriële infecties te behandelen. Elke faag kan maar één type bacterie doden, dus als een arts weet wat voor soort bacterie een patiënt infecteert, is het mogelijk om de patiënt een faag te geven die dat type bacterie kan infecteren en doden. Fagen kunnen menselijke cellen niet infecteren en vormen dus geen bedreiging voor ons.,

Fagen in ons

we weten al jaren dat er veel Fagen in de darm aanwezig zijn, maar we wisten er eigenlijk niet veel over. Dus begonnen we ze te bestuderen., Eerst scheidden we de Fagen van al het andere in de darmen, en dan sequentieerden we ze. Het rangschikken stond ons toe om het faagdna te” lezen ” en te voorspellen hoeveel en welke soorten Fagen aanwezig zijn. We waren verbaasd te horen dat er tienduizenden verschillende Fagen in de menselijke darm zitten. De meesten waren volledig onbekend. Sommige Fagen in de darm zijn heel eenvoudig en hebben slechts drie genen, terwijl andere enorm zijn en meer dan 500 genen hebben.

als er veel Fagen in de darm aanwezig zijn en ze zich zeer snel vermenigvuldigen, waarom wissen ze dan niet gewoon alle darmbacteriën uit?, Nou, zoals vaak het geval is in de wetenschap, het antwoord is vrij ingewikkeld. Soms kan de faag gewoon zijn juiste bacteriële doel niet vinden in de zeer drukke omgeving van de darm. Ook, kunnen bacteriën zich tegen Fagen op verschillende manieren verdedigen, met inbegrip van het verhinderen van de faag van vasthechting, het hakken van het DNA van de faag als het de cel binnenkomt, en zelfs het nemen van de drastische stap van het plegen van “zelfmoord” om te voorkomen dat de faag zich vermenigvuldigt en de naaste verwanten van de bacteriën aanvalt., Dientengevolge, is er een complex evenwicht tussen Fagen en bacteriën in de darm, en een stabiele relatie wordt gevormd. De bacteriën evolueren constant om Fagen te bestrijden en de Fagen evolueren ook snel om bacteriële afweer te overwinnen.

Waarom is het belangrijk om bacteriofagen te bestuderen?

Waarom zijn we geïnteresseerd in het bestuderen van Fagen in de darm? Waarom financiert iemand laboratoria zoals de onze en anderen die proberen deze eenvoudige maar complexe wezens te begrijpen? Een uitstekende reden is dat we veel fundamentele biologische principes kunnen leren door Fagen te bestuderen., Juist daarom zijn er heel wat Nobelprijzen toegekend aan faagonderzoekers. Zo onlangs als 2018 werd de Nobelprijs in chemie toegekend aan George Smith en Gregory Winter die het feit gebruikten dat faag snel groeien en muteren om nieuwe antilichamen te ontwikkelen die zijn gebruikt om vele ziekten, met inbegrip van sommige vormen van kanker te genezen.

een andere reden waarom we Fagen in de darm bestuderen is dat we hopen dat ze ons een zeer precieze manier kunnen bieden om het microbioom te manipuleren of te engineeren., Onze hypothese is dat Fagen een van de belangrijkste onderdelen van het microbioom zijn, en we ontwerpen en voeren experimenten uit om dat idee te testen. Eén ding dat we doen is de faag van een gezond microbioom overbrengen naar een microbioom dat beschadigd is door antibiotica, om te zien of we een gezond microbioom kunnen herstellen.

zelfs als onze hypothese verkeerd blijkt te zijn, zullen we vrijwel zeker nog veel dingen leren langs de weg., Maar als we gelijk hebben, kunnen artsen op een dag Fagen gebruiken om het microbioom te veranderen van een ongezonde naar een gezonde toestand, wat mogelijk kan helpen om verschillende ziekten of aandoeningen te genezen. Misschien door zeer hoge aantallen Fagen tegen een paar specifieke doelbacteriën toe te voegen, konden wij microbiome op een positieve manier veranderen. Misschien zal er een tijd in de toekomst zijn wanneer we een beschadigd microbioom kunnen “repareren” met behulp van fagen, vergelijkbaar met de manier waarop chirurgen momenteel precies op een beschadigd hart of lever kunnen werken., Maar dit zal alleen mogelijk zijn als we een veel beter begrip hebben van de aantallen en de aard van onze Fagen, en er moeten zoveel experimenten worden gedaan om tot dat punt te komen.een beroemde wetenschapper genaamd Sir Peter Medawar beschreef virussen ooit als “een stuk slecht nieuws verpakt in een eiwit”, maar in de toekomst hopen we aan te tonen dat Fagen ” een kans verpakt in een eiwit zijn.”

verklarende woordenlijst

Microbiome: de verzameling van alle microben in een bepaalde omgeving, zoals in het menselijk lichaam.,

microben: microscopische organismen, zoals bacteriën, schimmels en bacteriofagen.

bacteriën: een type microbe. Een bacterie is een enkele cel die zich kan verdelen om twee cellen te vormen.

Virus: een type microbe dat cellen kan infecteren. Menselijke virussen infecteren menselijke cellen, plantenvirussen infecteren plantencellen, enz.

bacteriofaag: een virus dat bacteriën infecteert, ook wel een faag genoemd.

DNA: het molecuul dat alle informatie in de vorm van genen bevat die nodig is om eiwitten aan te maken. Alle organismen krijgen hun DNA van hun ouders.,

belangenconflict

de auteur verklaart dat het onderzoek werd uitgevoerd in afwezigheid van commerciële of financiële relaties die als een potentieel belangenconflict kunnen worden opgevat.