Frontiers for Young Minds (Polski)

mikrobiom-nowy narząd człowieka?

wyobraź sobie podniecenie, jeśli lekarze nagle odkryli nowy organ w ludzkim ciele! Dokładnie tak było w ciągu ostatnich kilku lat. Teraz wiemy, że oprócz płuc, nerek, mózgu, wątroby i serca, mamy jeszcze inny organ do rozważenia—mikrobiom., Ten nowy narząd jest zupełnie inny, ponieważ jest zbudowany z drobnoustrojów, a nie z ludzkich komórek. Drobnoustroje są drobnymi organizmami, które obejmują bakterie. Jedną niesamowitą rzeczą w tym nowym organie jest to, że rodzimy się bez niego. W miarę jak się rodzimy, dostajemy bakterie od naszych matek, a następnie nadal dodajemy coraz więcej bakterii ze środowiska, aż mamy około 1000 różnych rodzajów bakterii na i wewnątrz naszego ciała. Bakterie są małe, ale mogą namnażać się bardzo szybko, a w ciągu zaledwie kilku godzin jedna bakteria może stać się tysiącami, a nawet milionami nowych bakterii., Każdy ma unikalny mikrobiom, inny niż wszyscy inni. Mamy nasze mikrobiomy na całe życie. Mikrobiom znajduje się głównie w jelitach, ale istnieje również mikrobiom skórny i mikrobiom płucny.

ale czekaj—bakterie żyją z nami całe życie? Większość z nas myśli, że bakterie są obecne tylko na brudnych rzeczach, ale są one wszędzie, w tym wewnątrz nas. Bakterie nie tylko sprawiają, że jesteśmy chorzy—mogą wykonywać wiele przydatnych zadań, takich jak przekształcanie mleka w jogurt i ser lub pomaganie roślinom w rozwoju., Potrzebujemy bakterii w naszych mikrobiomach, aby pomóc nam trawić nasze jedzenie i „trenować” nasz układ odpornościowy, między innymi ważne role. Setki laboratoriów na całym świecie pracują nad zrozumieniem innych ról, jakie mikrobiom odgrywa w zdrowiu człowieka. Badania wykazały, że ludzie z pewnymi chorobami i warunkami, takimi jak choroba zapalna jelit lub niektóre nowotwory, mają różne mikrobiomy niż zdrowi ludzie, ale trudno było wykazać, czy zmiany w mikrobiomie są odpowiedzialne za te choroby., Oprócz powiązania mikrobiomu z problemami jelitowymi i skórnymi, ostatnie prace dostarczyły nawet przekonujących dowodów, że bakterie w jelitach mogą wpływać na nasz mózg! Na przykład, kiedy naukowcy przenieśli mikrobiom jelitowy od ludzi cierpiących na depresję na szczury, zwierzęta zaczęły wykazywać zachowania, które są również charakterystyczne dla depresji. Mikrobiomy z ludzi bez depresji nie miały tego efektu.,

bakteriofagi—wirusy, które infekują bakterie

nasze mikrobiomy zawierają biliony bakterii żyjących w i na naszym ciele, ale różnorodność życia żyjącego w nas nie kończy się na tym. Jonathan Swift był irlandzki poeta, który napisał Wiersze:

tak, naturaliści obserwować, pchła

ma mniejsze pchły, które na nim żerują;

I te mają mniejsze jeszcze ugryźć ’em,

I tak dalej ad infinitum.

Swift nigdy nie słyszał o mikrobiomie, ale opisał go doskonale., Mamy bakterie, które żyją na nas, a bakterie mają wirusy bakteryjne, które żyją na nich (rysunek 1). Wirusy te nazywane są bakteriofagami (lub fagami). Wirusy różnią się od bakterii tym, że nie są zbudowane z komórek, ale składają się z kawałka DNA (lub RNA) zapakowanego w płaszcz białkowy. Wirusy są tak małe, że nie możemy ich zobaczyć normalnymi mikroskopami. Aby dać wam poczucie ich wielkości, gdyby fagi były wielkości okresu na końcu tego zdania, ludzie mieliby prawie 4 mile (6 km) wysokości! Fagi są najprostszymi i najliczniejszymi organizmami na ziemi.,

fagi są naprawdę bardzo piękne (Rysunek 2), a sposób ich reprodukcji jest dość interesujący. FAG przyłącza się do bakterii i wstrzykuje jej DNA do komórki bakteryjnej., Następnie bakteria zamienia się w fabrykę fagów, produkującą aż 100 nowych fagów, zanim pęknie, uwalniając fagi, aby zaatakować więcej bakterii. Oznacza to, że fagi mogą rosnąć znacznie szybciej niż bakterie. W niektórych krajach, szczególnie w Europie Wschodniej, fagi są faktycznie stosowane w leczeniu zakażeń bakteryjnych. Każdy FAG może zabić tylko jeden rodzaj bakterii, więc jeśli lekarz wie, jaki rodzaj bakterii zaraża pacjenta, może być możliwe, aby dać pacjentowi fagę, która może zainfekować i zabić ten typ bakterii. Fagi nie mogą zainfekować ludzkich komórek, więc nie stanowią dla nas zagrożenia.,

fagi w nas

od lat wiemy, że wiele fagów jest obecnych w jelitach, ale tak naprawdę nie wiedzieliśmy o nich zbyt wiele. Więc zaczęliśmy je badać., Najpierw oddzieliliśmy fagi od wszystkiego innego w jelitach, a potem zsekwencjonowaliśmy je. Sekwencjonowanie pozwoliło nam „odczytać” DNA fagów i przewidzieć ile i jakie rodzaje fagów są obecne. Byliśmy zdumieni, gdy dowiedzieliśmy się, że w ludzkim jelicie są dziesiątki tysięcy różnych fagów. Większość z nich była zupełnie nieznana. Niektóre z fagów jelitowych są bardzo proste i mają tylko trzy geny, podczas gdy inne są ogromne i mają ponad 500 genów.

Jeśli w jelitach jest dużo fagów i bardzo szybko się replikują, dlaczego po prostu nie wymazują wszystkich bakterii jelitowych?, Cóż, jak to często bywa w nauce, odpowiedź jest dość skomplikowana. Czasami Fage po prostu nie może znaleźć właściwego celu bakteryjnego w bardzo zatłoczonym środowisku jelit. Ponadto bakterie mogą bronić się przed fagami na różne sposoby, w tym zapobiegać przyłączaniu się fagów, odcinać DNA fagów podczas wchodzenia do komórki, a nawet podejmować drastyczny krok popełnienia „samobójstwa”, aby zapobiec namnażaniu się fagów i atakowaniu bliskich krewnych bakterii., W rezultacie istnieje złożona równowaga między fagami a bakteriami w jelitach i powstaje stabilna relacja. Bakterie stale ewoluują w celu zwalczania fagów, a fagi szybko ewoluują w celu przezwyciężenia obrony bakteryjnej.

dlaczego ważne jest badanie bakteriofagów?

Dlaczego interesuje nas badanie fagów w jelitach? Dlaczego ktoś finansuje takie laboratoria jak nasz i inni, którzy próbują zrozumieć te proste, ale złożone stworzenia? Jednym z doskonałych powodów jest to, że możemy nauczyć się wielu podstawowych zasad biologicznych, studiując fagi., Z tego właśnie powodu naukowcy Fage otrzymali sporo nagród Nobla. Już w 2018 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii otrzymali George Smith i Gregory Winter, którzy wykorzystali fakt, że fagi szybko rosną i mutują, aby opracować nowe przeciwciała, które zostały wykorzystane do leczenia wielu chorób, w tym niektórych form raka.

innym powodem, dla którego badamy fagi w jelitach, jest to, że mamy nadzieję, że mogą one zapewnić nam bardzo precyzyjny sposób manipulowania lub inżynierii mikrobiomu., Nasza hipoteza jest taka, że fagi są jedną z najważniejszych części mikrobiomu, a my projektujemy i przeprowadzamy eksperymenty, aby przetestować tę ideę. Jedną z rzeczy, które robimy, jest przeniesienie fagów ze zdrowego mikrobiomu do mikrobiomu, który został uszkodzony przez antybiotyki, aby sprawdzić, czy możemy przywrócić zdrowy mikrobiom.

nawet jeśli nasza hipoteza okaże się błędna, prawie na pewno dowiemy się wielu rzeczy po drodze., Ale jeśli mamy rację, pewnego dnia lekarze mogą być w stanie użyć fagów do ponownego ukształtowania mikrobiomu z niezdrowego do zdrowego stanu, co może pomóc w wyleczeniu kilku chorób lub zaburzeń. Być może dodając bardzo dużą liczbę fagów przeciwko kilku konkretnym bakteriom docelowym, moglibyśmy zmienić mikrobiom w pozytywny sposób. Być może w przyszłości nadejdzie czas, kiedy będziemy mogli „naprawić” uszkodzony mikrobiom za pomocą fagów, podobnie jak chirurdzy mogą obecnie operować dokładnie na uszkodzonym sercu lub wątrobie., Ale będzie to możliwe tylko wtedy, gdy będziemy mieli znacznie lepsze zrozumienie liczb i natury naszych fagów, a tak wiele eksperymentów trzeba zrobić, aby dostać się do tego punktu.

znany naukowiec Sir Peter Medawar opisał kiedyś wirusy jako „kawałek złej wiadomości owiniętej w białko”, ale w przyszłości mamy nadzieję pokazać, że fagi są „szansą owiniętą w białko.”

Słowniczek

mikrobiom: zbiór wszystkich drobnoustrojów w określonym środowisku, np. w ludzkim ciele.,

drobnoustroje: mikroskopijne organizmy, takie jak bakterie, grzyby i bakteriofagi.

bakterie-rodzaj drobnoustrojów. Bakteria jest pojedynczą komórką, która może się dzielić, tworząc dwie komórki.

wirus: rodzaj drobnoustroju, który może infekować komórki. Wirusy ludzkie infekują komórki ludzkie, wirusy roślinne infekują komórki roślinne itp.

bakteriofag: wirus infekujący bakterie, zwany także fagiem.

DNA: cząsteczka, która przenosi wszystkie informacje w postaci genów potrzebnych do produkcji białek. Wszystkie organizmy mają swoje DNA od rodziców.,

konflikt interesów

autor oświadcza, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek relacji handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.