gränser för unga sinnen

microbiomen—ett nytt mänskligt Organ?

Föreställ dig spänningen om läkare plötsligt upptäckte ett nytt organ i människokroppen! Det är precis vad som har hänt de senaste åren. Vi vet nu att förutom lungorna, njurarna, hjärnan, leveren och hjärtat har vi ett annat organ att överväga—mikrobiomen., Detta nya organ är helt annorlunda, eftersom det är tillverkat av mikrober snarare än mänskliga celler. Mikrober är små organismer som innehåller bakterier. En fantastisk sak med detta nya organ är att vi är födda utan det. När vi föds får vi bakterier från våra mödrar och sedan fortsätter vi att lägga till fler och fler bakterier från miljön tills vi har cirka 1000 olika typer av bakterier på och inuti våra kroppar. Bakterier är små, men de kan föröka sig mycket snabbt, och inom bara några timmar kan en bakterie bli tusentals eller till och med miljontals nya bakterier., Alla har en unik mikrobiom, skiljer sig från alla andra. Vi har våra mikrobiom för hela vårt liv. Microbiomen ligger mestadels i tarmen, men det finns också en hudmikrobiom och en lungmikrobiom.

men vänta-bakterier lever med oss hela livet? De flesta av oss tycker att bakterier är närvarande endast på smutsiga saker, men de är överallt, inklusive inuti oss. Bakterier gör oss inte bara sjuka – de kan göra massor av användbara jobb, som att omvandla mjölk till yoghurt och ost, eller hjälpa växter att växa., Vi behöver bakterierna i våra mikrobiom för att hjälpa oss att smälta maten och” träna ” våra immunsystem, bland andra viktiga roller. Hundratals laboratorier runt om i världen arbetar för att förstå de andra roller som microbiomen spelar i människors hälsa. Forskning har visat att personer med vissa sjukdomar och tillstånd som inflammatorisk tarmsjukdom eller vissa cancerformer har olika mikrobiom än friska människor, men det har varit svårt att visa om förändringar i mikrobiomen är ansvariga för dessa sjukdomar., Förutom att koppla mikrobiomen till tarm-och hudproblem, har det senaste arbetet även gett övertygande bevis på att bakterier i tarmen kan påverka våra hjärnor! Till exempel, när forskare överförde tarmmikrobiomen från människor som lider av depression till råttor, började djuren visa beteenden som också är karakteristiska för depression. Mikrobiomerna från icke-deprimerade människor hade inte denna effekt.,

bakteriofager—virus som infekterar bakterier

våra mikrobiomer innehåller trillioner av bakterier som lever i och på våra kroppar, men mångfalden i livet som lever inom oss slutar inte där. Jonathan Swift var en irländsk poet som skrev raderna:

så, naturalister observera, en loppa

har mindre loppor som på honom byte;

och dessa har mindre fortfarande att bita ’em,

och så vidare ad infinitum.

Swift hade aldrig hört talas om mikrobiomen, men han beskrev det perfekt., Vi har bakterier som lever på oss, och bakterier har bakterievirus som lever på dem (Figur 1). Dessa virus kallas bakteriofager (eller fager). Virus skiljer sig från bakterier genom att de inte är gjorda av celler, utan består i stället av en bit DNA (eller RNA) förpackad i ett proteinskikt. Virus är så små att vi inte kan se dem med normala mikroskop. För att ge dig en känsla av deras storlek, om en fag var storleken på perioden i slutet av denna mening, skulle människor vara nästan 4 miles (6 km) lång! Fager är de enklaste och mest rikliga organismerna på jorden.,

fager är verkligen mycket vackra (figur 2) och hur de reproducerar är ganska intressant. En fag fäster vid en bakterie och injicerar sitt DNA i bakteriecellen., Bakterien förvandlas sedan till en fagfabrik, som producerar så många som 100 nya fager innan den spricker och frigör fagerna för att attackera fler bakterier. Detta innebär att fager kan växa mycket snabbare än bakterier. I vissa länder, särskilt i Östeuropa, används fager faktiskt för att behandla bakterieinfektioner. Varje FAG kan bara döda en typ av bakterier, så om en läkare vet vilken typ av bakterier infekterar en patient, kan det vara möjligt att ge patienten en fag som kan infektera och döda den typen av bakterier. Fager kan inte infektera mänskliga celler, så de utgör inget hot mot oss.,

fager inom oss

Vi har i åratal vetat att många fager finns i tarmen, men vi visste verkligen inte så mycket om dem. Så vi började studera dem., Först separerade vi Fagen bort från allt annat i tarmen, och sedan sekvenserade vi dem. Sekvensering gjorde det möjligt för oss att” läsa ” FAG-DNA och förutsäga hur många och vilka typer av fager som är närvarande. Vi blev förvånade över att lära oss att det finns tiotusentals olika Fager i den mänskliga tarmen. De flesta var helt okända. Några av tarmfagerna är mycket enkla och har bara tre gener, medan andra är stora och har mer än 500 gener.

om det finns massor av Fager i tarmen och de replikerar mycket snabbt, varför torkar de inte bara ut alla tarmbakterier?, Tja, som ofta är fallet i vetenskapen, är svaret ganska komplicerat. Ibland kan Fagen bara inte hitta sitt korrekta bakteriemål i tarmens mycket trånga miljö. Dessutom kan bakterier försvara sig mot fager på olika sätt, inklusive att förhindra att fagen fäster, hugga upp Fagens DNA när den kommer in i cellen och till och med ta det drastiska steget att begå ”självmord” för att förhindra att fagen multiplicerar och attackerar bakteriens nära släktingar., Som ett resultat finns det en komplex balans mellan fager och bakterier i tarmen, och ett stabilt förhållande bildas. Bakterier utvecklas ständigt för att bekämpa fager och fagerna utvecklas också snabbt för att övervinna bakteriella försvar.

Varför är det viktigt att studera bakteriofager?

Varför är vi intresserade av att studera Fager i tarmen? Varför finansierar någon laboratorier som våra och andra som försöker förstå dessa enkla men komplexa varelser? En utmärkt anledning är att vi kan lära oss många grundläggande biologiska principer genom att studera fager., En hel del Nobelpriser har tilldelats fagforskare av just den anledningen. Så sent som 2018 tilldelades Nobelpriset i kemi till George Smith och Gregory Winter som använde det faktum att phage växer och muterar snabbt för att utveckla nya antikroppar som har använts för att bota många sjukdomar, inklusive vissa former av cancer.

en annan anledning till att vi studerar Fager i tarmen är att vi hoppas att de kan ge oss ett mycket exakt sätt att manipulera eller konstruera mikrobiomen., Vår hypotes är att fager är en av de viktigaste delarna av mikrobiomen, och vi utformar och utför experiment för att testa den idén. En sak vi gör är att överföra Fagen från en hälsosam mikrobiom till en mikrobiom som har skadats av antibiotika, för att se om vi kan återställa en hälsosam mikrobiom.

även om vår hypotes visar sig vara fel, kommer vi nästan säkert fortfarande att lära oss massor av saker på vägen., Men om vi har rätt, kan läkare en dag kunna använda fager för att omforma mikrobiomen från ett ohälsosamt till ett hälsosamt tillstånd, vilket eventuellt kan hjälpa till att bota flera sjukdomar eller störningar. Kanske genom att lägga till mycket stora antal fager mot några specifika målbakterier, kan vi förändra mikrobiomen på ett positivt sätt. Kanske kommer det att finnas en tid i framtiden när vi kan ”fixa” en skadad mikrobiom med hjälp av fager, som liknar hur kirurger för närvarande kan fungera exakt på ett skadat hjärta eller lever., Men detta kommer bara att vara möjligt när vi har en mycket bättre förståelse för antalet och arten av våra fager, och så många experiment måste göras för att komma till den punkten.

en känd forskare vid namn Sir Peter Medawar beskrev en gång virus som ”en bit av dåliga nyheter insvept i ett protein”, men i framtiden hoppas vi visa att fager är ” en möjlighet insvept i ett protein.”

ordlista

mikrobiom: insamling av alla mikrober i en viss miljö, som i människokroppen.,

mikrob: mikroskopiska organismer, såsom bakterier, svampar och bakteriofager.

bakterier: en typ av mikrob. En bakterie är en enda cell som kan dela för att bilda två celler.

Virus: en typ av mikrob som kan infektera celler. Mänskliga virus infekterar mänskliga celler, växtvirus infekterar växtceller etc.

bakteriofag: ett virus som infekterar bakterier, även kallat en fag.

DNA molekylen som bär all information i form av gener som behövs för att producera proteiner. Alla organismer får sitt DNA från sina föräldrar.,

intressekonflikt

författaren förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.