مطالعه میکروبیوم جهانی دیدگاه جدیدی از خطرات مشترک سلامت ارائه می دهد

بدن ما از حدود 30 تریلیون سلول انسانی تشکیل شده است، اما آنها همچنین میزبان حدود 39 تریلیون سلول میکروبی هستند. این جوامع انباشته از باکتری ها، ویروس ها، تک یاخته ها و قارچ ها در روده ما، در دهان، روی پوست و جاهای دیگر - که در مجموع میکروبیوم انسان نامیده می شود - فقط از عوامل بیماری زا و عوامل بیماری زا در کمین نیستند. در عوض، همانطور که دانشمندان به طور فزاینده ای درک می کنند، این میکروب ها اکوسیستم های ضروری برای سلامت ما را تشکیل می دهند. مجموعه رو به رشدی از تحقیقات با هدف درک این موضوع که چگونه اختلال در این سیستم های ظریف می تواند مواد مغذی مورد نیاز ما را از بین ببرد، در هضم غذای ما اختلال ایجاد کند، و احتمالاً باعث ایجاد مصائب در بدن و ذهن ما شود.

اما ما هنوز آنقدر کمی در مورد میکروبیوم خود می دانیم که تازه شروع به پاسخ به یک سوال بسیار اساسی تر کرده ایم: این میکروب ها از کجا می آیند؟ آیا می توانند مانند ویروس سرماخوردگی یا حشره معده از افراد دیگر سرایت کنند؟

اکنون، بزرگترین و جامع ترین تجزیه و تحلیل انتقال میکروبیوم انسانی سرنخ های مهمی را ارائه کرده است. تحقیقاتی که توسط ژنوم شناسان دانشگاه ترنتو در ایتالیا انجام شد، نکاتی را نشان داد که موجودات میکروبیومی به طور گسترده بین افراد، به ویژه در میان افرادی که زمان زیادی را با هم می گذرانند، پراکنده می شوند. یافته ها، منتشر شده در ژانویه در طبیعت، شکاف های مهمی را در درک ما از نحوه جمع آوری میکروبیوم های مردم و فرمول بندی مجدد آنها در طول زندگی پر می کند.

دانشمندان دیگر این مطالعه را تحسین کرده اند. خوزه کلمنته لیتراناستادیار ژنتیک و علوم ژنومی در دانشکده پزشکی ایکان در کوه سینا، از این کار به عنوان "بی نظیر" استقبال کرد و گفت که این اولین معیار روشنی است که نشان می دهد چه میزان اشتراک در بین اعضای خانواده یا کسانی که با هم زندگی می کنند.

این مطالعه همچنین به گمانه‌زنی‌های جالبی در مورد اینکه آیا میکروب‌ها می‌توانند خطر ابتلا به بیماری‌هایی مانند دیابت یا سرطان را افزایش یا کاهش دهند، دامن می‌زند و در نتیجه جنبه قابل انتقالی را برای بیماری‌هایی که معمولاً مسری تلقی نمی‌شوند، ایجاد می‌کند. برای برت فینلی، استاد میکروبیولوژی در دانشگاه بریتیش کلمبیا که نوشت یک تفسیر برای علم در سال 2020 در مورد این احتمال، یافته‌ها «میخ نهایی را در تابوت گذاشتند که شاید بیماری‌های غیرواگیر را نباید اینطور نامید».

تنوع غیر قابل درک

میکروبیوم ها مانند اثر انگشت هستند: آنقدر متنوع هستند که هیچ دو نفر نمی توانند اثر انگشت داشته باشند. آنها همچنین بسیار پویا هستند - در طول زندگی یک فرد به قدری رشد می کنند، کوچک می شوند و تکامل می یابند که میکروبیوم نوزاد تا زمانی که بزرگ شود به شدت متفاوت به نظر می رسد. تعداد انگشت شماری از گونه های میکروبی در بیش از 90 درصد مردم جوامع غربی یافت می شود، اما بیشتر گونه ها در 20 تا 90 درصد افراد یافت می شوند. (زوج اشریشیا کولیکه احتمالاً تنها باکتری روده ای است که اکثر مردم می توانند نام ببرند، 90 درصد فراوانی دارد.) مطالعات نشان می دهد که جوامع غیرغربی دارای تنوع بیشتری از میکروب ها و میکروبیوم های متغیرتر هستند.

در یک جمعیت، هر دو فردی که به‌طور تصادفی انتخاب می‌شوند معمولاً کمتر از نیمی از گونه‌های میکروبیوم مشترک خود را دارند - به طور متوسط، همپوشانی در ترکیب میکروبی روده بین 30 تا 35 درصد است. میکروبیولوژیست ها در مورد اینکه آیا یک مجموعه "هسته" از گونه های میکروبی وجود دارد که همه افراد سالم دارند بحث می کنند، اما اگر وجود داشته باشد، احتمالاً درصدی تک رقمی از کل است.

با این حال، تعیین تعداد دفعات عبور میکروب ها بین افراد، مشکلی بسیار بزرگ تر از جستجوی گونه ها است. یک گونه واحد می تواند از گونه های مختلف یا گونه های ژنتیکی تشکیل شده باشد. بنابراین محققان باید بتوانند با مشاهده ژن‌های موجود در نمونه‌های میکروبیوم، گونه‌های فردی را شناسایی کنند. و در یک میکروبیوم انسانی، بین 2 میلیون تا 20 میلیون ژن میکروبی منحصر به فرد ممکن است وجود داشته باشد، با میکروب ها به طور مداوم ژن های خود را تغییر می دهند، جهش می یابند و تکامل می یابند.

به همین دلیل است که یادگیری چگونگی گسترش تعداد زیادی از سلول ها در میکروبیوم "بسیار دشوارتر از یادگیری نحوه ردیابی گسترش یک پاتوژن است." Mireia Valles-Colomer، یک محقق فوق دکتری در دانشگاه ترنتو و اولین نویسنده در مطالعه جدید. تا همین اواخر، ردیابی سویه ها از طریق جمعیت غیرممکن بود.

در 2010، هنگامی که نیکولا سگاتا ابتدا تجزیه و تحلیل مجموعه‌های عظیم داده‌های ژنتیکی پروژه میکروبیوم انسانی را به عنوان پسادکتری در دانشگاه هاروارد آغاز کرد، ابزارهای موجود فاقد وضوح مورد نیاز برای تعیین دقیق گونه‌های موجود در میکروبیوم‌های افراد بودند. آن‌ها می‌توانستند گروه طبقه‌بندی کلی را که یک میکروارگانیسم به آن تعلق دارد، شناسایی کنند، اما این مانند محدود کردن مکان شخصی به غرب میانه ایالات متحده بود.

طی چند سال آینده، آزمایشگاه‌های مختلف شواهدی پیدا کردند که نشان می‌دهد تعامل اجتماعی و زندگی در مجاورت بر این افراد تأثیر می‌گذارد میکروبیوم های پستانداران و موش ها مطالعات انجام شده بر روی انسان جمعیت های نسبتاً ایزوله در پاپوآ گینه نو و جاهای دیگر نیز نشانه هایی از اشتراک میکروبی پیدا شد. برخی حتی ردپای ممکن را پیدا کردند انتقال از حیوانات خانگی. اما به دلیل محدودیت‌های آن مطالعات، مشخص نبود که چقدر انتقال اتفاق می‌افتد و آیا در همه جا به همان میزان اتفاق افتاده است یا خیر.

پس از اینکه سگتا آزمایشگاه خود را در دانشگاه ترنتو در سال 2013 تأسیس کرد، این امر تغییر کرد. او و تیمش شروع به ایجاد و اصلاح ابزارهای متاژنومیکی کردند که می‌توانست بین سویه‌های یک گونه تمایز قائل شود، که امکان مطالعه دقیق‌تر انتقال میکروبیوم را فراهم کرد.

سگتا در سال 2018 با تجزیه و تحلیل میکروب های مادران و نوزادان آنها شروع به بررسی این سوال کرد. سگتا گفت، یافته‌های گروه او و چندین مطالعه دیگر، سوء ظن‌های قبلی مبنی بر وجود مقدار زیادی از انتقال از مادر به نوزاد را تأیید کردند، به‌طوری‌که مادر در هنگام تولد، میکروبیوم را نشان می‌دهد. کار اخیر نشان داده است که مادران به این کار ادامه می دهند میکروبیوم ها را قالب گیری کنید از نوزادان خود در طول چند سال.

سگتا گفت، اما تنوع میکروبیوم به طور قابل توجهی بین دوران کودکی و بزرگسالی تغییر می‌کند، بنابراین این ارث زودهنگام از مادران "میکروب‌هایی را که در بزرگسالان می‌بینیم توضیح نمی‌دهد." در آزمایش‌های بعدی، محققان تا حد زیادی این احتمال را که میکروب‌های جدید از غذاهایی که مردم می‌خوردند به وجود آمده بودند را رد کردند، زیرا آن میکروب‌ها نمی‌توانستند روده را به خوبی مستعمره کنند.

سگتا گفت، بنابراین "این باید انتقال یابد." "باید این باشد که آنچه ما در روده داریم از روده افراد دیگر می آید."

اشتراک گذاری با خانواده و دوستان

برای تجزیه و تحلیل جهانی جدید میکروبیوم ها، Segata، Valles-Colomer و همکارانشان ابزارهای خود را به اندازه کافی برای شناسایی گونه های ناشناخته قبلی و گونه های مختلف از یک گونه تقویت کردند. آنها با استفاده از این ابزارها، بیش از 9,700 نمونه مدفوع و بزاق را از 20 کشور در پنج قاره بررسی کردند که نشان دهنده جوامعی با سبک زندگی بسیار متنوع است و طیف کاملی از طول عمر انسان و بسیاری از ترتیبات مختلف زندگی را پوشش می دهد. آنها بیش از 800,000 گونه از میکروب ها را بین خانواده ها، هم اتاقی ها، همسایگان و روستاها ردیابی کردند و محاسبه کردند که چند درصد از گونه های مشترک همان سویه هستند.

همانطور که انتظار داشتند، آنها دریافتند که بیشترین اشتراک گونه ها بین مادران و نوزادان در سال اول زندگی رخ می دهد - حدود 50 درصد از گونه های مشترک موجود در روده نوزادان، سویه هایی هستند که از مادر منتشر می شوند. تأثیر مادر با گذشت زمان کاهش یافت - از 27٪ در 3 سالگی به 14٪ در 30 سالگی کاهش یافت - اما ناپدید نشد. نشان داده شد که برخی از افراد مسن در چین هنوز با مادران صد ساله خود که زنده مانده اند، به اشتراک می گذارند.

برای وینا تنجایک ایمونولوژیست در کلینیک مایو که در این مطالعه شرکت نداشت، یکی از نکات شگفت‌انگیزتر در یافته‌ها این بود که اگرچه نوزادانی که از طریق واژینال به دنیا می‌آمدند نسبت به نوزادانی که با سزارین به دنیا می‌آمدند، فشارهای بیشتری را با مادرشان به اشتراک می‌گذاشتند، اما این تفاوت در سه مورد از بین رفت. سال های عمر. او گفت: «مردم از این موضوع سود می‌برند» که نوزادانی که از طریق سزارین به دنیا می‌آیند ممکن است بیشتر در معرض خطر ابتلا به برخی بیماری‌ها باشند. اما یافته‌ها نشان می‌دهند که شاید «نباید چیز بزرگی باشد».

(این دیدگاه توسط یک مطالعه جدید منتشر شده در این ماه در میزبان سلولی و میکروب. این نشان داد که نوزادانی که از طریق سزارین به دنیا می‌آیند نسبت به نوزادانی که از طریق واژینال به دنیا می‌آیند، میکروبیوم‌های کمتری از مادر دریافت می‌کنند، اما به دلیل دریافت میکروب‌های بیشتری از شیر مادر، این فرصت را از دست نداده‌اند.

با بالا رفتن سن، بخش قابل توجهی از میکروبیوم‌های ما همچنان از افرادی که با آنها یا نزدیکشان زندگی می‌کنیم به وجود می‌آیند. جای تعجب نیست که مطالعه سگتا و همکارانش نشان داد که همسران و سایر شرکای صمیمی از نظر جسمی میکروب‌های زیادی را به اشتراک می‌گذارند: 13 درصد از گونه‌های روده مشترک آنها از سویه مشابه و 38 درصد از گونه‌های دهانی مشترک آنها بود.

اما افرادی که به صورت افلاطونی با هم زندگی می‌کردند خیلی عقب نبودند، 12 درصد برای گونه‌های روده مشترک و 32 درصد برای گونه‌های دهان مشترک. این به این دلیل است که، همانطور که سگتا، والس-کلومر و تیمشان دریافتند، تنها مهم ترین عامل تعیین کننده انتقال، زمان صرف شده با هم بود. افرادی که زیر یک سقف زندگی می‌کردند بیشترین تنش‌ها را داشتند، اما حتی افرادی که در یک روستا زندگی می‌کردند نسبت به افرادی که در فواصل دورتر از هم جدا می‌شدند، تمایل بیشتری داشتند. فراوانی به اشتراک گذاری سویه در جوامع مختلف ثابت بود، اما این تیم یافته های قبلی را تایید کردند که مردم کشورهای غیرغربی تمایل به داشتن میکروبیوم های متنوع تری دارند.

محققان همچنین دریافتند که گونه های مشترک ممکن است در طول زمان از بین بروند. دوقلوهایی که با هم بزرگ می شوند حدود 30 درصد سطح اشتراک فشار داشتند که پس از 10 سال زندگی جدا از هم به حدود 30 درصد کاهش یافت.

سگتا فکر می‌کند که این احتمال وجود دارد که بسیاری از گونه‌های دیگر گونه‌های مشترک از افراد دیگر - عمدتاً از تماس‌های نزدیک مانند دوستان یا همکاران، اما شاید از افرادی که به‌طور خلاصه‌تر و غیر عادی با آن‌ها مواجه می‌شویم نیز وجود داشته باشد. (اما حیوانات خانگی احتمالاً سهم زیادی ندارند: سگاتا گفت که حیوانات عمدتاً گونه‌های میکروبی را در خود جای می‌دهند که معمولاً در ما مستعمره نمی‌شوند یا باقی نمی‌مانند.)

این یافته‌ها قوی‌ترین شواهد تا به امروز است که نشان می‌دهد ما بخش‌هایی از میکروبیوم‌هایمان را با افرادی که بیشترین زمان را با آنها می‌گذرانیم به اشتراک می‌گذاریم. گفت: این واقعیت که نویسندگان توانستند این الگوی انتقال را در سراسر جهان و نه فقط در یک جمعیت واحد ببینند، شگفت‌انگیز بود. ایلانا بریتو، دانشیار مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه کرنل. او افزود که این مجموعه داده ها بسیار پر سر و صدا هستند و جهش های زیادی در این موجودات مختلف اتفاق می افتد. اما تیم با موفقیت "سیگنال در سراسر نویز" را کشف کرد.

مشخص نیست که چگونه موجودات میکروبیومی بین مردم پخش می شوند. بوسیدن و رابطه جنسی برخی از آن‌ها را توضیح می‌دهند، اما میکروب‌ها همچنین می‌توانند از طریق قطرات پرتاب شده توسط سرفه و عطسه یا از سطوح آلوده منتقل شوند. همچنین هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد که کدام میکروب ها راحت تر از بقیه پخش می شوند. پاسخ به این سوال برای درک مفاهیم این ایده که موجودات میکروبیومی می توانند گسترش یابند حیاتی است.

انتشار سلامت یا بیماری

اکنون که گستردگی اشتراک‌گذاری الگوهای توزیع میکروب‌های منحصربه‌فرد را آشکار کرده است، می‌توانیم بررسی کنیم که در بیماری چه اتفاقی می‌افتد. کلمنته گفت: «از این نظر، من فکر می‌کنم این کار واقعاً اساسی است.

برخی از بیماری ها که معمولا مسری تلقی نمی شوند، می توانند جنبه مسری نادیده گرفته شده داشته باشند. مطالعات پیدا کرده اند فینلی گفت که بسیاری از افراد مبتلا به بیماری‌هایی که از فرد به فرد سرایت نمی‌کنند، میکروبیوم‌هایی دارند که به نظر می‌رسد "مخلوط" هستند.

برخی از باکتری E. coli به عنوان مثال، سویه ها ممکن است سمومی را آزاد کنند که می تواند خطر ابتلا به سرطان را افزایش دهد. افراد مبتلا به سرطان های کولورکتال خاص که میکروبیوم آنها حاوی مقدار بیشتری از a فوزوباکتریوم گونه ها تمایل به داشتن الف دارند پیش آگهی بدتر و نتایج بدتر با درمان. میکروب های روده که بر سطح گلوکز و انسولین در بدن تأثیر می گذارند با چاقی و شرایطی مانند سندرم متابولیک و حتی دیابت نوع 2. یک میکروبیوم نامتعادل روده با تخریب عصبی مرتبط است، و این نظریه وجود دارد که ممکن است در شرایط مغزی مانند بیماری آلزایمر.

سگتا گفت: "اگر این بیماری ها حداقل تا حدی به میکروبیوم وابسته باشند و میکروبیوم حداقل تا حدی قابل انتقال باشد، این بیماری ها حداقل تا حدی قابل انتقال می شوند."

اما کلمنته گفت: «درک مقداری که یک میکروبیوم خاص در خطر [بیماری] نقش دارد، این سوال سخت است. حتی اکثر مطالعاتی که چنین ارتباطی را نشان می‌دهند نمی‌توانند تشخیص دهند که آیا میکروب‌ها باعث بیماری می‌شوند یا به سادگی مستعمره کردن افراد در معرض خطر بیماری را آسان‌تر می‌کنند.

اگر میکروب‌های «بد» که خطر مشکلات سلامت غیرواگیر را افزایش می‌دهند، بین افراد منتقل شوند، در تئوری، میکروب‌های «خوب» که این خطرات را کاهش می‌دهند نیز می‌توانند منتقل شوند. برخی از مطالعات نشان می‌دهند که میکروب‌ها می‌توانند به ویژه در اوایل زندگی در برابر شرایطی مانند آسم و آلرژی محافظت کنند. به اشتراک گذاری عمدی قطعات میکروبیوم سالم، مانند از طریق پیوند مدفوع، در درمان بیماری ها و عفونت های خاصی مانند باکتری ها به طرز شگفت انگیزی موفق بوده است کلستریدیوم سخت.

گفت: ما برای حفظ جمعیت میکروبی خود تکامل یافته ایم زیرا از آنها بسیار سود می بریم ینس والتر، استاد محیط زیست، غذا و میکروبیوم در دانشگاه کالج کورک و APC Microbiome Ireland. به همین دلیل است که والتر با این فرضیه که میکروب های مشترک ما ممکن است باعث بیماری شوند قانع نشده است و بیشتر به سمت ایده مخالف کشیده می شود که گاهی اوقات به آن می گویند. "دوستان قدیمی" یا فرضیه بهداشت. این پیشنهاد می کند که در طول تکامل، میکروبیوم های ما ممکن است به آموزش پاسخ های سیستم ایمنی ما کمک کرده باشند. افزایش مدرن در استفاده از آنتی بیوتیک ها و ضد عفونی کننده ها و پاکیزگی عمومی بیشتر ما می تواند ساختار میکروبیوم را تغییر دهد و آسیب پذیری های سلامت بیشتری را برای ما ایجاد کند.

والتر گفت: «در مقایسه با یک قرن پیش، «ما قطعاً میکروب‌ها را با سهولت بیشتری در دنیای امروز منتشر نمی‌کنیم». بیماری التهابی روده، مولتیپل اسکلروزیس، آرتریت روماتوئید و دیابت نوع 1 - که همگی به جای بیماری های مسری به عنوان اختلالات ایمنی در نظر گرفته می شوند - در جوامع غربی که تمایل به استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها و ضد عفونی کننده ها دارند، شیوع بیشتری دارند.

اثرات مفید یا مضر اشتراک‌گذاری می‌تواند به گونه‌ها و گونه‌های مشترک بستگی داشته باشد، که هنوز کمی جعبه سیاه است. بریتو گفت، ما همچنین باید در نظر بگیریم که ممکن است ارگانیسم‌های منفرد در میکروبیوم ما نباشند که بر سلامت ما تأثیر می‌گذارند، بلکه جوامعی از آنها هستند که با هم منتقل می‌شوند. ارگانیسم های خاص ممکن است در یک بافت اجتماعی بیشتر از دیگری اهمیت داشته باشند.

Segata، Valles-Colomer و تیم آنها در مطالعه خود فقط افراد سالم را تجزیه و تحلیل کردند، اما در تحقیقات در حال انجام خود، آنها از ابزارهای متاژنومیک خود برای مجموعه داده های افراد مبتلا به بیماری استفاده می کنند تا ببینند آیا این یافته ها ارتباط بین سلامت و میکروبیوم ها را روشن می کند یا خیر.

آنها همچنین در حال حاضر در حال نمونه گیری از داده های سه مهدکودک - از نوزادان و والدین، خواهر و برادر، حیوانات خانگی و معلمان هستند. محققان امیدوارند که دریابند چگونه میکروب ها منتقل می شوند و چه مدت طول می کشد تا میکروب های خاص روده و دهان بین افراد بپرند.

ردیابی گسترش ارگانیسم‌های میکروبیوم برای مدت طولانی نادیده گرفته شد زیرا «فکر نمی‌کردیم که تأثیر زیادی بر سلامت ما داشته باشد». اکنون که تکنیک‌هایی برای بررسی میکروبیوم داریم، «می‌بینیم که تقریباً با هر بیماری مرتبط است».

یادداشت سردبیر: تحقیقات سگتا و گروهش بودجه‌ای را از این سازمان دریافت کرده است بنیاد سیمونز، که این امر را نیز تامین می کند مجله مستقل سرمقاله. تصمیمات مالی بنیاد سیمونز تأثیری بر پوشش ما ندارد.