Küresel Mikrobiyom Çalışması, Paylaşılan Sağlık Risklerine Yeni Bir Bakış Sunuyor

Vücudumuz yaklaşık 30 trilyon insan hücresinden oluşur, ancak aynı zamanda yaklaşık 39 trilyon mikrobiyal hücreye de ev sahipliği yapar. Bağırsaklarımızda, ağızlarımızda, cildimizde ve başka yerlerde topluca insan mikrobiyomu olarak adlandırılan bu bakteri, virüs, protozoa ve mantar toplulukları yalnızca serbest yükleyicilerden ve gizlenen patojenlerden oluşmaz. Bunun yerine, bilim adamlarının giderek daha fazla takdir ettiği gibi, bu mikroplar sağlığımız için gerekli olan ekosistemleri oluşturur. Gittikçe artan sayıda araştırma, bu hassas sistemlerin aksamalarının nasıl ihtiyacımız olan besin maddelerini elimizden alacağını, yiyeceklerimizin sindirimini nasıl engelleyebileceğini ve muhtemelen bedenlerimiz ve zihinlerimiz üzerindeki sıkıntıları nasıl tetikleyebileceğini anlamayı amaçlıyor.

Ancak mikrobiyomumuz hakkında hâlâ o kadar az şey biliyoruz ki, çok daha temel bir soruyu yanıtlamaya yeni başlıyoruz: Bu mikroplar nereden geliyor? Soğuk algınlığı virüsü veya mide böceği gibi diğer insanlardan yayılabilirler mi?

Şimdi, insan mikrobiyom iletiminin en büyük ve en kapsamlı analizi bazı önemli ipuçları sağlamıştır. İtalya'daki Trento Üniversitesi'ndeki genom bilimciler tarafından yürütülen araştırma, mikrobiyom organizmalarının insanlar arasında, özellikle de birlikte çok zaman geçirenler arasında yoğun bir şekilde sıçradığına dair ipuçları buldu. Bulgular, Ocak ayında yayınlanan Tabiat, insanların mikrobiyomlarını nasıl bir araya getirdiklerine ve onları yaşamları boyunca nasıl yeniden formüle ettiklerine dair anlayışımızdaki önemli boşlukları dolduruyor.

Diğer bilim adamları çalışmayı alkışladılar. José Clemente LitranMount Sinai'deki Icahn Tıp Fakültesi'nde genetik ve genomik bilimler doçenti olan Dr.

Çalışma aynı zamanda mikropların diyabet veya kanser gibi hastalıklara yönelik risklerimizi artırıp azaltamayacağına ve böylece genellikle bulaşıcı olarak kabul edilmeyen hastalıklara bulaşıcı bir boyut getirip getirmeyeceğine dair ilgi çekici spekülasyonları da körüklüyor. İçin Brett FinlayBritish Columbia Üniversitesi'nde mikrobiyoloji profesörü olan ve yazan bir yorum için Bilim 2020'de bu olasılıkla ilgili bulgular, "bulaşıcı olmayan hastalıklara belki de öyle denilmemesi gerektiğine dair tabuta son çiviyi çaktı."

Akıl almaz Çeşitlilik

Mikrobiyomlar parmak izleri gibidir: o kadar çeşitlidir ki, iki kişi aynı olanlara sahip olamaz. Aynı zamanda inanılmaz derecede dinamiktirler - bir insanın yaşamı boyunca o kadar çok büyür, küçülür ve gelişirler ki, bir bebeğin mikrobiyomu büyüdüklerinde büyük ölçüde farklı görünür. Batılılaşmış toplumlarda insanların %90'ından fazlasında bir avuç mikrobiyal tür bulunur, ancak çoğu tür insanların %20 ila %90'ında bulunur. (Eşit Escherichia coli, muhtemelen çoğu insanın adlandırabileceği tek bağırsak bakterisi, %90'ın altında kalıyor.) Çalışmalar, Batılılaşmamış toplumların daha da fazla mikrop çeşitliliğine ve daha değişken mikrobiyomlara sahip olduğunu gösteriyor.

Bir popülasyon içinde, rastgele seçilen herhangi iki bireyde genellikle mikrobiyom türlerinin yarısından daha azı ortaktır - ortalama olarak, bağırsağın mikrobiyal yapısındaki örtüşme %30 ila %35 arasındadır. Mikrobiyologlar, tüm sağlıklı insanların sahip olduğu bir "çekirdek" mikrobiyal tür kümesi olup olmadığını tartışıyorlar, ancak varsa, muhtemelen toplamın tek haneli bir yüzdesidir.

Bununla birlikte, mikropların insanlar arasında ne sıklıkla geçtiğini belirlemek, tür aramaktan çok daha çetin bir sorundur. Tek bir tür, birçok farklı türden veya genetik varyanttan oluşabilir. Bu nedenle araştırmacıların, mikrobiyom örneklerindeki genlere bakarak bireysel suşları tanımlayabilmeleri gerekir. Ve bir insan mikrobiyomunda, mikropların genlerini sürekli olarak değiştirdiği, mutasyona uğradığı ve geliştiği 2 milyon ila 20 milyon arasında benzersiz mikrobiyal gen bulunabilir.

Bu nedenle, mikrobiyomdaki çok sayıda hücrenin nasıl yayıldığını öğrenmek, "bir patojenin yayılmasının nasıl izleneceğini öğrenmekten çok daha zor" dedi. Mireia Valles-Colomer, Trento Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı ve yeni çalışmanın ilk yazarı. Yakın zamana kadar, bir popülasyonda suşları izlemek imkansızdı.

2010'te Nicola Segata İnsan Mikrobiyom Projesi için devasa genetik veri setlerini ilk olarak Harvard Üniversitesi'nde doktora sonrası olarak analiz etmeye başladı, mevcut araçlar insanların mikrobiyomlarında hangi türlerin olduğunu kesin olarak belirlemek için gereken çözünürlükten yoksundu. Bir mikroorganizmanın ait olduğu genel taksonomik grubu tanımlayabilirler, ancak bu, birinin konumunu ABD'nin Ortabatısına daraltmak gibiydi.

Sonraki birkaç yıl içinde çeşitli laboratuvarlar, sosyal etkileşimin ve yakın çevrede yaşamanın sosyal ilişkileri etkilediğine dair kanıtlar buldu. primatların mikrobiyomları ve fareler. İnsanlar üzerinde yapılan çalışmalar nispeten izole popülasyonlar Papua Yeni Gine'de ve başka yerlerde de mikrobiyal paylaşımın imzaları bulundu. Hatta bazıları olası izleri buldu evcil hayvanlardan bulaşma. Ancak bu çalışmaların sınırlamaları nedeniyle, bulaşmanın ne kadar olduğu ve her yerde aynı derecede olup olmadığı net değildi.

Segata, 2013 yılında Trento Üniversitesi'nde kendi laboratuvarını kurduktan sonra bu durum değişti. O ve ekibi, aynı türün suşlarını ayırt edebilen metagenomik araçlar yaratmaya ve iyileştirmeye başladı, bu da mikrobiyom iletimini daha ayrıntılı incelemeyi mümkün kıldı.

Segata, 2018 yılında annelerin ve bebeklerinin mikroplarını analiz ederek bu soruyu araştırmaya başladı. Segata, grubunun bulguları ve diğer birkaç çalışma, anneden bebeğe büyük miktarda bulaşma olduğuna dair daha önceki şüpheleri doğruladı, öyle ki anne "doğumda mikrobiyomu damgalıyor" dedi Segata. Son çalışmalar annelerin devam ettiğini göstermiştir. mikrobiyomları kalıplamak birkaç yıl içinde bebeklerinin.

Ancak mikrobiyomun çeşitliliği çocukluk ve yetişkinlik arasında önemli ölçüde değişir, bu nedenle annelerden alınan bu erken kalıtım, "yetişkinlerde gördüğümüz mikropları açıklamıyor" dedi Segata. Takip deneylerinde araştırmacılar, yeni mikropların insanların yediği yiyeceklerden gelme olasılığını büyük ölçüde dışladılar çünkü bu mikroplar bağırsakları çok iyi kolonize edemediler.

Segata, "bu aktarım olmalı" dedi. "İçimizde olan şey, diğer bireylerin bağırsaklarından geliyor olmalı."

Aile ve Arkadaşlarla Paylaşmak

Mikrobiyomların yeni küresel analizi için Segata, Valles-Colomer ve meslektaşları, araçlarını daha önce bilinmeyen türleri ve aynı türün farklı türlerini tanıyacak kadar geliştirdiler. Bu araçları kullanarak, beş kıtadaki 9,700 ülkeden 20'den fazla dışkı ve tükürük örneğini incelediler. Aileler, oda arkadaşları, komşular ve köyler arasında 800,000'den fazla mikrop türünün izini sürdüler ve paylaşılan türlerin yüzde kaçının aynı tür olduğunu hesapladılar.

Bekledikleri gibi, en fazla suş paylaşımının anneler ve bebekler arasında yaşamın ilk yılında gerçekleştiğini buldular - bebeklerin bağırsaklarında bulunan ortak türlerin yaklaşık %50'si anneden yayılan suşlardı. Annenin etkisi zamanla azaldı -27 yaşında %3'den 14 yaşında %30'e düştü- ama kaybolmadı. Çin'deki bazı yaşlı insanların, hayatta kalan asırlık anneleriyle hala aynı türleri paylaştığı gösterildi.

İçin Veena TanejaMayo Clinic'te çalışmaya dahil olmayan bir immünolog olan Dr. yaşında. Sezaryenle doğan bebeklerin bazı hastalıklar için daha fazla risk altında olabileceğini "insanlar bundan büyük bir şey çıkarıyor" dedi. Ancak bulgular, bunun "büyük bir şey olmaması gerektiğini" gösteriyor.

(Bu görüş, yeni bir çalışma bu ay içinde yayınlandı Hücre Konakçı ve Mikrop. Sezaryenle doğan bebeklerin vajinal yolla doğan bebeklere göre annelerinin mikrobiyomlarından daha azını aldıklarını, ancak anne sütünden daha fazla mikrop aldıkları için bunu kaçırmadıklarını buldu.)

Yaşlandıkça, mikrobiyomlarımızın önemli bir kısmı birlikte ya da yakın yaşadığımız insanlardan gelmeye devam ediyor. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, Segata ve meslektaşları tarafından yapılan araştırma, eşlerin ve diğer fiziksel olarak yakın partnerlerin çok sayıda mikrop paylaştığını ortaya çıkardı: Paylaştıkları bağırsak türlerinin %13'ü ve ortak ağız türlerinin %38'i aynı türdendi.

Ancak platonik olarak birlikte yaşayan insanlar, ortak bağırsak türleri için %12 ve ortak oral türler için %32 ile çok geride değildi. Çünkü Segata, Valles-Colomer ve ekibinin bulduğu gibi, bulaşmanın en önemli belirleyicisi birlikte geçirilen zamandı. Aynı çatı altında yaşayan insanlar en çok gerilimi paylaştılar, ancak aynı köyde yaşayan insanlar bile daha uzak mesafelerle ayrılmış insanlardan daha fazla ortak gerilime sahip olma eğilimindeydi. Suşu paylaşma sıklığı farklı toplumlarda tutarlıydı, ancak ekip, batılılaşmamış ülkelerdeki insanların daha çeşitli mikrobiyomlara sahip olma eğiliminde olduğuna dair önceki bulguları doğruladı.

Araştırmacılar ayrıca ortak tutulan suşların zamanla kaybolabileceğini de buldular. Birlikte büyüyen ikizler, 30 yıl ayrı yaşadıktan sonra yaklaşık %10'a düşen yaklaşık %30'luk bir gerginlik paylaşma düzeyine sahipti.

Segata, paylaşılan türlerin diğer türlerinin çoğunun başka insanlardan geldiğini düşünüyor - öncelikle arkadaşlar veya iş arkadaşları gibi yakın temaslardan, ama belki de çok daha kısa ve gelişigüzel karşılaştığımız insanlardan. (Bununla birlikte, evcil hayvanlar muhtemelen büyük katkı sağlayanlar değildir: Segata, hayvanların çoğunlukla içimizde tipik olarak kolonize olmayan veya yaşamayan mikrobiyal türleri barındırdığını söyledi.)

Bulgular, mikrobiyomlarımızın bazı kısımlarını en çok zaman geçirdiğimiz insanlarla paylaştığımızın bugüne kadarki en güçlü kanıtı. Yazarların bu bulaşma modelini sadece tek bir popülasyonda değil, dünya genelinde görebilmeleri gerçeğinin "çarpıcı" olduğu belirtildi. Ilana Brito, Cornell Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliğinde doçent. Bu veri kümeleri, bu farklı organizmalarda meydana gelen birçok mutasyonla son derece gürültülü, diye ekledi. Ancak ekip, "gürültü boyunca sinyali" başarıyla ortaya çıkardı.

Mikrobiyom organizmalarının insanlar arasında nasıl yayıldığı net değil. Öpüşme ve seks bunun bir kısmını açıklıyor ama mikroplar öksürme ve hapşırmayla yayılan damlacıklar yoluyla da bulaşabilir veya mikroplu yüzeylerden alınabilir. Ayrıca hangi mikropların diğerlerinden daha kolay yayıldığı hakkında öğrenilecek çok şey var. Bu soruyu cevaplamak, mikrobiyom organizmalarının yayılabileceği fikrinin sonuçlarını anlamak için kritik öneme sahiptir.

Sağlık veya Hastalık Yaymak

Artık paylaşmanın kapsamı, benzersiz mikropların dağılım modellerini ortaya çıkardığına göre, hastalıkta neler olduğunu inceleyebiliriz. Clemente, "Bu anlamda, bu çalışmanın gerçekten temel olduğunu düşünüyorum" dedi.

Genellikle bulaşıcı olarak kabul edilmeyen bazı hastalıkların gözden kaçan bulaşıcı bir yönü olabilir. Çalışmalar bulduk Finlay, kişiden kişiye yayılmayan hastalıkları olan birçok insanın "berbat" görünen mikrobiyomlara sahip olduğunu söyledi.

Bizi E. coli örneğin suşlar, kanser riskini artırabilecek toksinler salabilir. Mikrobiyomları daha fazla içeren belirli kolorektal kanserleri olan kişiler fusobakteri türler sahip olma eğilimindedir daha kötü prognoz ve tedavi ile daha kötü sonuçlar. Vücuttaki glikoz ve insülin seviyelerini etkileyen bağırsak mikropları, obezite ve metabolik sendrom gibi durumlarla ilişkilendirilmiştir. Tip 2 diyabet bile. Dengesiz bir bağırsak mikrobiyomu, nörodejenerasyonla ilişkilendirilmiştir ve bunun gibi beyin durumlarında rol oynayabileceği teorileştirilmiştir. Alzheimer hastalığı.

Segata, "Bu hastalıklar en azından kısmen mikrobiyoma bağımlıysa ve mikrobiyom en azından kısmen bulaşabilirse, o zaman bu hastalıklar en azından kısmen bulaşıcı hale gelir" dedi.

Ancak Clemente, "belirli bir mikrobiyomun [hastalık] riskine katkıda bulunduğu miktarı anlamak, zor soru bu" dedi. Bu tür ilişkileri bulan çoğu çalışma bile, mikropların hastalığa neden olup olmadığını veya hastalık riski taşıyan bir kişiyi kolonize etmeyi daha kolay bulduğunu ayıramaz.

Eğer bulaşıcı olmayan sağlık sorunları riskini artıran “kötü” mikroplar insanlar arasında bulaşabiliyorsa, teorik olarak bu riskleri azaltan “iyi” mikroplar da bulaşabilir. Bazı araştırmalar, mikropların özellikle erken yaşlarda astım ve alerji gibi durumlara karşı koruyucu olabileceğini düşündürmektedir. Sağlıklı mikrobiyom parçalarını kasıtlı olarak paylaşmak, örneğin dışkı nakli, bakterilerinki gibi belirli hastalıkları ve enfeksiyonları tedavi etmede şaşırtıcı derecede başarılı olduğunu kanıtladı. Clostridium difficile.

Mikrobiyal popülasyonlarımızı korumak için evrimleştik çünkü onlardan büyük ölçüde faydalanıyoruz, dedi. Jens WalterUniversity College Cork ve APC Microbiome Ireland'da ekoloji, gıda ve mikrobiyom profesörü. Bu nedenle Walter, paylaştığımız mikropların hastalıklara neden olabileceği hipotezine ikna olmuyor ve bazen "karşıt fikir" olarak adlandırılan karşıt fikre daha çok ilgi duyuyor. "eski arkadaşlar" veya hijyen hipotezi. Evrim boyunca, mikrobiyomlarımızın bağışıklık sistemimizin tepkilerini eğitmeye yardımcı olabileceğini öne sürüyor. Antibiyotiklerin ve antiseptiklerin kullanımındaki modern artış ve daha geniş genel temizliğimiz bu nedenle mikrobiyomun yapısını değiştiriyor ve bizim için daha fazla sağlık açığı yaratıyor olabilir.

Walter, bir asır öncesine kıyasla, "Bugünün dünyasında mikropları kesinlikle daha kolay yaymıyoruz" dedi. Hepsi bulaşıcı hastalıklardan ziyade immünolojik bozukluklar olarak kabul edilen inflamatuvar bağırsak hastalığı, multipl skleroz, romatoid artrit ve Tip 1 diyabet, antibiyotik ve antiseptikleri yoğun bir şekilde kullanma eğiliminde olan batılılaşmış toplumlarda daha yaygındır.

Paylaşımın yararlı veya zararlı etkileri, hangi türlerin ve suşların paylaşıldığına bağlı olabilir ki bu, hâlâ bir kara kutu gibidir. Ayrıca Brito, sağlığımızı etkileyen mikrobiyomumuzdaki bireysel organizmalar değil, birlikte bulaşan topluluklar olabileceğini de düşünmeliyiz dedi. Belirli organizmalar, bir topluluk bağlamında diğerinden daha önemli olabilir.

Segata, Valles-Colomer ve ekibi, çalışmalarında yalnızca sağlıklı bireyleri analiz ettiler, ancak devam eden araştırmalarında, bu bulguların sağlık ve mikrobiyomlar arasındaki bağlantıları aydınlatıp aydınlatmadığını görmek için metagenomik araçlarını hastalıkları olan insanlardan alınan veri setlerine uyguluyorlar.

Ayrıca şu anda üç günlük bakım merkezinden - bebeklerden ve ebeveynlerinden, kardeşlerinden, evcil hayvanlarından ve öğretmenlerinden - veri alıyorlar. Araştırmacılar, mikropların nasıl bulaştığını ve belirli bağırsak ve ağız mikroplarının insanlar arasında geçiş yapmasının ne kadar sürdüğünü bulmayı umuyorlar.

Valles-Colomer, mikrobiyom organizmalarının yayılmasının izlenmesinin "sağlığımız üzerinde çok fazla etkisi olacağını düşünmediğimiz" için uzun süre ihmal edildiğini söyledi. Artık mikrobiyomu araştırma tekniklerine sahip olduğumuza göre, "neredeyse her hastalıkla ilişkili olduğunu görüyoruz."

Editörün notu: Segata ve grubu tarafından yapılan araştırma, Simons Vakfı, aynı zamanda bunu finanse eden editoryal bağımsız dergi. Simons Vakfı finansman kararlarının kapsamımız üzerinde hiçbir etkisi yoktur.