От Аманда К. Фронк (BA ’10, MA ’14) в есента на 2018 г.

ключови

Илюстрирано от Джон С. Дайкс

Близо 40 процента от възрастните американци са със затлъстяване. Към момента не сме шокирани от тази статистика и повечето от нас са уморени да говорят за нея. Ние живеем живота си, като се натискаме срещу този факт, вечно диети и упражнения и обсебваме от теглото си. Ние се тревожим за това в национални новини, социални медии и във военни истории с приятели. И все пак, при всичките ни разговори за този тежък проблем, ние не сме толкова добри в решаването му.

Процентът на затлъстяването продължава да се увеличава, дори когато броят на диетите и програмите за упражнения се увеличава. Опитваме се и се опитваме и се опитваме. И по някакъв начин печелим и печелим и печелим. Но може би, просто може би, това не е (изцяло) наша вина.

Помислете за това: Преди пет години китайският изследовател Липинг Джао и неговият екип от университета в Шанхай Джао Тонг накараха някои мишки в лабораторията си да се превърнат от здрави в затлъстели в рамките на няколко седмици, поставяйки четири пъти по-големи от грамовете, отколкото техните партньори в клетката на подобна диета. Как го направиха? Чрез трансплантация на бактерии от червата на 385-килограмов, болестно затлъстял човек.

Когато Джао взе проба от чревната микробиота на човека - общността на бактерии и вируси, които живеят в човешките черва - той беше изненадан да открие, че 35% от него се състои от Enterobacter cloacae B29, бактерии, които рядко се срещат при здрав човек. В опит да изглади тези мазнини, които обичат мазнините, изследователският екип постави пациента на диета, пълна с пълнозърнести храни и влакнести плодове и зеленчуци. За 23 седмици мъжът свали 113 килограма и E. cloacae B29 почти изчезна от червата му.

Ясно е, че бактериите накланяха везните към затлъстяване - за човека и мишката. И както откриват изследователите от цял ​​свят, включително в BYU, това не е само затлъстяването. Бактериите вече са замесени в развитието на диабет, тревожност, депресия, множествена склероза, болест на Паркинсон, анорексия и др.

Професорът по микробиология и молекулярна биология на BYU Лора Кларк Бриджуотър (BS ’89) предприе едногодишен отпуск със Zhao през 2014–15, за да изследва бактериалните връзки със стреса и тревожността. И оттогава тя търси какво още правят тези бактерии в телата ни.

Въпреки че знаем за съществуването на тези микроскопични организми от около 330 години, учени като Бриджуотър едва сега се задълбочават в това как непатогенните чревни бактерии всъщност взаимодействат с тялото. „През последните 10 години [полето] наистина избухна“, казва тя. Изследването на чревната микробиота дава изцяло нов подход за изследване на заболявания и заедно с това оптимизъм за откриване на нови лечения.

Вътрешно-градски отношения

Вие сте разхождащ се мегаполис, население 39 трилиона (и това са само бактерии - без значение от местните вируси). Имате разнообразни квартали, пълни с продуктивни граждани, коварни мошеници и посещаващи туристи. Това е оживено, трудолюбиво място. Буболечките, пребиваващи във вас и върху вас, превъзхождат всички клетки в тялото ви, но те са толкова малки, че възлизат само на около пет килограма от вас.

Разбираемо е, ако този поглед върху нещата кара кожата ви да пълзи. През годините сме поставяли бактериите като причиняващи болести врагове. И не е чудно защо, тъй като е известно, че злодеите причиняват смущения като пневмония, туберкулоза и лаймска болест. А скандалните бактерии Е. coli и салмонела също могат да бъдат лордове на престъпността. Но това е сравнително малка част от бактериите, които са дали лошо име на останалите. Повечето бактериални граждани просто се занимават с бизнеса си, а много дори са полезни за вашето здраве.

Ето как работи симбиотичната връзка: ние осигуряваме топло жилище и природни ресурси (като хранителни вещества и растителни влакна); бактериите от своя страна правят неща, които ние не можем да направим за себе си, като например рафиниране на тези ресурси в материали, които можем да използваме. Резидентните бактерии имат силно специализирана работа, като работят като дигестори на въглехидрати, синтезатори на витамини, укрепващи имунната система и дори инструктори за изграждане на клетки.

В здрава микробна общност добрите бактерии помагат за запазването на мира, като изтласкват лошите. „Наличието на полезни бактерии, които колонизират червата ви“, казва Бриджуотър, „по-малко вероятно е да се разболеете, ако има някои лоши бактерии в храната, която ядете, защото тя ще бъде извън конкуренцията на това, което вече е там.“

И тогава има метаболизъм. „Всички познаваме някой, който сякаш яде всичко, което пожелае, и остава слаб“, казва Бриджуотър. „Някой друг винаги е на диета и не отслабва. Как е възможно?" Отговорът, казва тя, се свежда до различния грим на нашите черва.

Въпреки че в повечето случаи не забравяме тази общност вътре, телата ни изглежда са в унисон с нея, дори правят неща, за да насърчат растежа на бактериите. Например защо човешкото мляко съдържа толкова много олигозахариди, сложни захари, които бебетата не могат да усвоят? Оказва се, че олигозахаридите са като неонов знак за сложната бактерия, обичаща захарта Bifidobacterium longum infantis, приканвайки го да се настани в червата на бебетата. Като B. infantis поглъща захарите в кърмата, освобождава хранителни вещества на бебето и изпраща сигнали, които укрепват чревната лигавица, предпазвайки бебето от инфекции и болести.

Размножаващи се бактерии

При раждането си хората са като чисто нов свободен град, готов да бъде превзет от бактерии в търсене на жилище и безплатна храна. Още преди първия си дъх, ние започваме да събираме микробите, някои от които ще си проправят път до първостепенния имот на нашите черва.

Как изглежда тази микробна екосистема, зависи от няколко фактора, много от най-ранните години: Беше ли вагинално раждане или раждане в секцио? Бебето кърмено ли или хранено с адаптирано мляко? Какво яде бебето като малко дете?

Попълването на червата функционира съгласно правилата за първи дошъл, първи обслужен. „След като бактериите се установят, това е доста стабилно“, казва Бриджуотър, който добавя, че до 2-годишна възраст червата са доста добре настроени за живот и упорито се противопоставят на промяната. След курс на антибиотици, „[първоначално] ще има голяма разлика в чревната микробиота“, казва Бриджуотър, „но до два или три месеца по-късно тя ще се [върне] напълно към нормалното,. . . което е добре, ако е здравословно. " Ако обаче вашата общност от микробиоти е обезпокоена - причинява например по-бавен метаболизъм или причинява заболяване - промяната може да бъде разочароващо положение. Но изследователите са открили няколко неща, които изглежда имат значение. Вижте „Изграждане на здравословно черво“ по-долу.

През 2012 г. консорциумът „Human Microbiome Project“ публикува първата си статия с преглед на същността на човешките микроби. Много хора очакваха да видят основен микроб - „микроб, който се среща във всеки индивид от определен вид в определен момент от времето“, казва професорът по растения и диви животни Джон М. Частън (BS '05), който изучава чревната микробиота при плодовите мухи . Вместо това те откриха почти безкрайно разнообразие. „Имаше големи разлики между индивидите - здрави индивиди“, обяснява той, отбелязвайки, че вариациите в чревната флора могат да бъдат толкова разнообразни, колкото индивидите на планетата. „Има хора, които твърдят, че микробиомът е различим пръстов отпечатък“, казва Частън.

С толкова много различни видове бактерии, които могат да съществуват в човешките черва, учените спряха да търсят едното идеално, идеално черво, което да се възпроизведе. „Новият модел е, че функцията е по-важна от таксономията“, казва Частън. С други думи, става дума за създаване на балансирана общност, която изпълнява всички желани функции за гостоприемника, а не за създаване на списък с конкретни бактерии. Например какво е правилното съотношение на метаболизиращите бактерии към бактериите, които се борят с инфекциите? Именно този баланс - или дисбалансът - в крайна сметка влияе върху цялостното ни здраве.

Свързване с причини

Доскоро медицински изследователи анализираха болести като затлъстяване, аутизъм и депресия, наблюдавайки неща като метаболитни неизправности или проблеми с невротрансмитерите. Подходът ефективно е управлявал симптомите на много заболявания през годините, но с нововъзникващото изследване на чревната микробиота изследователите смятат, че те се затварят в някои от действителните източници на проблема. Докато повечето изследвания могат да докажат само корелация, а не причинно-следствена връзка - както при аутизма - други изследвания са установили пряка връзка между нашата чревна микробиота и болестта.

Вземете китайското изследване на затлъстяването, например. Изследователите не са сигурни как точно Enterobacter cloacae В29 или всяка друга бактерия причинява затлъстяване, но има теории. Единият е, че определени бактерии умело изстискват калории от храната. Ако човек яде „същата храна, която яде някой друг, а чревната му микробиота събира повече енергия от него“, казва Бриджуотър, „тогава все едно яде повече, когато всъщност не е.“ Друга идея е свързана с ендотоксините, които някои бактерии отделят в кръвта. При високи нива тези ендотоксини могат да причинят септицемия и често смърт, но при много ниски нива могат да доведат до хронично възпаление в тялото. Какво общо има това със затлъстяването? „Възпалението засяга инсулиновата сигнализация“, казва Бриджуотър. „И ако инсулиновият отговор не работи правилно, тогава хората може да съхраняват гориво, което трябва да изгорят.“

Изглежда, че бактериите играят роля и при психични заболявания като тревожност и депресия. Как червата ви могат да имат нещо общо с психичните заболявания? Първо, „90 процента от серотонина в нашето тяло всъщност се произвежда в червата“, казва Бриджуотър. Серотонинът е един от ключовите невротрансмитери, които тялото ни използва, за да ни поддържа емоционално балансирани. И второ, блуждаещият нерв, един от най-големите в тялото, минава от мозъка до 100-те милиона неврони на червата.

Тревожността и депресията се появяват, когато има дисбаланс на невротрансмитерите между невроните. „Допамин, серотонин. . . . Те са човешки химикали. Телата ни ги карат да сигнализират от един нерв на следващия “, обяснява Бриджуотър. „Но бактериите също могат да ги направят. И така, ако бактериите могат да направят такива неща, те може да сигнализират директно към нашите неврони. " Рано е да се каже кои бактерии или комбинация от бактерии може да влияят върху нивата на невротрансмитерите, но тъй като изследването продължава, Bridgewater се надява учените да намерят по-добро лечение.

По-добро управление на грешки

Как изглежда бъдещето на микробната медицина? Това е много по-елегантно от множество безразборни антибиотици, казва Бриджуотър. В момента нейният екип работи по изолирането на бактериофаги - вируси, насочени към бактериите - които ще търсят и убиват бактериите, причиняващи затлъстяване. „Ако можем просто да премахнем селективно някои от вредните видове бактерии, за да отворим някакво екологично пространство“, казва тя, „тогава може би можем да дадем на добрите бактерии по-голям шанс.“

Бриджуотър сравнява червата с опасната амазонска екосистема: „Ако пуснете коте в джунглата на Амазонка, наистина е малко вероятно джунглата да се окаже надвишена от котки. Не е невъзможно, . . [но] вероятно това коте ще умре. " Но ако изследователите могат да унищожат вредните бактерии, тогава пробиотиците ще имат по-голям шанс да намерят място и да процъфтяват.

Докато фаговата терапия се използва успешно в Русия и Грузия през последните 80 години, тя тепърва започва да се използва в САЩ при клинични изпитвания. Джулиана Х. Гроуз, професор по микробиология и молекулярна биология, която изследва бактериофаги, предвижда бъдеще, в което фаговата терапия ще допълва антибиотиците. „Антибиотиците и фагите работят по толкова различни механизми, че повечето бактерии, които стават устойчиви на антибиотици, все още са чувствителни към фаги“, казва тя, а също така някои бактерии се лекуват по-добре от антибиотици.

Учените също изследват как по-добре да владеят силата на бактериите - как да работят с тях, вместо просто да ги държат под контрол. Това може да отвори много врати в медицинската област. Първо, казва Частън, те са много по-лесни за промяна от нашата генетика. „След като станах възрастен, наистина е трудно да се заменят гените във всяка клетка на сърцето ми“, казва той. "Но ние знаем, че микробиомът е наистина добър начин за манипулиране на чертите на гостоприемника." Прекалено рано е да се знае как ще стане това, но това е примамлива идея. „Знаем, че можем да накараме хората да правят микроби, които правят неща, за които не можем да проектираме собствените си клетки“, обяснява Частън. „Вземането на микроби за насочване към конкретни проблеми и използването им като терапевтично средство - това изглежда вълнуващо място на границата.“

Засега лекарите вече използват чревната микробиота за лечение на някои заболявания. Например, Clostridium difficile е патогенна бактерия, която причинява тежка диария и може да доведе до смърт. Често се случва след интензивни курсове на антибиотици, което оставя червата податливи на инфекция. „Трудно е да се отървем. Няма добри [традиционни] лечения “, казва Частън. Той нарича лечението му - трансплантация на фекална микробиота - „отличителен белег на лечението с микробиоми“. Трансплантацията включва даване на „нездравословен човек на здрав човек“, обяснява Частън. „Не знаем какво има в него. Просто знаем, че те се оправят. " Около 90% от реципиентите на трансплантация се възстановяват, често в рамките на няколко часа след трансплантацията.

Каквото и да е бъдещето за здравето, свързано с микробите, е ясно, че тези микроскопични съжители са много по-свързани с нас, отколкото бихме могли да си представим. За Bridgewater всички неизвестни са движеща сила в нейните изследвания.

„Знаем, че [бактериите] оказват влияние, но кои бактерии са ключовите играчи и кои странични наблюдатели, все още е много трудно да се определи“, казва тя. „Вълнувам се от перспективата да разбера кои отделни бактериални видове оказват влияние върху човешкото здраве, особено психичното здраве, и как точно го правят.“

Изграждане на здравословно черво

Що се отнася до чревната микробиота, професорът по микробиология и молекулярна биология на BYU Лора Кларк Бриджуотър (BS ’89) казва, че „разнообразието е по-добро“. Колкото повече са различните видове бактерии в червата, толкова по-здрав е човекът. Въпреки че журито все още не разбере кои конкретни смеси от бактерии са най-добри, има начини да помогнете за създаването на това разнообразие:

Мръсни. „[Бебетата] слагат всичко в устата си. . . . Това правят ", казва Бриджуотър, който добавя, че това е нещо добро. „Те всъщност изграждат микробиота.“ Проучванията показват ползите от оставянето на децата да бъдат малко мръсни, като например намаляване на риска от развитие на астма или алергии. „Ако станат [бактерии, докато] са млади, когато цялата им имунна система се развива, имунната им система се оказва по-силна и не реагира прекалено на всяко малко нещо“, казва тя.

Яжте зелените си. „Това, с което се храните, ще расте“, казва Бриджуотър, поради което диетата е толкова важна. „Растителните фибри определено са полезни за чревните бактерии. Те са склонни да правят най-добрите бактерии да растат. "

Управлявайте стреса, дами. Бриджуотър и нейният изследователски екип установяват, че когато женските мишки са подложени на стрес, чревната им микробиота се уврежда. Ако стресовите състояния са хронични, промените могат да продължат. „Това предполага, че си струва да полагате усилия за овладяване и намаляване на стреса“, казва Бриджуотър, „а не просто да го издържите.“

Балансирайте антибиотици. Докато Bridgewater с готовност защитава антибиотиците като божествени познания на съвременната медицина, тя препоръчва да се използват пестеливо и да бъдат стратегически. И, под ръководството на Вашия лекар, може да помислите за прием на пробиотик.

Да бъда постоянен. За да бъде ефективна, диетата с високо съдържание на фибри трябва да се промени в начина на живот. „Не можете просто да се подложите на диета за няколко месеца, да промените [чревния си микробиом] и след това да се върнете [към старата си диета]“, казва Бриджуотър. „[Вашият микробиом] ще се върне, също толкова бързо.“

Запознайте се с вашите бактерии

В процъфтяващия град на нашите черва има трилиони бактерии, които живеят, работят и се хранят. Някои са престъпници, причиняващи проблеми, причиняващи бързо и интензивно заболяване, докато други лоши момчета летят под радара, бавно ни разболяват, без да знаем. Трети са едни от най-трудните работници в нашето тяло, които разграждат несмилаеми хранителни вещества, за да ги консумираме, и се борят с някои от по-подлите бактерии. Ето няколко от различните бактерии, които наричат ​​червата ни дом:

Бактероидети: Един от най-често срещаните видове бактерии в човешките черва, бактероидите са семейство (тип, ако искате да получите технически) бактерии, които процъфтяват с фибри и сложни захари. Те ни помагат да разграждаме протеините и въглехидратите. Хората с високи нива на бактериоидите са склонни да бъдат по-слаби.

Фиксира: Много често се срещат и мазнинолюбивите фирикути. Фирмикутите са майстори в извличането на повече калории от храната, отколкото телесните клетки биха могли да направят сами. Те са по-обилни при хора с наднормено тегло.

Bilophila wadsworthia: Това е една от престъпните бактерии, които понякога намират жилище в човешките черва. Големите съобщества от тази бактерия причиняват синдром на раздразнените черва и други храносмилателни проблеми.

Bacteroides fragilis: Ако проучванията с мишки са верни за хора с аутизъм, наличието на тази бактерия може да помогне на домакините, които се борят със социални дефицити, тревожност и повтарящо се поведение.

Lactobacillus rhamnosus: Въпреки че ефектът все още не е доказан при хората, смята се, че тази бактерия е свързана с по-ниски нива на поведение, свързано с тревожност и депресия, в техните домакини.