Bilde kreditt: Flickr

Forskere har oppdaget at vertene sulter sine mikrobielle innbyggere av næringsstoffer, og tvinger i hovedsak mikroberene til å gjøre budgivning.

Hver av oss er bare halv mann. Den andre halvdelen er mikrobiell. Trillioner av virus, sopp, bakterier og andre mikroskopiske organismer belegger huden vår og linje våre vitale organer. Vi er avhengige av disse mikrobielle samfunnene for å fordøye mat, syntetisere vitaminer, styrke immunforsvaret, og til og med opprettholde mental helse.

De nye funnene indikerer at det moderne kostholdet og overforbruket av antibiotika kan undergrave vår stilling som velvillige overlords, og legger oddsen til fordel for mikroberene.

Næringsparadis

"Det ser ut til å være en naturlig pecking rekkefølge til bakteriene og oss," sier Lawrence A. David, assisterende professor i molekylær genetikk og mikrobiologi ved Duke University School of Medicine. "På en måte er det ikke overraskende at vi, verten, burde holde flere av kortene."

Per gram er det flere bakterier som bor i tarmen enn i noe annet økosystem i verden.

Likevel sier David at mikrobiomens rådende syn, spesielt i gutten, er et næringsrikt paradis "der det er rikelig med mat og ressurser som strømmer inn, som Willy Wonka's Chocolate Factory." Per gram er det flere bakterier bosatt i tarm enn i noe annet økosystem i verden.

Samlet sett veier de tarmmikroene omtrent tre pund i et menneske, omtrent like mye som leveren eller hjernen. Så det er ikke overraskende at mange forskere vil tro at disse mikrober er så rikelig fordi tarmene er et unikt gjestfritt miljø.

Men nylig har noen forskere stilt spørsmålstegn ved denne teorien, inkludert Aspen Reese, en doktorgradskandidat i Davids laboratorium som nylig gikk over til å bli en hovedforsker ved Harvard University.

Alle slags poop

Som en trent økolog forsto Reese at praktisk talt alle andre økosystemer på planeten har medlemmer som konkurrerer om ressurser. Hvorfor skulle tarmen være noe annerledes? Næringsstoffer som nitrogen eller fosfor begrenser ofte bakterier i bekker eller vann. Reese lurte på om nitrogen også var en begrenset ressurs i tarmen.

Hun bestemte seg for å måle nivåene av nitrogen i tarmmikrobiomet. Fordi tarmmikrober lever i poop, betydde det å samle avføringprøver. Med hjelp fra kollegaer, spesielt Rob Pringle ved Princeton University, klarte Reese å skaffe avføring fra over 30 forskjellige typer pattedyr, inkludert ville zebraer, sjiraffer og elefanter fra Kenya; husdyr, storfe og hester fra New Jersey; og mennesker fra North Carolina.

Hun satte opp prøvene og talt antall nitrogen- og karbonatomer som var tilgjengelige for mikroberene.

"Bakteriene er individuelle organismer, bare prøver å komme forbi - og det er bare så mye mat å gå rundt."

Reese fant at mikrober i humantarm hadde tilgang til et gjennomsnitt på bare ett nitrogenatom for hvert ti karbonatomer, mens de fleste levende mikrober har en diett som består av ett nitrogen til hver fjerde karbon.

For å verifisere at nitrogennivået faktisk kunne holde mikrobiomet i sjakk, matte Reese også mus en diett rik på proteiner, som naturlig inneholder mye nitrogen. Da hun økte mengden protein, vokste antallet bakterier i musenes tarm ti ganger.

Bare prøver å komme forbi

Dessuten, når hun injiserte nitrogen i blodbanen av mus, endte noe av det nitrogenet i tarmbakteriene, noe som tyder på at verten kan utskille nitrogen gjennom cellene som liner tarmen for å redde mikrober fra sult. Funnene vises i Nature Mikrobiologi.

"Våre funn støtter ideen om at vi har utviklet en måte å holde våre bakterier i bånd ved å la dem sulte på nitrogen," sier David. "Det forklarer også hvorfor det vestlige kostholdet kan være dårlig for oss. Når folk spiser for mye protein, swamps det vertens evne til å ta opp nitrogenet i tynntarmen, og flere av det ender opp med å ta seg til tykktarmen, og eliminerer vår evne til å kontrollere våre mikrobielle samfunn. "

Situasjonen er analog med hva økologer kaller eutrofiering, et fenomen forårsaket når gjødsel løper ut i dammer eller innsjøer, opping nitrogen- eller fosforkonsentrasjonen av vannet og stimulerer overdreven vekst av alger eller algblomstringer.

"Det kan være lettere å forestille seg at tarmen er mindre" rød i tann og klø "enn andre deler av naturen, fordi mikrobiota kan være så gunstig for mennesker," sier Reese, som er en junior i Harvard Society of Fellows . "Men bakteriene er individuelle organismer, bare prøver å komme forbi - og det er bare så mye mat å gå rundt."

Hva er riktig nummer?

Hvis teorien opprettholder at menneskelige verter mister kontrollen over våre mikrobielle underlings, kan det virke som om bruk av antibiotika for å tørke ut hele populasjonen av mikrober, være en fin måte å vise dem som er sjef. Men en annen studie av Reese og David indikerer at taktikken ville bli dårlig rådd.

Teamet ga 10-mus en fem-dagers behandling av orale antibiotika og analyserte sine avføringprøver daglig. Deres funn, publisert i juni i eLife, viste at mange av kildene til energimikrober stole på at kjemikaliene nitrat eller sulfat begynte å akkumulere da mikroberene var utarmet.

"Vi har egentlig ikke en følelse av hva" riktig "antall bakterier som skal ha i tarmen. Absolutt null er for få, og å være full av bare bakterier ville være for mange. "

Kort tid etter at antibiotikakurset var over, kom det kjemiske miljøet i musenes tarm tilbake til status quo, og mikrober begynte å blomstre igjen.

"Vi har egentlig ikke en følelse av hva" riktig "antall bakterier som skal ha i tarmen," sier Reese. "Absolutt null er for få, og å være full av bare bakterier ville være for mange."

David legger en advarsel om at mange av de mer enn tusen arter av tarmbakterier som blir utryddet av antibiotika, sannsynligvis aldri kommer tilbake. I sine eksperimenter fant teamet hans at den eneste måten de mikrober klarte å finne seg tilbake i musklerna, var å la musene gjøre det de vanligvis gjør, som spiser hverandres avføring. "Folk vil sannsynligvis ikke ønske det," sier han.

Mange studier har vist at etter antibiotisk behandling kan menneskers mikrobiomer bli endret i flere måneder, om ikke år. Denne forandringen kan skape et gunstig avlsmiljø for patogener.

"Vanligvis vil patogener ha det vanskelig å kolonisere tarmen," sier David. "Det er trillioner av andre bakterier de må slå ut for å overleve. Men hvis vi plutselig tar bort mikrobiell konkurranse om ressurser, mister vi kontroll, og de dårlige bakteriene som forårsaker ubehagelige sykdommer som C. difficile kolitt har en klarere vei. "

David og hans team undersøker hvordan våre matvalg - inkludert prebiotika og probiotika - kan opprettholde vårt forhold til vår mikrobiom, og til slutt vår helse.

"Over evolusjonær historie, hadde kroppene en sjanse til å finne ut alt dette, og bygge systemer for å holde mikrobiota i sjakk," sier Reese. "Men som forskere som bor i den moderne tid tror jeg at vi fortsatt prøver å få tak i hva som er riktig mellomliggende verdi, og hvordan vi holder oss der."

National Science Foundation, Hartwell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, Searle Scholars Programmet, Det europeiske forskningsrådet og det østrigske vitenskapsfondet støttet arbeidet.

kilde: Duke University

Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon