Как нашите микроби ни правят такива, каквито сме

Роб Найт е лидер в изучаването на човешките микроби, общността от едноклетъчни организми, живеещи в телата ни, които имат огромна и до голяма степен неразгадана роля за здравето ни. "Тези 1,36 кг микроби, които носите със себе си могат да се окажат по-важни от всеки ген в генома ви" - казва той. Разберете защо.

Ние хората винаги сме били
много загрижени за здравето на телата си,

но не винаги сме успявали
да разберем кое е важно.

Да вземем за пример древните египтяни:

били са много загрижени за частите
на тялото си, от които мислели,

че се нуждаят в задгробния живот,

но оставяли някои други.
Тази, например.

Въпреки че внимателно са запазили
стомаха, дробовете,

черния дроб и т. н.,

те просто унищожили мозъка,
дренирали го през ноздрите

и го изхвърлили,

което всъщност е логично,

защото какво прави един мозък за нас?

Но представете си, че съществува
един пренебрегнат орган

в телата ни, който тежи колкото мозъка

и по някакъв начин е също толкова
важен за това кои сме,

но ние знаем толкова малко за него
и проявяваме подобна липса на отношение.

Представете си, че чрез
нови научни открития

ние започваме да разбираме

значимостта му по отношение
на това как мислим за себе си.

Не бихте ле искали
да знаете повече за него?

Оказва се, че имаме точно такова нещо -

червата си

или по-скоро микробите им.

Но не само микробите
в червата ни са важни.

Микробите в цялото ни тяло

се оказват от критично значение
за наличието на куп различия,

които правят различните хора
такива, каквито са.

Например, забелязвали ли сте,

че някои хора биват ухапвани от комари
много по-често от други?

Оказва се, че преживяванията на хората
на къмпинга са всъщност достоверни.

Например мен рядко ме хапят комари,

но партньорката ми Аманда
привлича цели ята

и причината за това е в наличието
на различни микроби по кожата,

които произвеждат различни химикали,
които комарите забелязват.

Микробите са много важни
в областта на медицината.

Например микробите в червата ви

определят дали определени аналгетици
са токсични за черния ви дроб.

Те определят дали други лекарства
ще действат за сърдечните ви заболявания.

А ако сте плодова мушица,

микробите ви определят
с кой искате да правите секс.

Все още не сме открили това при хората,

но е само въпрос на време
преди да го разберем. (Смях)

Микробите изпълняват
широк диапазон от функции.

Те ни подпомагат в храносмилането,

в развитието на имунната система

и в резистентността ни към болести,

а може би оказват и влияние
върху поведението ни.

Тогава как ли ще изглежда една карта от
всички тези микробни общности?

Няма да е точно така,
но тази карта е полезна

за разбирането на биоразнообразието.

Различните части на света
имат различни видове организми,

които имат отличителни характеристики
за едно, второ

или трето място.

В микробиологията е почти същото,
въпреки че трябва да съм честен с вас -

общо взето всички микроби
изглеждат еднакво под микроскоп.

Вместо да се опитваме
да ги разпознаем визуално,

това, което правим,
е да видим техните ДНК секвенции

в един проект -
Човешкия Микробиомен Проект.

Институтът по Здравеопазване
го финансира със 173 милиона долара.

В него стотици учени работят заедно,

за да отбележат на картата
локациите на A, T, G, C

и всички микроби в човешкото тяло.

Когато ги съберат заедно,
те изглеждат по този начин.

Сега става малко по-трудно да разберем
кой къде живее, нали?

Това, което моят екип прави,
е да разработва компютърни техники,

които да ни позволят да превърнем
всички терабайтове

от секвенции
в един вид по-онагледена карта,

и когато правим това с данните
от човешкия микробиом,

взети от 250 здрави доброволци,

тя изглежда така.

Всяка точка тук представлява
всички комплексни микроби

в една цяла микробна общност.

Виждате, че те изглеждат еднакво.

Виждаме точки, всяка от които
представлява една микробна общност

от дадено място
в тялото на здрав доброволец.

Различните части на картата
са в различни цветове,

почти като отделни континенти.

И се оказва, че те,

така както различните части на тялото,

имат много различни микроби.

Виждаме оралната общност в зелено,

отсреща е кожната общност в синьо,

вагиналната е в лилаво,

а съвсем в дъното виждаме
фекалната общност в кафяво.

Едва в последните няколко години

разбрахме, че микробите в различните
части на тялото

са изключително различни едни от други.

Ако погледна в един човек

микробите в устата и в червата,

разликата между тези две
микробни общности

е огромна.

По-голяма е от разликата
между микробите в този риф

и микробите в тази прерия.

Невероятно е, когато си помислим за това.

Това означава, че няколко фута разлика
в човешкото тяло

дават по-голяма разлика
в микробната екология

отколкото стотици мили на Земята.

Но това не означава, че двама души
изглеждат общо взето еднакво

в един хабитат на тялото.

Вероятно сте чували,

че сме почти еднакви
по отношение на човешката си ДНК.

Вие сте 99,99 процента идентични
с човека до вас

по отношение на човешката си ДНК.

Но това не се отнася
до чревните ви микроби -

може да имате едва 10 процента сходност

със седящия до вас по отношение
на чревните ви микроби.

Това е разликата
между бактериите в тази прерия

и бактериите в тази гора.

Тези различни микроби

имат всички тези различни функции,
за които ви разказах,

всичко от храносмилането

до въвличането
в най-различни болести,

усвояването на лекарства и т. н.

Как постигат всичко това?

Отчасти това се дължи на факта,

че въпреки че има само 1,36 кг
от тези микроби в червата ни,

те ни надминават числено.

С колко?

Зависи от това как мислим за телата си.

Дали това са клетките ни?

Всеки от нас се състои от
10 трилиона човешки клетки,

но ние приютяваме и 100 трилиона
микробни клетки.

В такъв случай те ни надминават 10 към 1.

Може да си мислите, че сме хора
на базата на нашата ДНК,

но се оказва, че всеки от нас има
около 20 000 човешки гени,

в зависимост от това какво точно броите,

но от 2 до 20 милиона микробни гени.

По който и начин да го погледнем,
ние биваме надминати

от микробните си симбионти.

Оказва се, че освен от човешката си ДНК,

ние оставяме следи и от микробна ДНК

по всичко, което докосваме.

Преди няколко години

показахме в изследване,
че можете да съпоставите

нечия длан с компютърната мишка,

която рутинно използва
с до 95 процента точност.

Това излезе в научно списание
преди няколко години,

но още по-важното е,
че беше показано по "CSI: Miami,"

така че сега знаете, че е истина.

(Смях)

Откъде най-вече идват нашите микроби?

Ако имате кучета или деца, като мен,

вероятно имате някои съмнения за това,

които, между другото, са основателни.

Точно както можем да
направим съответствие ръка-компютър

чрез микробите, които споделяте,

можем да направим това и с вашето куче.

Оказва се, че при възрастните хора

микробните общности
са сравнително стабилни,

така че дори и ако живеете заедно с някой,

вие ще запазите отделната си
микробна идентичност

за период от седмици, месеци,
даже години.

Оказва се, че нашите
първи микробни общности

много зависят от това как сме се родили.

При бебетата родени по естествен път

всички микроби са като
във вагиналната общност,

докато при тези с цезарово сечение

всички микроби имат вид като тези
в кожната общност.

Можем да направим асоциация
с някои от различията в здравето

при цезаровото сечение

като по-голямо наличие на астма, алергии,
дори и затлъстяване,

всички от които
вече се асоциират с микроби.

Когато се замислите за това,
доскоро всеки оцелял бозайник

е бил раждан през родилния канал,

така че липсата
на тези предпазни микроби,

с които сме ко-еволюирали
може да е критична

за най-различните заболявания,
в които вече знаем, че участва микробиома.

Когато собствената ми дъщеря
беше родена преди години

чрез цезарово сечение,

ние поехме нещата, за да сме сигурни

че ще бъде в контакт с вагинални микроби,

които трябваше да получи по естествен път.

Наистина е трудно да разберем
дали точно това е оказало влияние

върху здравето ѝ.

Съдейки само по едно дете,
независимо колко я обичаме,

нямаме достатъчен брой деца,

за да разберем какво се случва,

но тя е на две години и още
не е имала ушна инфекция,

така че стискаме палци.

Започваме да правим
клинични изпитвания с повече деца,

за да разберем дали това
има предпазващ ефект като цяло.

Как се раждаме има огромно значение
за това какви микроби имаме в началото,

но какво се случва след това?

Това, което пак ви показвам,
е картата

на данни от Човешкия Микробиомен Проект:

всяка точка представлява
едно място от тялото

на един от 250 здрави възрастни хора.

Виждали сте как децата

се развиват физически, ментално.

Сега за първи път ще видите как

децата на един от колегите ми
се развиват микробно.

Сега ще видим

изпражненията на едно бебе -

фекалната общност,
която представлява червата -

проби, взимани всяка седмица
в продължение на 2,5 години.

Започваме от първия ден.

Това, което ще се случи, е че
детето ще стартира от тази жълта точка

и можете да видите, че започва
от вагиналната общност,

както очакваме спрямо начина на раждане.

Това, което ще се случи
през тези две години и половина,

е че то ще пропътува целия път надолу

за да наподоби фекалната общност
на възрастните доброволци долу в дъното.

Така че аз ще започна този път
и ще видим как това се случва.

Това, което ще видите, и помнете,
че всяка стъпка е само една седмица,

ще видите, че седмица след седмица,

промяната в микробната общност
на изпражненията на това дете,

седмичните разлики
са много по-големи

от разликите между
отделните здрави възрастни хора

в групата на Човешкия Микробиомен Проект,

представени от кафявите точки в дъното.

Можете да видите,
че започва да доближава

фекалната общност на възрастните

(до 2-та год.)
Но нещо невероятно ще се случи.

То взима антибиотици за ушна инфекция.

Можете да видите
огромната промяна в общността,

следвана от
сравнително бързо възстановяване.

Отново ще върна този момент за вас.

Вижда се, че за тези няколко седмици

има много по-радикална промяна -

забавяне на нормалното развитие
с месеци,

следвано от сравнително бързо
възстановяване

и когато детето стане на 838 дена,

което е края на този клип,

може да видите, че е настигнало фекалната
общност на здравите възрастни хора

въпреки антибиотичната интервенция.

Това е наистина интересно, защото повдига
фундаментални въпроси за това

какво се случва в различните възрасти
на детето при интервенция от наша страна.

Дали това, което правим в ранна възраст,
когато микробиомът се променя бързо,

всъщност има значение

или е по-скоро като хвърляне на камък
в бурно море,

където вълничките ще се изгубят?

Учудващо е, но се оказва,
че ако давате антибиотици на децата

през първите им шест месеца,

имат по-голяма вероятност
от затлъстяване по-късно,

отколкото ако не взимат антибиотици
или ги взимат по-късно,

така че това, което правим в ранните
години може да има голямо влияние

върху чревната микробна общност
и върху по-нататъшното здраве

и едва сега започваме да го разбираме.

Учудващо е, защото един ден
освен влиянието,

което антибиотиците имат върху
резистентни бактерии,

което е много важно,

може би те нарушават
и чревните ни микробни екосистеми.

Един ден може да гледаме на антибиотиците
със същия ужас,

с който в момента гледаме на
металните оръдия,

които египтяните използвали,
за да унищожат мозъците

преди да ги дренират за балсамиране.

Споменах, че микробите имат
всички тези важни функции

и от няколко години
вече се асоциират

с най-различни болести,

вкл. синдром на
раздразненото дебело черво,

сърдечни заболявания,

рак на дебелото черво и затлъстяване.

Затлъстяването
е наистина голям проблем,

но вече можем да разберем
дали сте с нормално тегло

или затлъстели с 90 % точност

само като погледнем чревните ви микроби.

Въпреки че това откритие
звучи впечатляващо,

малко е проблематично
да се направи медицински тест.

Вероятно ще познаете по вида
кой е затлъстял,

без да знаете нищо за чревните микроби,

но дори и да декодираме напълно генома

и човешката му ДНК,

можем да кажем кой е затлъстял
с 60 % точност.

Невероятно е, нали?

Това означава, че тези 1,36 кг микроби,
които носите

е по-важен за някои заболявания

от всеки ген в генома.

Можем да направим много повече с мишките.

При мишките микробите се свързват
с всякакви други заболявания,

включително множествена склероза,

депресия, аутизъм и затлъстяване.

Но как да разберем дали
тези микробни различия,

при които има корелация със заболявания

са причина или следствие?
Можем да отгледаме мишки

без собствени микроби в стерилна среда.

След това можем да прибавим микроби,
които смятаме за важни

и да видим какво ще се случи.

Когато вземем микробите
от затлъстяла мишка

и ги трансплантираме
в генетично нормална мишка,

която е била отглеждана стерилно
без собствени микроби,

тогава тя става по-дебела,
отколкото ако ги получи

от мишка с нормално тегло.
Това е поразително.

Понякога това, което става,
е че микробите

им помагат в по-ефикасното храносмилане
на една и съща храна,

така че те извличат повече енергия
от нея,

но друг път микробите всъщност засягат
поведението им.

Мишките започват да поемат повече храна
от нормалното,

така че те надебеляват ако ги оставим
да се хранят колкото искат.

Забележително е, нали?

Заключението е, че микробите могат
да засегнат поведението на бозайниците.

Може би се чудите дали можем да приложим
това и от един вид на друг.

Ако вземете микробите от затлъстял човек

и ги присадите на мишки, отгледани
в стерилна среда,

то тези мишки също ще станат затлъстели,

но не и ако те получат микроби
от хора с нормално тегло.

Но ние можем да направим микробна общност,
с която да ги инокулираме -

тя ще им попречи да наддават тегло.

Можем да направим това
и за недохранването.

В един проект
финансиран от Фондация Гейтс,

това, което изследваме,
са деца от Малави,

които имат квашиоркор -
тежка форма на недохранване.

Мишките, на които присаждаме
общността квашиоркор

губят 30 % от телесната си маса

само за три седмици,

но ние можем да възстановим здравето им
като използваме същата добавка

с фъстъчено масло, която се дава
на децата в клиниката

и мишките, които получават общността

от здравите идентични близнаци
от децата с квашиоркор, се оправят.

Това е невероятно, защото предполага,
че можем да измислим терапии

като ги изпробваме на най-различни мишки,

използвайки индивидуалните

чревни човешки общности,
и може би да ги сведем

до индивидуално ниво.
Мисля, че е наистина важно,

че всеки има възможността
да участва в това откритие.

Преди няколко години

започнахме проекта Американски Черва,

който ви позволява да си намерите
мястото на тази микробна карта.

Сега той е най-големият проект,
финансиран от "тълпата" -

над 8000 души са се включили
до този момент.

Те изпращат пробите си,

ние извършваме секвениране на ДНК
на микробите им и им пращаме резултатите.

Ние ги споделяме, но без лични данни,
и с учени, преподаватели,

други заинтересовани лица и т. н.,

така че всеки може да има
достъп до резултатите.

От друга страна,

когато с екипа ми правим посещения

в Института BioFrontiers и обясняваме,
че използваме роботи и лазери,

за да изследваме изпражненията,
не всеки иска да знае.

(Смях)
Аз предполагам,

че много от вас искат да знаят,

затова донесох някои материали,
ако ви е интересно,

за да може да се включите.

Защо бихте искали да го направите?

Оказва се, че микробите са важни
не само за разбирането

колко сме здрави,

но и защото те могат да помогнат
в лечението.

Това е едно от най-новите неща,
които можем да онагледим

с колеги от Университета в Минесота.

Ето я отново картата
на човешкия микробиом.

Това, което сега ще видим,

е добавянето
на общността от хора с C. diff. -

ужасна форма на диария, при която

трябва да се изхождате
около 20 пъти на ден

и тези хора са взимали неуспешно
антибиотици за две години,

преди да бъдат одобрени за това изпитване.

Какво би станало ако присадим
проби от изпражненията на здрав донор,

тази звезда долу в дъното,

на тези пациенти?

Дали добрите микроби ще победят лошите

и ще помогнат
за възстановяването?

Нека да видим точно какво се случва.

Четирима от тези пациенти
ще получат трансплантация

от здравия донор в дъното,

и това, което веднага можете да видите,

е радикалната промяна в чревната общност.

Един ден след трансплантацията

всички симптоми се изчистват,

диарията изчезва

и те отново са здрави, на път да наподобят
общността на донора си

и остават здрави.

(Аплодисменти)

Все още сме в началото на това откритие.

Сега разбираме, че микробите имат влияние

върху най-различни болести,

от раздразненото дебело черво
до затлъстяването,

може би дори аутизъм и депресия.
Това, което трябва да направим,

е да развием някакъв вид

микробна GPS система,

с която не само да знаем
къде сме в момента,

но също къде искаме да отидем
и какво трябва да направим,

за да стигнем там,

и трябва да можем да я направим просто,

за да може и едно дете да я използва
(Смях).

Благодаря ви

(Аплодисменти)