Kako nas naši mikrobi čine onima koji jesmo

Rob Knight je pionir u istraživanju ljudskih mikroba, zajednice sitnih jednostaničnih organizama koji žive u našim tijelima i koji imaju ogromnu — i uglavnom neistraženu — ulogu u našem zdravlju. "Kilogram i pol mikroba koje nosite uokolo sa sobom može biti važnije nego svaki pojedini gen koji nosite uokolo u svojem genomu," kaže. Saznajte zašto.

Mi ljudi smo oduvijek brinuli
o zdravlju svojih tijela,

ali nismo oduvijek bili
tako dobri u shvaćanju što je bitno.

Uzmite drevne Egipćane, na primjer:

Jako su brinuli o dijelovima tijela koja
su smatrali potrebnima zagrobnom životu,

ali izostavili su neke dijelove.

Ovaj dio, na primjer.

Iako su vrlo pažljivo
sačuvali želudac, pluća,

jetru, i tako dalje,

mozak bi samo usitnili u kašu,
izvukli ga kroz nos,

i bacili,

što zapravo i ima smisla,

jer što će nam mozak ionako?

Ali zamislite kad bi postojao
zanemaren organ u našim tijelima

koji bi bio težak koliko i mozak

i u nekim pogledima bio
jednako toliko bitan za to što smo,

ali o kojem znamo jako malo
i prema kojem postupamo jednako nemarno.

I zamislite kad,
kroz novi napredak znanosti,

bismo baš započinjali razumijevati

njegovu važnost za to
kako razmišljamo o sebi.

Ne biste li željeli znati više o tome?

Pa, ispada da imamo
nešto baš takvo:

naša crijeva,

ili prije, njihove mikrobe.

Ali nisu samo mikrobi
u našim crijevima oni važni.

Mikrobi po cijelom našem tijelu

ispadaju zbilja kritični
za cijeli raspon razlika

koji čine različite ljudima
onime što jesu.

Pa na primjer, jeste li primijetili

kako neke ljude komarci grizu
puno češće nego druge?

Ispada da je svačije anegdotalno
iskustvo sa kampiranja zapravo istinito.

Na primjer, mene
rijetko grizu komarci,

ali moja ih partnerica Amanda
privlači u rojevima,

a razlog zašto je kako imamo
različite mikrobe u našoj koži

koji proizvode različite kemikalije
koje komarac otkriva.

Sad, mikrobi su također vrlo važni
u polju medicine.

Tako, na primjer, koje mikrobe
imate u crijevima

određuje točno koja sredstva protiv bolova
su otrovna za vašu jetru.

Također određuju hoće li ili neće drugi lijekovi
pomoći oko stanja vašeg srca.

A, barem ako ste vinska mušica,

vaši mikrobi određuju
s kim želite imati seks.

Nismo to još dokazali na ljudima

ali možda je samo pitanje vremena
prije nego otkrijemo. (Smijeh)

Dakle mikrobi izvode
ogroman raspon uloga.

Pomažu nam probaviti hranu.

Pomažu nam obrazovati imunološki sustav.

Pomažu nam oduprijeti se bolestima,

a možda čak mogu
utjecati na naše ponašanje.

Pa kako bi mapa svih tih
mikrobnih zajednica izgledala?

Dobro, ne bi izgledala točno poput ovog,

ali to je koristan vodič
za razumijevanje biološke raznolikosti.

Različiti dijelovi svijeta imaju
različite pejzaže organizama

koji su odmah svojstveni
jednom mjestu ili drugom

ili drugom.

S mikrobiologijom, na neki je način isto,
iako moram vam biti iskren:

Svi mikrobi u biti
izgledaju isto pod mikroskopom.

Pa umjesto da ih pokušavamo
identificirati vizualno,

što činimo je gledamo
njihove slijedove DNA,

a u projektu zvanom
Projekt ljudskog mikrobioma,

Nacionalni instituti za zdravlje
su financirali taj projekt od 137 mil. dolara

gdje se stotine
istraživača sakupilo

kako bi mapiralo sve A-ove, T-ove, G-ove i C-ove,

i to sve od tih mikroba u ljudskom tijelu.

Pa kad ih uzmemo zajedno,
izgledaju ovako.

Sad je malo teže
reći tko živi gdje, nije li?

Što moj laboratorij radi je razvija
računalne tehnike koje nam omogućuju

da uzmemo sve te terabajte
podataka iz slijedova

i pretvorimo ih u nešto
što je malo korisnije, poput mape,

i tako dok to napravimo
sa podacimo ljudskog mikrobioma

od 250 zdravih dobrovoljaca,

to izgleda nekako ovako.

Svaka točka ovdje predstavlja
sve složene mikrobe

u cjelokupnoj mikrobijalnoj zajednici.

Vidite, rekao sam vam kako oni
u osnovi svi izgledaju isto.

A ono što gledamo je svaka točka
predstavlja jednu mikrobijalnu zajednicu

sa jednog mjesta na tijelu
jednog zdravog dobrovoljca.

I možete vidjeti kako su različiti
dijelovi mape u različitim bojama,

gotovo kao odvojeni kontinenti.

A što ispada

je kako te, kao različite
regije na tijelu,

sadrže vrlo različite mikrobe.

Tako da što imamo je
ima oralnu zajednicu tamo gore u zelenom

Preko na drugoj strani
imam kožnu zajednicu u plavom,

vaginalnu zajednicu u ljubičastom,

te potom točno dolje na dnu,
imamo fekalnu zajednicu u smeđem.

A tek smo tijekom zadnjih nekoliko godina

otkrili kako su mikrobi
u različitim dijelovima tijela

zapanjujuće različiti jedni od drugih.

Pa ako pogledam samo na mikrobe neke osobe

u ustima i crijevima,

ispada kako je razlika među
tim mikrobijalnim zajednicama

ogromna.

Veća je od razlike
mikroba ovog grebena

i mikroba ove prerije.

Tako da je nevjerojatno
kad razmislite o tome.

Što to znači je kako
par desetaka centimetara razlike po ljudskom tijelu

čini više razlike
vašoj mikrobijalnoj ekologiji

nego stotine milja po Zemlji.

Ali to ne znači kako dvije osobe
izgledaju u osnovi isto

u staništu istog dijela tijela.

Vjerojatno ste čuli

kako smo poprilično isti
u pogledu naše ljudske DNA.

Vi ste 99,99 posto identični
u pogledu vaše ljudske DNA

osobi koja sjedi do vas.

Ali to nije tako kod mikroba crijeva:

možete dijeliti samo 10 postotnu sličnost

sa osobom koja sjedi do vas
u pogledu crijevnih mikroba.

A to je toliko različito
koliko i bakterije ove prerije

od bakterija ove šume.

Tako ti različiti mikrobi

imaju sve te različite vrste
uloga o kojima sam vam pričao

svašta od probavljanja hrane

do uključenosti u
različite vrste bolesti,

preradi lijekova, i tako dalje.

Pa kako oni čine sve te stvari?

Dobro, djelomično zato što

iako je samo kilogram i pol
tih mikroba u našem crijevu,

zapravo nas nadmašuju u brojnosti.

A koliko nas nadmašuju?

Pa, po to ovisi o tome
što smatrate našim tijelima.

Jesu li ovo naše stanice?

Svatko se od nas sastoji
od 10 trilijuna ljudskih stanica,

ali skrivamo i do
100 trilijuna mikrobijalnih stanica.

Tako da nas brojčano nadmašuju 10:1.

Sad, možete misliti, dobro,
ljudi smo zbog naše DNA,

ali ispada kako svatko od nas ima
oko 20.000 ljudskih gena,

ovisno o tome što točno računate,

ali od čak dva milijuna
do 20 milijun mikrobijalnih gena.

Tako da na koji god način da gledate,
vrlo smo brojčano nadmašeni

od strane naših mikrobijalnih simbionata.

A ispada kako u dodatku
tragovima naše ljudske DNA,

također ostavljamo tragove
naše mikrobijalne DNA

na svemu što dotaknemo.

Pokazali smo u istraživanju
prije nekoliko godina

da se zapravo može spojiti
dlan nečije ruke sa

računalnim mičem
koji rutinski koristi

sa sigurnošću od 95 posto.

To je izašlo u znanstvenom časopisu
prije nekoliko godina,

ali važnije,
bilo je upotrebljeno u "CSI:Miami"

tako da znate da je zbilja istina.

(Smijeh)

A otkud uopće
naši mikrobi dolaze?

Ako, kao ja, imate pse ili djecu,

vjerojatno imate
neke mračne sumnje o tome,

koje su sve istinite, usput.

Pa isto kako možemo spojiti
vas i vašu računalnu opremu

po mikrobima koje dijelite,

možemo vas spojiti i sa vašim psom.

Ali ispada kako u odraslih,

mikrobijalne su zajednice
relativno stabilne,

pa čak i ako živite zajedno s nekim,

održat ćete svoje odvojene
mikrobijalne identitete

kroz razdoblja tjedana,
mjeseci, čak godina.

Ispada kako naše
prve mikrobijalne zajednice

puno ovise o načinu na koji smo rođeni.

Tako bebe koje izađu
normalnim putem,

svi su njihovi mikrobi u osnovi
poput vaginalne zajednice,

dok kod beba
rođenih carskim rezom,

svi njihovi mikrobi
izgledaju kao koža.

A to može biti u vezi
sa nekim razlikama

u zdravlju povezanih
sa carskim rezom,

poput više astme, više alergija,
čak i više pretilosti,

što je sve bilo povezano
sa mikrobima sada,

a kad o tome razmislite,
do nedavno, svaki je preživjeli sisavac

bio porođen kroz porođajni kanal,

tako da bi nedostatak
tih zaštitinih mikroba

s kojima smo se surazvili
mogao biti zbilja važan

za puno tih različitih uvjeta
za koje sada znamo kako utječu na mikrobiom.

Kad je moja vlastita kćer rođena
prije nekoliko godina

hitnim carskim rezom,

uzeli smo stvar u svoje ruke

i pobrinuli se da bude prekrivena
tim vaginalnim mikrobima

koje bi dobila prirodno.

Sad, zbilaj je teško reći
je li to imalo utjecaja

baš na njeno zdravlje, jel tako?

Sa uzorkom veličine samo jednog djeteta,
bez obzira koliko je voljeli,

zapravo nemate
dovoljnu veličinu uzorka

da shvatite što se dešava u prosjeku,

Ali sa dvije godine,
još nije imala upalu uha,

pa držimo prekrižene prste
da je to - to.

A još i više, počinjemo
raditi klinička ispitivanja s više djece

kako bi shvatili ako
ovo ima općenit zaštitni učinak.

To kako smo rođeni ima ogroman učinak
na koje mikrobe imamo u početku,

ali gdje idemo nakon toga?

Što vam ponovo ovdje
pokazujem je mapa

podataka Projekta ljudskog mikrobioma,

pa svaka točka predstavlja
uzorak s jednog mjesta na tijelu

jednog od 250 zdravih odraslih.

Vidjeli ste djecu
kako se razvijaju fizički.

Vidjeli ste ih
kako se razvijaju mentalno.

Sada, po prvi put,
vidjet ćete

dijete jednog mog kolege
kako se razvija mikrobijalno.

Dakle ono što ćemo gledati

je gledati ćemo
stolicu ove bebe,

fekalnu zajednicu,
koja predstavlja crijevo,

uzorkovanu svaki tjedan
kroz gotovo dvije i pol godine.

I tako krećemo od prvog dana.

Što će se dogoditi je dijete će
započeti kao ova žuta točka,

i možete vidjeti kako kreće
u osnovi iz vaginalne zajednice,

kako bismo i očekivali iz njegovog oblika poroda.

A što će se dogoditi
tijekom ovih dvije i pol godine

je kako će otputovati
cijelim putem dolje

da odgovara odrasloj fekalnoj zajednici
zdravih dobrovoljaca dolje na dnu.

Samo ću pokrenuti ovo
pa ćemo vidjeti kako se to dešava.

Što možete vidjeti, a zapamtite
svaki je korak ovoga samo jedan tjedan,

što možeti vidjeti je
kako iz tjedna u tjedan,

promjene u mikrobijalnoj zajednici
fekalija ovog djeteta,

razlike iz tjedna u tjedan
su puno veće

nego razlike između
pojedinih zdravih odraslih

u grupi uključenoj u
Projekt ljudskog mikrobioma,

koji su ove smeđe točke
dolje na dnu.

I možete vidjeti kako se počeo
približavati odrasloj fekalnoj zajednici.

Ovdje smo na otprilke dvije godine.

Ali nešto zapanjujuće
će se dogoditi uskoro.

Dobija antibiotike
radi upale uha.

Što možete vidjeti je
ta ogromna promjena u zajednici,

nakon koje slijedi relativno brz oporavak.

Premotat ću vam to.

A ono što vidim je kako
samo tijekom tih nekoliko tjedana,

imamo puno korjenitiju promjenu,

Smetnja brojnim mjesecima
normalnog razvoja,

koju slijedi relativno brz oporavak.

a do vremena kad dosegne dan 838,

koji je kraj ovog videa,

možete vidjeti kako je u biti
dosegao zdravu odraslu zajednicu u stolici,

usprkos tom uplivu antibiotika.

Ovo je vrlo zanimljivo
jer podiže temeljna pitanja

o tome što se događa kad se upletemo
u različitim dobima djetetovog života.

Je li ono što činimo u ranoj dobi,
gdje se mikrobiom mijenja tako brzo

zbilja nešto znači,

ili je to poput bacanja kamena
u olujno more,

gdje će mreškanje
jednostavno nestati?

Dobro, fascinantno, ispada da
ako djeci date antibiotike

u prvih šest mjeseci života,

veća je vjerojatnost
da će kasnije postati pretili

nego ako ne dobiju antibiotike tada
ili ih dobiju kasnije,

tako da što činimo u ranoj dobi
može izvršiti značajne utjecaje

na mikrobijalnu zajednicu crijeva
i na kasnije zdravlje

koje tek počinjemo shvaćati.

Dakle ovo je očaravajuće jer jednog dana,
u dodatku poslijedicama

antibiotika na
bakterije otporne na antibiotike,

koje su vrlo važne,

možda također slabe
mikrobijalne ekosustave naših crijeva,

pa ćemo se možda jednog dana
odnositi prema antibioticima sa istom stravom

koju trenutno čuvamo
za onaj metalni alat

koji su Egipćani koristili
za usitnjavanje mozgova

prije nego bi ih izvukli
tijekom balzamiranja.

Spomenuo sam kako mikrobi
imaju sve te bitne uloge,

A također su sada,
baš tijekom zadnjih nekoliko godina,

bili povezani sa cijelim rasponom
različitih bolesti,

uključujući upalnu bolest crijeva,

srčane bolesti, rak debelog crijeva,

i čak pretilost.

Pretilost ima zbilja veliku poveznicu,
kako ispada,

i danas, možemo reći
jeste li mršav i ili pretili

sa 90 postotnom točnošću

gledajući mikrobe vaših crijeva.

Sad, iako to može zvučati upečatljivo,

na neki je način malo problematično
kao medicinski test,

jer vjerojatno možete reći
koji su od tih ljudi pretili

bez da znate išta
o mikrobima njihovih crijeva,

ali ispada da čak i kad bi
izvukli potpune slijedove njihovih genoma

i imali sam njihov ljudski DNA,

mogli bi predvidjeti koji je pretio
sa samo oko 60 posto točnosti.

Tako da to je zapanjujuće, jel tako?

Što to znači je kako kilogram i pol
mikroba koje nosite uokolo sa sobom

mogu biti važniji
za neke zdravstvene prilike

nego svaki pojedini gen vašeg genoma.

A onda u miševa,
možemo učiniti toliko toga više.

U miševa, mikrobi su povezani
sa svim vrstama dodatnih prilika,

uključujući stvari poput multiple skleroze,

depresije, autizma, te ponovo, pretilosti.

Ali kako možemo reći
jesu li te mikrobijalne razlike

koje uzajamno odgovaraju bolestima
uzroci ili posljedice?

Dobro, jedna stvar koju možemo
je možemo uzgojiti nešto miševa

bez ikakvih vlastiti mikroba
u mjehuru bez klica.

Tad možemo dodati neke mikrobe
za koje mislimo kako su važni,

i gledati što se događa.

Kad uzmemo mikrobe
sa pretilog miša

i presadimo ih
u genetski normalnog miša

koji je uzgojen u mjehuru
bez vlastitih mikroba,

postaje deblji nego ako ih dobije
od običnog miša.

Zašto se ovo događa
je posve zapanjujuće, ipak.

Nekad je ono što se događa
kako im mikrobi

pomažu probaviti hranu
učinkovitije iz iste prehrane,

pa dobijaju više energije
iz svoje hrane,

no u drugim slučajevima, mikrobi
zapravo utječu na njihovo ponašanje.

Što čine je kako jedu
više nego normalan miš,

pa postaju debeli samo ako im
pustimo da jedu onoliko koliko bi željeli.

Ovo je zbilja izvanredno, zar ne?

Ukazuje kako mikrobi
mogu utjecati na ponašanje sisavaca.

Pa se možda pitate možemo li
učiniti ovakve stvari i među vrstama,

i ispada da ako uzmete mikrobe
iz pretile osobe

i presadite ih u miševe
koje ste uzgojili bez klica,

ti će miševi također postati deblji

nego ako su primili klice
iz mršave osobe,

ali možemo osmisliti mikrobijalnu zajednicu
kojom ih možemo cijepiti

kako bismo spriječili
takvo debljanje.

To također možemo učiniti i sa pothranjenošću.

Tako u projektu kojeg
financira zaklada Gates,

što gledamo su
djeca u Malawiju

koja imaju kvašiorkor,
dubok oblik pothranjenosti,

a miševi kojima usadimo
zajednicu kvašiorkora

izgube 30 posto tjelesne mase

u samo tri tjedna,

ali možemo im vratiti zdravlje koristeći
taj isti dodatak temeljen na maslacu od kikirikija

koji se koristi za
djecu u klinici,

a miševi koji prime zajednicu

od zdravih identičnih blizanaca
djece sa kvašiorkorom su u redu.

Ovo je zbilja zapanjujuće jer nagoviješta
kako možemo provoditi terapije

iskušavajući ih na
čitavoj hrpi različitih miševa

sa crijevnim zajednicama pojedinih ljudi

i možda krojiti te terapije
sve do razine pojedinca.

Mislim kako je zbilja važno
da svatko ima priliku

sudjelovati u ovom otkriću-

Tako, prije par godina,

počeli smo ovaj projekt
nazvan Američko crijevo,

koji vam omogućuje da zauzmete
mjesto za sebe na ovoj mikrobijalnoj mapi.

To je sada najveći grupno financirani
znanstveni projekt za koji znamo --

preko 8.000 ljudi
je potpisalo do sada.

Što se događa jest,
oni pošalju svoje uzorke,

mi izvučemo slijedove DNA njihovih mikroba
te im potom šaljemo rezultate nazad.

Također ih šaljemo, lišene identiteta,
znanstvenicima, prosvjetiteljima,

zainteresiranim članovima
šire javnosti, i tako dalje,

tako da svatko može imati pristup podacima.

U drugu ruku,

kada radimo obilaske
našeg laboratorija u institutu Biofrontiers,

i objasnimo da koristimo robote
i lasere kako bi gledali u kakicu,

ispada kako to
ne želi znati svatko.

(Smijeh)

Ali nagađam da puno vas želi,

pa sam donio nešto opreme
ovdje ako vas zanima

da je i sami iskušate.

Dakle zašto bismo mogli željeti ovo?

Pa, ispada kako mikrobi
nisu samo važni

za otkrivanje gdje smo
u pogledu zdravlja,

već i da zapravo mogu liječiti bolesti.

Ovo je jedna od najnovijih stvari
koje smo bili u stanju vizualizirati

sa kolegama
sa Sveučilišta Minnesote.

Dakle eto mape
ljudskog mikrobioma ponovo.

Što gledamo trenutno --

Dodat ću zajednicu
nekih ljudi sa C. diff.

Dakle, to je strašan oblik proljeva

gdje morate ići
do 20 puta dnevno,

a ovi ljudi nisu koristili
terapiju antibioticima kroz dvije godine

prije nego što su postali
kvalificirani za ovu probu.

Dakle što bi se dogodilo ako bi presadili
nešto stolice iz zdravog davaoca,

one zvijezde dolje na dnu,

u ove pacijente.

Bi li se dobri mikrobi
borili sa lošim mikrobima

i pomogli im vratiti zdravlje?

Pa pogledajmo točno što se tamo događa.

Četirima od tih pacijenata
će upravo biti presađen uzorak

od zdravog davaoca na dnu,

a što možete vidjeti je kako odmah,

imate tu temeljitu promjenu
u zajednici crijeva.

Dakle jedan dan nakon što izvršite presađivanje,

svi se ti simptomi raščiste,

proljev nestaje,

i ona je u biti ponovno zdrava,
počinje nalikovati na davateljevu zajednicu

i ostaje takva.

(Pljesak)

Tek smo na početku ovog otkrića.

Tek otkrivamo
da mikrobi utječu

na sve te različite vrste bolesti,

od upalne bolesti crijeva
do pretilosti,

te možda i autizma te depresije.

Što trebamo uraditi, ipak,

moramo razviti
nešto kao mikrobijalni GPS,

gdje nije da samo znamo
gdje smo trenutno

nego i gdje želimo stići
i što trebamo učiniti

kako bismo tamo i stigli,

i moramo biti u stanju
učiniti to dovoljno jednostavnim

da ga čak i dijete može koristiti.
(Smijeh)

Hvala vam.

(Pljesak)