Rob Knight
2,081,397 views • 17:24

Zawsze interesowaliśmy się naszym zdrowiem fizycznym, ale nie zawsze wiemy, co jest istotne. Na przykład starożytni Egipcjanie bardzo dbali o części ciała, których potrzebowali w życiu po śmierci, ale zapominali o innych. Na przykład o tej części. Chociaż z wielką starannością konserwowali żołądek, płuca, wątrobę i tak dalej, to niszczyli mózg, wydobywając go przez nos, i wyrzucali. Miało to sens. Do czego potrzebny jest właściwie mózg? Wyobraźcie sobie, że w naszym ciele byłby inny, równie lekceważony organ, który ważyłby tyle, co mózg, i miałby wpływ na to, kim jesteśmy, ale wiedzielibyśmy o nim niewiele i traktowalibyśmy go po macoszemu. Wyobraźcie sobie, że dzięki odkryciom w nauce, zaczęlibyśmy rozumieć jego znaczenie w postrzeganiu siebie. Nie chcielibyście wiedzieć o nim więcej?

Tak się składa, że mamy taki organ: nasze jelita, a mówiąc dokładniej, jego mikroorganizmy. Nie tylko mikroby jelitowe są ważne. Mikroby zamieszkujące nasze ciało są istotne w definiowaniu różnic pomiędzy ludźmi. Czy zauważyliście, na przykład, że komary kąsają niektóre osoby częściej niż inne?

Biwakowe anegdoty są prawdziwe. Jestem rzadko pokłuty przez komary, ale moja partnerka Amanda przyciąga całe stada. Dzieje się tak z powodu różnych mikroorganizmów na naszej skórze, które produkują inne związki chemiczne, na które reagują komary.

Mikroorganizmy są bardzo ważne w dziedzinie medycyny. Na przykład mikroby jelitowe wpływają na to, czy leki przeciwbólowe zaszkodzą wątrobie, a które leki będą skuteczne w leczeniu choroby serca. Jeśli jesteś muszką owocówką, mikroorganizmy określają, z kim chcesz uprawiać seks. Nie dowiedliśmy tej zależności u ludzi, ale może to tylko kwestia czasu. (Śmiech)

Mikroorganizmy pełnią wiele funkcji. Pomagają w trawieniu jedzenia. Pomagają kształtować system odpornościowy. Pomagają nam bronić się przed chorobami i mogą nawet wpływać na nasze zachowanie. Jak wyglądałaby mapa różnych społeczności mikrobów? Nie wyglądałoby dokładnie tak, ale ta mapa jest pomocna, aby zrozumieć bioróżnorodność. W różnych częściach świata znajdują się różne ekosystemy, które są natychmiast kojarzone z tym lub innym miejscem. Z mikrobiologią jest podobnie, chociaż muszę być z wami szczery: mikroorganizmy wyglądają tak samo pod mikroskopem. Zamiast próbować rozróżniać je wizualnie, badamy ich sekwencje DNA, a "Projekt Poznania Ludzkiego Mikrobiomu", który sfinansował w kwocie 173 mln dolarów Narodowy Instytut Zdrowia, zebrał setki badaczy, i ma na celu sporządzić mapę wszystkich A, T, G i C w DNA i wszystkich mikrobów w ludzkim ciele. Jeśli zbierzemy je razem, tak wyglądają. Trudniej odróżnić, które są które.

Moje laboratorium tworzy techniki obliczeniowe, aby wziąć tetrabajty danych z sekwencjonowania DNA i zmienić je w bardziej przydatną mapę. Kiedy zrobimy to z danymi dotyczącymi ludzkiego mikrobiomu, zebranymi od 250 zdrowych ochotników wygląda to tak. Każdy punkt reprezentuje wszystkie złożone mikroorganizmy w całym środowisku mikrobiologicznym. Mówiłem, że wyglądają właściwie tak samo. Każdy punkt reprezentuje jedną społeczność mikrobów z pewnej części ciała zdrowego ochotnika. W różnych częściach mapy są inne kolory, przypominające oddzielne kontynenty. Okazuje się, że w różnych częściach ciała występują różne mikroorganizmy. Mamy środowisko jamy ustnej zaznaczone na zielono. Po drugiej stronie, na niebiesko, zaznaczono środowisko skóry, na fioletowo - środowisko pochwy. a na dole mamy brązowe środowisko jelit. W ciągu ostatnich kilku lat odkryliśmy, że mikroorganizmy w różnych częściach ciała niesamowicie się od siebie różnią. Jeśli spojrzymy na mikroorganizmy zasiedlające jedną osobę, jej usta i jelita, okaże się, że różnice pomiędzy tymi środowiskami mikroorganizmów są ogromne. Są większe niż różnice pomiędzy mikroorganizmami żyjącymi w rafie a mikroorganizmami na prerii. To jest niesamowite, gdy się nad tym zastanowimy. Kilkadziesiąt centymetrów różnicy w ludzkim ciele ma większe znaczenie dla mikrobiologicznej ekologii niż setki kilometrów na Ziemi.

Dwoje ludzi nie wygląda tak samo w tych samych częściach ciała. Pewnie słyszeliście, że wszyscy jesteśmy podobni, jeśli chodzi o DNA, Jesteście identyczni w 99.99%, do osoby siedzącej obok was. Nie dotyczy to mikroorganizmów w jelitach: jesteście podobni w zaledwie 10% do waszego sąsiada. Różnicie się tak, jak bakterie z prerii różnią się od bakterii z lasu.

Te różne mikroorganizmy pełnią wiele różnych funkcji, o których mówiłem wcześniej, od trawienia jedzenia po udział w wielu chorobach, metabolizując leki i tak dalej. Jak one to wszystko robią? Po części jest tak, że chociaż w naszym jelicie jest około 1,5 kg mikroorganizmów, to mają one przewagę liczebną. Jak dużą? To zależy od tego, co uważacie za swoje ciało. Czy są to nasze komórki? Każdy składa się z około 10 bilionów komórek, ale zasiedla nas nawet 100 bilionów komórek mikrobów. Ich przewaga wynosi 10:1. Możecie myśleć, że jesteśmy ludźmi dzięki naszemu DNA, ale okazuje się, że każdy z nas posiada około 20,000 ludzkich genów, w zależności, co bierzemy pod uwagę, ale od 2 do 20 milionów genów mikrobów. Jakkolwiek na to nie spojrzymy, większą przewagę liczebną mają nasze mikrobiologiczne symbionty. Oprócz śladów ludzkiego DNA

zostawiamy również ślady mikrobiologicznego DNA na wszystkim, czego dotkniemy. Wykazaliśmy parę lat temu w badaniach, że można dopasować czyjąś dłoń do myszki komputerowej, której używała, z dokładnością do 95%. Zostało to opublikowane kilka lat temu w czasopiśmie naukowym, co więcej, było to pokazane w "Kryminalnych zagadkach Miami", więc z pewnością wiecie, że to prawda. (Śmiech) Skąd się biorą mikroorganizmy?

Jeśli macie psy albo dzieci, tak jak ja, to pewnie macie pewne podejrzenia, które, przy okazji, są prawdziwe. Jeśli możemy dopasować was do waszego komputera dzięci wspólnym mikrobom, możemy też dopasować was do waszego psa. Okazuje się, że u dorosłych środowiska mikrobów są względnie stabilne, więc nawet, jeśli mieszkacie z kimś, to utrzymacie mikrobiologiczną tożsamość po tygodniach, miesiącach, a nawet latach. Pierwsze środowisko mikrobiologiczne

zależy od tego, w jaki sposób się rodzimy. U dzieci, które rodzą się naturalnie, mikroby są podobne do środowiska pochwy, a u dzieci urodzonych przez cesarskie cięcie wyglądają one jak mikroby na skórze. Można to połączyć z różnicami zdrowotnymi, wynikającymi z cesarskiego cięcia, jak na przykład więcej przypadków astmy, alergii, a nawet otyłości, które zostały powiązane z mikrobami. Jeśli się nad tym zastanowić, to każdy ssak do niedawna rodził się przez kanał rodny, więc brak ochronnych mikroorganizmów, z którymi koewoluowaliśmy, może być naprawdę ważny dla wielu różnych chorób, które łączymy z mikrobami.

Kiedy kilka lat temu urodziła się moja córka przez awaryjne cesarskie cięcie, wzięliśmy sprawy we własne ręce i zadbaliśmy, aby była pokryta mikrobami z pochwy, które otrzymałaby drogą naturalną. Trudno powiedzieć, czy to wpłynęło na jej zdrowie. Z liczebnością próby w postaci dziecka, chociaż bardzo ją kochamy, liczebność próby jest zbyt mała, aby sprawdzić, czy ma to znaczenie, ale w wieku 2 lat nie miała infekcji ucha, i trzymamy kciuki, żeby tak zostało. Zaczynamy badania kliniczne z innymi dziećmi, by zbadać, czy ma to wpływ na odporność.

Sposób, w jaki się rodzimy, ma ogromny wpływ na to, jakie mamy mikroorganizmy, ale co dalej? Znowu przedstawiam mapę "Projektu Poznania Mikrobiomu Człowieka", gdzie każdy punkt reprezentuje próbkę z ciała jednego z 250 zdrowych dorosłych. Widzieliście rozwijające się dzieci, fizycznie i psychicznie. teraz zobaczycie po raz pierwszy, jak dziecko jednego z moich kolegów rozwija się mikrobiologicznie. Będziemy teraz patrzeć na stolec tego dziecka, środowisko fekalne występujące w jelitach. Próbki pobierano raz w tygodniu, przez prawie 2,5 roku. Zaczynamy od pierwszego dnia. Niemowlę zaczyna jako żółta kropka. Chłopiec zaczyna od mikrobów z pochwy co nie dziwi, wiedząc, jak przyszedł na świat. W ciągu 2,5 roku przemieści się na sam dół, przypominając środowisko fekalne dorosłych, zdrowych ochotników na samym dole. Zobaczmy, jak to wygląda.

Jak widzicie, i pamiętajcie, że każdy ruch to tylko tydzień, z tygodnia na tydzień, zachodzą zmiany w środowisku mikrobów w kale tego dziecka, i te różnice są większe, niż pomiędzy pojedynczymi, zdrowymi ludźmi z grupy osób biorących udział w projekcie, którzy są brązowymi punktami na dole. Jak widzicie, zaczyna zbliżać się do mikrobów z kału dorosłych. Dzieje się to przez około 2 lata Zaraz stanie się coś niesamowitego. Dostaje antybiotyki na infekcję ucha. Widać duże zmiany w środowisku mikrobów, a następnie szybki powrót do zdrowia. Przewinę to. Widzimy, że w ciągu tych kilku tygodni nastąpiła ogromna zmiana, regres wielu miesięcy normalnego rozwoju, a potem nagłe wyzdrowienie, i przed 838 dniem, który jest końcem filmu, można zauważyć, że mikroby dziecka przypominają te z kału zdrowego człowieka, pomimo interwencji antybiotykiem.

To nasuwa podstawowe pytania o wpływ naszej interwencji na etapach rozwoju dziecka. Czy to co robimy we wczesnym etapie szybkiego rozwoju mikrobiomu, ma jakieś znaczenie, czy jest to jak rzucanie kamienia w wodę, po którym ślad zaginie? Dając dziecku antybiotyki w pierwszych sześciu miesiącach życia, zwiększa się prawdopodobieństwo otyłości w późniejszych latach, niż gdyby nie dostały antybiotyków lub dostały je nieco później. To, co robimy we wczesnych latach, ma ogromny wpływ na środowisko mikrobów w jelitach i na późniejsze zdrowie. Dopiero zaczynamy to rozumieć. To jest fascynujące, bo pewnego dnia, jednym z kolejnych skutków, jakie mają antybiotyki na bakterie odporne na ich działanie, a które są bardzo ważne, może być ich niszczące działanie dla mikrobiomu w jelitach. Dlatego, pewnego dnia, możemy postrzegać antybiotyki, jako równie barbarzyńskie, jak metalowe narzędzia, których używali Egipcjanie do rozdrabniania mózgu, zanim wyciągnęli go przed balsamowaniem ciała.

Mikroby pełnią ważne funkcje, ale także, przez ostatnie kilka lat, zostały powiązane z wieloma schorzeniami, łącznie z nieswoistym zapaleniem jelit, chorobami serca, rakiem jelita grubego, a nawet otyłością. Otyłość ma duże znaczenie, i obecnie można powiedzieć, czy jesteś szczupły, czy otyły, z dokładnością do 90%, patrząc na mikroby w jelitach. To może zabrzmieć jak przechwałka, bo w przypadku badań lekarskich, to jest akurat problematyczne. Za pomocą badań można stwierdzić, która osoba jest otyła, nie wiedząc nic o jej jelitach, ale nawet jeśli uda się odczytać genom człowieka, i zdobędziemy jego kompletne DNA

możemy stwierdzić jedynie w 60%, kto z nich jest otyły. Zgodzicie się, że jest to niesamowite? To oznacza, że te 1.5 kg mikrobów, które nosimy ze sobą, może znaczyć więcej dla zdrowia niż pojedynczy gen w genomie.

U myszy możemy zbadać więcej rzeczy. Udało nam się połączyć mikroby z różnymi innymi dolegliwościami, wliczając stwardnienie rozsiane, depresję, autyzm, i znowu, otyłość. Jak możemy stwierdzić, że te różnice w mikrobach, które łączymy z chorobami, są ich powodem? Możemy wychować niektóre myszy w sterylnej bańce, bez naturalnych mikrobów. Potem dodajemy mikroby, które są naszym zdaniem istotne, i sprawdzamy co się dzieje. Kiedy bierzemy mikroby z otyłej myszy, i przeszczepimy je normalnej myszy, która dorastała w sterylnym środowisku, staje się ona grubsza, niż gdyby dostała je od zwykłej myszy. Powód jest dość niesamowity. Czasami dzieje się tak, że mikroby pomagają im trawić jedzenie bardziej efektywnie przy jakiejś diecie, tak aby dostawały więcej energii z jedzenia, ale innymi razy, mikroby wpływają na ich zachowanie i te myszy jedzą więcej, niż "zwykłe" myszy, więc przybierają na wadze, jeśli pozwolimy im jeść tyle, ile chcą.

Czyż to nie jest nadzwyczajne? To oznaczałoby, że mikroby mają wpływ na zachowanie ssaków. Może zastanawiacie się, czy dzieje się tak z innymi gatunkami? Okazuje się, że jeśli weźmie się mikroby osoby otyłej i zaszczepi je u "sterylnej" myszy, ta mysz także przytyje, inaczej niż gdyby przeszczepić jej mikroby osoby szczupłej. Możemy kontrolować środowisko mikrobów, które zaszczepimy, które chroni przed przybieraniem na wadze.

To samo możemy robić z niedożywieniem. W projekcie ufundowanym przez Fundację Gatesów, obserwujemy dzieci z Malawi, które cierpią na kwashiorkor, czyli niedożywienie białkowe, i myszy, którym przeszczepimy mikroby tych dzieci, tracą 30% wagi w ciągu zaledwie trzech tygodni, ale możemy odzyskać ich zdrowie, używając suplementu diety, który dajemy dzieciom w klinice, masła orzechowego, i mysz, dostając mikroby od dziecka, które wyzdrowiało, także radzi sobie całkiem nieźle. To jest niesamowite, bo sugeruje, że możemy sterować leczeniem, wypróbując je na myszach posiadających różne środowiska mikrobów i dopasować leczenie do konkretnego przypadku.

Myślę, że ważne jest, by każdy miał szansę brać udział w badaniu. Kilka lat temu rozpoczęliśmy projekt "American Gut", w którym każdy może zaznaczyć swoje miejsce na mikrobiologicznej mapie. To największy projekt naukowy sfinansowany społecznościowo: bierze w nim udział ponad 8000 ludzi. Oni przesyłają nam swoje próbki, a my odczytujemy sekwencje DNA mikrobów, i odsłyłamy je z powrotem. Wyniki udostępniamy anonimowo naukowcom, nauczycielom, wszystkim zainteresowanym członkom społeczeństwa, tak więc każdy ma dostęp do tych danych. Z drugiej strony, kiedy oprowadzamy grupy po laboratorium w Instytucie BioFrontieres, i opowiadamy o użyciu robotów i laserów do sprawdzania kału, okazuje się, że nie każdy chce to wiedzieć. (Śmiech) Sądzę, że wielu z was chce, więc przyniosłem kilka próbek, jeśli jesteście zainteresowani w wypróbowaniu tego na sobie.

Dlaczego chcielibyście to robić? Mikroby są nie tylko potrzebne w badaniu naszego zdrowia, ale mogą także leczyć choroby. To jest jedna z najnowszych rzeczy, którą udało nam się zwizualizować z kolegami z Uniwersytety Minnesoty. Patrzymy teraz, znowu, na mapę ludzkiego mikrobiomu. Dodam do tej grupy ludzi z chorobą jelita grubego - Clostridium difficile. Jest to potworna forma biegunki zmuszająca do prawie 20 wizyt w toalecie. Ludzie, którzy przeszli nieskuteczną, dwuletnią terapię antybiotykową, zanim zakwalifikowali się do tego badania Co się stanie, jeśli przeszczepimy im trochę stolca od zdrowego dawcy, który widnieje na dole mapy? Czy dobre mikroby zwalczą te złe i pomogą wyleczyć pacjenta? Sprawdźmy, co się stanie. Czterech z tych pacjentów ma dostać przeszczep od tego zdrowego dawcy na dole, i widzać natychmiastową, radykalną zmianę w środowisku jelitowym. Dzień po przeszczepie wszystkie symptomy choroby znikają, znika biegunka, a jelita są znowu zdrowe, odzwierciedlając środowisko mikrobiologiczne dawcy, które tam zostaje. (Oklaski)

Jesteśmy na początku tego odkrycia. Dopiero odkrywamy, jakie powiązania mają mikroby z różnymi chorobami, od nieswoistego zapalenia jelit, przez otyłość, po, być może, autyzm i depresję. To, co w tej chwili musimy zrobić, to opracować swoisty mikrobowy GPS, dzięki któremu dowiemy się, gdzie jesteśmy, a także dokąd chcemy iść, i co musimy zrobić, aby tam dotrzeć, i musimy zrobić to na tyle prosto, aby nawet dziecko mogło tego używać (Śmiech)

Dziękuję.

(Oklaski)