Image Credit: flickr

Forskare har upptäckt att värdarna svälter sina mikrobiella näringsämnen av näringsämnen, vilket väsentligen tvingar mikroberna i vår mod att göra våra bud.

Var och en av oss är bara hälften mänsklig. Den andra hälften är mikrobiell. Trillioner av virus, svampar, bakterier och andra mikroskopiska organismer täcker vår hud och sträcker våra vitala organ. Vi är beroende av dessa mikrobiella samhällen för att smälta mat, syntetisera vitaminer, stärka immunförsvaret och till och med behålla mental hälsa.

De nya resultaten tyder på att den moderna kost och överanvändning av antibiotika kan undergräva vår ställning som välvilliga övertalare, vilket ger oddsen till förmån för mikroberna.

Näringsämne paradis

"Det verkar finnas en naturlig häckningsordning för bakterierna och oss", säger Lawrence A. David, biträdande professor i molekylär genetik och mikrobiologi vid Duke University School of Medicine. "På ett sätt är det inte förvånande att vi, värden, borde hålla fler av korten."

Per gram finns det fler bakterier som bor i tarmen än i något annat ekosystem i världen.

Men David säger att mikrobiomens rådande syn, särskilt i tarmarna, är ett näringsrikt paradis "där det finns riklig mat och resurser som översvämningar, som Willy Wonka's Chocolate Factory." Per gram finns det fler bakterier som bor i tarmen än i något annat ekosystem i världen.

Sammantaget väger dessa tarmmikroppar ungefär tre pund i en människa, ungefär lika mycket som levern eller hjärnan. Så det är inte förvånande att många forskare skulle tro att dessa mikrober är så rikliga eftersom magen är en unik gästfri miljö.

Men nyligen har vissa forskare ifrågasatt den teorin, inklusive Aspen Reese, en doktorand i Davids laboratorium som nyligen gick vidare till att bli en huvudutredare vid Harvard University.

Alla typer av poop

Som en utbildad ekolog förstod Reese att praktiskt taget alla andra ekosystem på planeten har medlemmar som konkurrerar om resurser. Varför skulle tarmen vara annorlunda? Näringsämnen som kväve eller fosfor begränsar ofta bakterier i strömmar eller sjöar. Reese undrade om kväve var en begränsad resurs i tarmen också.

Hon bestämde sig för att mäta kvävehalterna i tarmmikrobiomen. Eftersom tarmmikrober lever i poop, det innebar att samla avföringprover. Med hjälp av kollegor, särskilt Rob Pringle vid Princeton University, lyckades Reese skaffa avföring från över 30 olika slags däggdjur, inklusive vilda zebror, giraffer och elefanter från Kenya. tamfår, nötkreatur och hästar från New Jersey; och människor från North Carolina.

Hon malade upp proverna och räknade antalet kväve och kolatomer tillgängliga för mikroberna.

"Bakterierna är enskilda organismer, bara försöker få undan - och det finns bara så mycket mat att gå runt."

Reese fann att mikroberna i matsmältningen hade tillgång till i genomsnitt endast en kväveatom för var tionde kolatom medan de flesta frittstående mikrober åtnjuter en diet som består av ett kväve till var fjärde kol.

För att kontrollera att kvävehalterna faktiskt kunde hålla mikrobiomen i kontroll, matade Reese också möss en diet rik på proteiner, som naturligtvis innehåller mycket kväve. När hon ökade mängden protein växte antalet bakterier i musens tarm tiofaldigt.

Försöker bara att gå vidare

Dessutom, när hon injicerade kväve i blodet i möss, hamnade något av det kväve i tarmbakterierna, vilket tyder på att värdena kan utsöndra kväve genom cellerna som liner i magen för att rädda mikrober från svält. Resultaten finns i Natur Mikrobiologi.

"Våra resultat stöder tanken på att vi har utvecklat ett sätt att hålla våra bakterier i en koppel genom att låta dem svälta för kväve", säger David. "Det förklarar också varför den västerländska kosten kan vara dålig för oss. När människor äter för mycket protein, svärmer det värdens förmåga att ta upp kvävet i tunntarmen, och mer av det slutar sin väg till tjocktarmen, vilket eliminerar vår förmåga att kontrollera våra mikrobiella samhällen. "

Situationen är analog med vad ekologer kallar eutrofiering, ett fenomen som orsakas när gödseln strömmar ut i dammar eller sjöar, upptar kväve- eller fosforkoncentrationerna av vattnet och stimulerar den överdrivna tillväxten av alger eller algblomningar.

"Det kan vara lättare att tänka sig att tarmen är mindre" röd i tand och klo "än andra delar av naturen, eftersom mikrobioten kan vara så fördelaktig för människor", säger Reese, som är en junior i Harvard Society of Fellows . "Men bakterierna är enskilda organismer, bara försöker få undan - och det finns bara så mycket mat att gå runt."

Vad är rätt nummer?

Om teorin håller fast att mänskliga värdar förlorar kontrollen över våra mikrobiella underlingar, kan det verka som att använda antibiotika för att torka ut hela populationerna av mikrober skulle vara ett bra sätt att visa dem vem som är chef. Men en annan studie av Reese och David tyder på att taktiken skulle vara dålig.

Laget gav 10-möss en fem dagars behandling av orala antibiotika och analyserade sina pallprover dagligen. Deras resultat, publicerade i juni i Elife, visade att många av källorna till energimikrober är beroende av att kemikalierna nitrat eller sulfat började ackumuleras när mikroberna tömdes.

"Vi har inte riktigt en känsla av vad" rätt "antal bakterier att ha i magen. Visst är noll för få, och att vara full av bara bakterier skulle vara för många. "

Strax efter att antibiotikakursen var över, återvände den kemiska miljön i musklerna till status quo och mikroberna började blomstra igen.

"Vi har inte riktigt en känsla av vad" rätt "antal bakterier att ha i tarmarna, säger Reese. "Förvisso är noll för få, och att vara full av bara bakterier skulle vara för många."

David lägger till en försiktighet att många av de mer än tusen arterna av tarmbakterier som får uttorkas av antibiotika kommer sannolikt aldrig att komma tillbaka. I sina experiment fann hans lag att det enda sättet som mikrober lyckades hitta tillbaka till musklerna var att låta musen göra vad de normalt gör, vilket äter varandras avföring. "Folk kommer förmodligen inte vilja göra det," säger han.

Många studier har visat att människors mikrobiomer efter antibiotikabehandling kan förändras i flera månader, om inte år. Den förändringen kan skapa en gynnsam odlingsplats för patogener.

"Normalt kommer patogener att ha svårt att kolonisera tarmarna," säger David. "Det finns trillioner andra bakterier som de måste slå ut för att överleva. Men om vi plötsligt tar bort den mikrobiella konkurrensen om resurser, förlorar vi kontrollen, och de dåliga bakterierna som orsakar otäcka sjukdomar som C. difficile kolit har en tydligare väg. "

David och hans team undersöker hur våra matval - inklusive prebiotik och probiotika - kan upprätthålla vår relation med vår mikrobiom och slutligen vår hälsa.

"Över evolutionär historia hade våra kroppar en chans att räkna ut allt detta och bygga system för att hålla mikrobioten i kontroll", säger Reese. "Men som forskare som bor i modern tid tror jag att vi fortfarande försöker ta hand om vad det rätta mellanvärdet är och hur vi håller oss där."

National Science Foundation, Hartwell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, Searle Scholars Programmet, Europeiska Forskningsrådet och Österrikiska Vetenskapsfonden stödde arbetet.

Källa: Duke University

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon