Image credit: Flickr

Forskere har opdaget, at værter sulter deres mikrobielle næringsstoffer, hvilket i det væsentlige tvinger mikroberne i vores tarme til at gøre vores bud.

Hver af os er kun halvt menneske. Den anden halvdel er mikrobiel. Billioner af vira, svampe, bakterier og andre mikroskopiske organismer belægger vores hud og beklæder vores vitale organer. Vi er afhængige af disse mikrobielle samfund for at fordøje mad, syntetisere vitaminer, styrke immunforsvaret og endda opretholde mental sundhed.

De nye fund indikerer, at den moderne diæt og overforbrug af antibiotika kan underminere vores position som velvillige overherrer, hvilket sætter oddsene til fordel for mikroberne.

Næringsstofparadis

"Der ser ud til at være en naturlig hakkeorden for bakterierne og os," siger Lawrence A. David, assisterende professor i molekylær genetik og mikrobiologi ved Duke University School of Medicine. "På en måde er det ikke overraskende, at vi som vært skal have flere af kortene."

Per gram er der flere bakterier i tarmen end i noget andet økosystem i verden.

Alligevel siger David, at den fremherskende opfattelse af mikrobiomet, især i tarmen, er af et næringsrig paradis "hvor der er rigeligt med mad og ressourcer, der strømmer ind, ligesom Willy Wonkas Chokoladefabrik." Per gram er der flere bakterier i tarmen end i noget andet økosystem i verden.

Alt i alt vejer disse tarmmikrober cirka tre pund hos et menneske, omtrent lige så meget som leveren eller hjernen. Så det er ikke overraskende, at mange forskere ville tro, at disse mikrober er så rigelige, fordi tarmen er et unikt gæstfrit miljø.

Men for nylig har nogle forskere stillet spørgsmålstegn ved denne teori, herunder Aspen Reese, en ph.d.-kandidat i Davids laboratorium, der for nylig gik over til at blive hovedforsker ved Harvard University.

Alle slags poop

Som uddannet økolog forstod Reese, at næsten ethvert andet økosystem på planeten har medlemmer, der konkurrerer om ressourcer. Hvorfor ville tarmen være anderledes? Næringsstoffer som nitrogen eller fosfor begrænser ofte bakterier i vandløb eller søer. Reese spekulerede på, om kvælstof også var en begrænset ressource i tarmen.

Hun besluttede at måle niveauet af kvælstof i tarmmikrobiomet. Fordi tarmmikrober lever i poop, betød det at indsamle afføringprøver. Med hjælp fra kolleger, især Rob Pringle ved Princeton University, formåede Reese at skaffe afføring fra over 30 forskellige slags pattedyr, herunder vilde zebraer, giraffer og elefanter fra Kenya; tamfår, kvæg og heste fra New Jersey; og mennesker fra North Carolina.

Hun malede prøverne op og tællede antallet af nitrogen- og kulstofatomer, der var tilgængelige for mikroberne.

"Bakterierne er individuelle organismer, der bare prøver at komme forbi - og der er kun så meget mad at gå rundt."

Reese fandt ud af, at mikroberne i den menneskelige tarm havde adgang til et gennemsnit på kun et nitrogenatom for hver ti kulstofatomer, mens de fleste fritlevende mikrober nyder en diæt, der består af et kvælstof til hver fire carbonatomer.

For at kontrollere, at kvælstofniveauer rent faktisk kunne holde mikrobiomet i skak, fodrede Reese også mus med en diæt rig på proteiner, som naturligt indeholder meget kvælstof. Da hun øgede mængden af ​​protein, voksede antallet af bakterier i tarmen hos musene ti gange.

Prøver bare at komme forbi

Hvad mere er, da hun injicerede kvælstof i musens blodomløb, endte noget af dette kvælstof i tarmbakterierne, hvilket tyder på, at værten kan udskille kvælstof gennem cellerne, der forer tarmen for at redde mikrober fra sult. Resultaterne fremgår af Natur Mikrobiologi.

"Vores fund understøtter tanken om, at vi har udviklet en måde at holde vores bakterier i snor ved at lade dem sulte efter kvælstof," siger David. ”Det forklarer også, hvorfor den vestlige diæt kan være dårlig for os. Når folk spiser for meget protein, svømmer det værtens evne til at optage kvælstoffet i tyndtarmen, og mere af det ender med at finde vej til tyktarmen, hvilket eliminerer vores evne til at kontrollere vores mikrobielle samfund. ”

Situationen er analog med det, som økologer kalder eutrofiering, et fænomen, der forårsages, når gødning løber ud i damme eller søer, hvilket øger kvælstof- eller fosforkoncentrationen i vandet og stimulerer den overdrevne vækst af alger eller algeblomstringer.

"Det kan være lettere at forestille sig, at tarmen er mindre 'rød i tand og klo' end andre dele af naturen, fordi mikrobiota kan være så gavnlig for mennesker," siger Reese, som er en yngre fyr i Harvard Society of Fellows . "Men bakterierne er individuelle organismer, der bare prøver at komme forbi - og der er kun så meget mad at gå rundt."

Hvad er det rigtige nummer?

Hvis teorien holder fast, at menneskelige værter mister kontrollen med vores mikrobielle underbørn, kan det virke som at bruge antibiotika til at udslette hele befolkningen af ​​mikrober ville være en fantastisk måde at vise dem, hvem der er chef. Men en anden undersøgelse foretaget af Reese og David indikerer, at taktik ikke kan anbefales.

Holdet gav 10 mus en fem-dages behandling af orale antibiotika og analyserede deres afføringsprøver dagligt. Deres resultater blev offentliggjort i juni i eLIFE, viste, at mange af energikilderne er afhængige af - ligesom kemikalierne nitrat eller sulfat - begyndte at akkumulere, da mikroberne blev udtømt.

”Vi har ikke rigtig en fornemmelse af, hvad det 'rigtige' antal bakterier har i tarmen. Bestemt nul er for få, og det at være fuld af kun bakterier ville være for mange. ”

Kort efter at antibiotikakurset var forbi, vendte det kemiske miljø i tarmen hos mus tilbage til status quo, og mikroberne begyndte at blomstre igen.

"Vi har ikke rigtig en fornemmelse af, hvad det 'rigtige' antal bakterier har i tarmen," siger Reese. "Bestemt nul er for få, og det at være fuld af kun bakterier ville være for mange."

David tilføjer en advarsel om, at mange af de mere end tusind arter af tarmbakterier, der bliver udslettet af antibiotika, sandsynligvis aldrig kommer tilbage. I deres eksperimenter fandt hans team, at den eneste måde, hvorpå disse mikrober formåede at finde vej tilbage i maven på mus, var ved at lade musene gøre, hvad de normalt gør, hvilket er at spise hinandens afføring. ”Folk vil sandsynligvis ikke gøre det,” siger han.

Mange undersøgelser har vist, at folks mikrobiomer efter antibiotikabehandling kan ændres i flere måneder, hvis ikke år. Denne ændring kan skabe en gunstig yngleplads for patogener.

”Patogener vil normalt have svært ved at kolonisere tarmen,” siger David. ”Der er billioner af andre bakterier, de skal slå ud for at overleve. Men hvis vi pludselig fjerner den mikrobielle konkurrence om ressourcer, mister vi kontrollen og de dårlige bakterier, der forårsager grimme sygdomme som C. difficile colitis har en klarere sti. ”

David og hans team undersøger, hvordan vores valg af mad - inklusive præbiotika og probiotika - kan opretholde vores forhold til vores mikrobiom og i sidste ende vores helbred.

”I løbet af evolutionær historie havde vores kroppe en chance for at finde ud af det hele og bygge systemer til at holde mikrobiotaen i skak,” siger Reese. "Men som forskere, der lever i den moderne æra, tror jeg, at vi stadig prøver at få styr på, hvad den rigtige mellemværdi er, og hvordan vi kan holde os der."

National Science Foundation, Hartwell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, Searle Scholars-programmet, Det Europæiske Forskningsråd og den østrigske videnskabsfond støttede arbejdet.

Kilde: Duke University

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon