Kupa to po prostu cud naukowy. Pomaga naukowcom zrozumieć dietę dinozaurów, śledzić rozprzestrzenianie się starożytnych chorób i rozpoznać infekcję pasożytniczą. Świeży ludzki kał zapewnia również bezpośrednie okno do naszych jelit i miliardów mikroskopijnych stworzeń, które pomagają trawić nasze jedzenie, chronią nas przed chorobami, a nawet wpływają na nasze nastroje.
powiązana zawartość
- Wszyscy kupy. Niektóre zwierzęta to jedzą. Czemu?
- Jak cudowne mikroby pomagają nam ewoluować lepiej, szybciej, silniej
Taki pomysł zainspirował Roba Knighta, jednego z ojców-założycieli badań mikrobiomu jelitowego, do rozpoczęcia American Gut Project w 2012 roku. Knight wykorzystał platformę crowdfundingową FundRazr, aby nakłonić ponad 9 000 wolontariuszy do przekazania darowizn, a następnie wysłania próbek ich kupa pocztą. Zespół naukowców zbadał te próbki pod kątem bakteryjnego DNA, aby stworzyć pierwszy spis około 40 bilionów bakterii, które nazywają nasze jelita ich domem.
To, czego się nauczył, było odkrywcze. Ale bez względu na to, jak pouczająca, pouczająca i wręcz chłodna kupa, wciąż czegoś brakowało: Skąd się biorą te wszystkie tryliony bakterii? Okazuje się, że w większości przypadków dobrowolnie wkładamy je do ust około trzy razy dziennie. „Otrzymujesz stały wkład drobnoustrojów ze swojego środowiska - drobnoustroje, które jesz na samym jedzeniu” - mówi Knight, który kieruje Centrum Innowacji Mikrobiomowych na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.
Jedną z tajemnic wywołanych przez American Gut Project było to, dlaczego dwie osoby, które twierdziły, że stosują tę samą dietę, mogły mieć tak różne społeczności drobnoustrojów jelitowych. W ramach badania wolontariusze zgłosili swoje diety, przy czym zdecydowana większość przestrzegała diet wszystkożernych, a mniej niż 3 procent z nich określało się jako „wegetariańskie” lub „wegańskie”. Kiedy naukowcy skrupulatnie podeszli do liczb, nie znaleźli dostrzegalnej korelacji między społecznościami jelit a osobami o pozornie podobnej diecie.
„Kategorie diet były całkowicie bezużyteczne i w ogóle nie korelowały ze społecznościami mikrobiomów” - mówi Knight.
Innymi słowy, bakterie w kupie opowiadały inną dietetyczną historię niż ludzie, którzy robią tę kupę. „Możesz być weganinem, który głównie je jarmuż, lub wegańskim, który głównie je frytki”, wyjaśnia Knight. „Mają one zupełnie inne konsekwencje dla twojego mikrobiomu”. Wydaje się, że każdy może być zagorzałym zwolennikiem diety Paleo, ale dane sugerują, że mikrobiom zapamiętuje wszystkie przekroczenia lodów o północy.
Knight zdał sobie sprawę, że w wynikach Amerykańskiego Projektu Gut brakowało czegoś istotnego: głębszego zanurzenia się w jedzone przez nas jedzenie. Wypełnienie tej luki oznaczałoby przeanalizowanie całego wchodzącego jedzenia i zobaczenie, jak koreluje ono z wzorcami w tym, co wychodzi. Ale chociaż zbieranie kupy było w pewnym sensie proste - każda osoba „przesyła próbkę” w ten sam sposób - zestawianie wszystkich pokarmów, które ludzie jedzą, byłoby o wiele bardziej ambitne.
Za każdym razem, gdy jesz, zmieniasz swój wewnętrzny krajobraz. Ponieważ większość bakterii w mikrobiomie żyje w jelitach, kiedy się karmimy, również je karmimy. Chemia tego, co jemy, czy to frytki, czy jarmuż, zmienia chemiczny krajobraz jelita, czyniąc go bardziej przytulnym dla niektórych i mniej gościnnym dla innych.
Robi się żywiej. Ponieważ drobnoustroje są wszędzie - na stole, w powietrzu, na powierzchni muffinki, którą pozostawiłeś na blacie - dodajesz także nowe mikroby do miksu. Niektórzy przechodzą przez twoje ciało jak uprzejmi turyści. Inni trzymają się i komunikują z mieszkańcami. Każdy kęs może potencjalnie zmienić mikrobiom, a następnie zdrowie człowieka. Ale naukowcy muszą jeszcze dowiedzieć się, jak to zrobić.
Dzieje się tak, ponieważ do tej pory nie mieliśmy platformy, aby podjąć się ogromnych starań, aby zbierać i analizować próbki żywności z całego świata. Dzięki American Gut Project Knight i jego zespół nie zaczynają od zera. Początkowo naukowcy planują zebrać 1000 próbek z każdej cegły znanej piramidy żywieniowej, a następnie otworzą ją dla publiczności, aby przedstawili interesujące ją pokarmy.
Wraz z Knightem projekt mikrobiomu żywności jest prowadzony przez mikrobiologów Rachel Dutton, która wykorzystuje ser jako modelowy system do zrozumienia społeczności mikroorganizmów i fermentacji, oraz Pieter Dorrestein, który bada chemię interakcji biologicznych między drobnoustrojami, zarówno w Centrum Innowacji Mikrobiomu . Zamierzają uruchomić tę inicjatywę publiczną przed końcem roku.
„Wiemy o liczbie kalorii i różnych grupach żywności, ale cały świat cząsteczek i drobnoustrojów w naszym jedzeniu jest czarną skrzynką”, mówi Julia Gauglitz, doktorant w centrum, który będzie kierował projektem. Jak mówi stare przysłowie: „jesteśmy tym, co jemy”, mówi. A jednak, kiedy dojdziesz do poziomu mikroskopowego, „wiemy bardzo mało o tym, co konsumujemy”.
Innymi „czarnymi skrzynkami”, które badacze chcą zbadać, jest skład chemiczny żywności. Okazuje się, że na etykiecie Nutrition Facts jest o wiele więcej: dzięki konwencjonalnym technikom można mierzyć tylko tłuszcze, cukry i witaminy, „ale to tylko niewielka część całkowitej masy żywności”, mówi Dorrestein. Możemy przeoczyć nowe antyoksydanty, związki zwalczające raka, a nawet antybiotyki na gapę.
Wykorzystując spektrometry masowe - w zasadzie fantazyjne skale, które są wystarczająco precyzyjne, aby zważyć pojedyncze cząsteczki - Dorrestein może wywnioskować skład chemiczny żywności na poziomie, który nigdy wcześniej nie został osiągnięty. Gdy próbki żywności będą się pojawiać, Gauglitz będzie czekał w laboratorium. Weźmie, powiedzmy, batonik muesli, wyodrębni cały materiał genetyczny z drobnoustrojów kolonizujących go, a następnie użyje sekwencjonowania DNA, aby ustalić tożsamość zwierząt.
Następnie przejedzie kęs granoli przez spektrometr masowy, aby rozerwać każdą cząsteczkę, z której jest zrobiony. Na koniec zostanie jej bardzo szczegółowy przepis na batonik granola. Te cząsteczki tworzą krajobraz, w którym żyją mikroby spożywcze i prawdopodobnie wpływają na to, kto tam jest i co robią.
Zapytałem Gauglitza, w jaki sposób rozróżnia skład chemiczny drobnoustrojów żyjących na batonie muesli od chemikaliów wytwarzanych przez drobnoustroje. „Zmieniłbym nieco twoje myślenie” - mówi Gauglitz, jej głos stał się filozoficzny. „To, co jest nieodłącznie związane z batonikiem muesli, to także metabolity drobnoustrojowe.” Innymi słowy, baton muesli to mikroby.
Wszystko, co jemy, jest kumulatywnym produktem chemii i drobnoustrojów w glebie, w której ją uprawiano, w fabryce, w której była przetwarzana, i czymkolwiek, czego dotknąłeś przed zjedzeniem. Dlaczego to takie ważne? Zespół ma nadzieję, że odkrycie wzorców mikrobiologicznych w żywności pomoże nam lepiej opracować dietę, aby poprawić nasze zdrowie i zapobiec chorobom.
Knight przedstawia historyczną analogię do odkrycia niezbędnych składników odżywczych. W ostatnim stuleciu naukowcy odkryli, że przemysłowo przetworzona żywność wyczerpała się w składniki odżywcze. Dzięki sztucznemu dodawaniu witamin i minerałów choroby niedoboru, takie jak krzywica i beri-beri, zostały w dużej mierze wyeliminowane ze świata zachodniego. Podobnie zrozumienie wpływu mikrobiomu na zdrowie może pozwolić nam ponownie wprowadzić brakujące drobnoustroje z powrotem do posiłków.
„Jest całkiem prawdopodobne, że nasz nowoczesny styl życia eliminuje wiele żywych drobnoustrojów, które są nam potrzebne do utrzymania zdrowia” - mówi Knight. „Zrozumienie tego może być równie ważne, jak zrozumienie, że witamina C jest konieczna i upewnienie się, że wszyscy mają jej dość”.
Zespół wybrał już 1000 żywności do wstępnej ankiety, w tym podstawowe artykuły spożywcze, takie jak chleb i ser. „Chcemy obejmować surowe składniki żywności, wszelkiego rodzaju owoce lub warzywa, mięso, przekąski, żywność dla niemowląt” - mówi Gauglitz. Ale chcą też porównywać społeczności drobnoustrojów w żywności produkowanej przez rolnictwo ekologiczne i konwencjonalne, a także zagłębić się w produkty oparte na fermentacji drobnoustrojowej, takie jak kawa, czekolada i kiełbasa.
Projekt może również rozwiązać niektóre z tajemnic medycznych poruszonych podczas poprzednich badań nad mikrobiomami. Na przykład niektóre testy w amerykańskim Projekcie Gut przeszły przez każdą próbkę kału pod kątem śladowych ilości antybiotyków. O dziwo, spośród osób, które miały wykrywalne antybiotyki w swoich próbkach, prawie połowa z nich zgłosiła brak przyjmowania antybiotyków w ciągu ostatniego roku.
Dorrestein uważa, że są to antybiotyki używane, które wchłaniamy z pożywienia, dodatków lub resztek pożywienia. Jest to niepokojące, ponieważ ich obecność może prowadzić do rozprzestrzeniania się bakterii opornych na antybiotyki. Rozdrażniając chemię każdej próbki, zespół będzie mógł dowiedzieć się, czy ma rację, i zacząć zastanawiać się, co te resztki leków mogłyby zrobić naszym żołądkom.
Wzrasta uznanie dla potęgi mikrobiomu, po części dzięki inicjatywom takim jak American Gut Project i książki, takie jak Ed Yong's I Contain Multitudes . Istnieje nawet pole rozwijające się poświęcone mikrobiomowi środowiska zbudowanego i temu, jak współdziałają z nami nasze mikroskopijne współlokatory żyjące w powietrzu i na obiektach nieożywionych. Ludzie nie są pod tym względem wyjątkowi; badania mikrobiomów stworzeń, od raf koralowych po pszczoły miodne, pokazują, że zdrowie każdego organizmu jest ściśle związane z mikrobami, które nazywają to domem.
W rezultacie drobnoustroje zaczynają odwracać swoją reputację. Nie są już tylko zagrożeniem w kulturze, która nie lubi zarazków. W ciągu ostatniej dekady „dietetycy dostrzegli, jak ważne dla zdrowia jelit i zdrowia ludzkiego jest posiadanie zdrowych drobnoustrojów w naszym jelicie grubym i cienkim”, mówi Helena Pachón, starszy naukowiec od żywienia z Emory University, który nie jest zaangażowany w projekt dotyczący mikrobiomu żywności.
Pachón zwraca uwagę, że dziś te historyczne choroby niedoborowe, o których wspomina Knight, zostały pokonane przez choroby XXI wieku, takie jak otyłość, cukrzyca i choroby serca. „Istnieje termin zwany„ globusem ”- mówi Pachón. „Potencjał, że drobnoustroje mogą mieć z tym coś wspólnego, jest całkowicie niezbadany i możliwe, że są one wysoce powiązane”.
Knight się zgadza. „Byłoby niesamowicie wymyślić sposób na jedzenie, aby wyeliminować je w taki sam sposób, jak te przewlekłe choroby sprzed stu lat”, mówi. Aby to zrobić, „potrzebujemy pomocy tysięcy ludzi, aby połączyć to wszystko”.
