Minnst 232 milljónir gena. Yfirleitt eru gen í manneskju sögð vera um 20.000 en líffræðingurinn Braden Tierni við Harvard University í BNA fékk árið 2019 aðra tölu – tölu sem er 10.000 sinnum stærri en sú viðtekna.
Ástæða þessa var sú að hann reiknaði með genum frá þeim milljörðum baktería sem lifa í líkama okkar.
Og það var af góðri og gildri ástæðu: Tierni og kollegar hans höfðu uppgötvað að gen bakteríanna voru ekki einungis mikilvæg fyrir heilbrigði þitt, þau voru jafnvel ennþá mikilvægari en þín eigin gen.
Rannsókn Tiernis sýnir að samsetning baktería í líkama þínum skiptir meira máli en þitt eigið erfðaefni þegar meta skal áhættuna á tilteknum sjúkdómum – og vísindamenn eru nú nær því að skilja nákvæmlega hvað það er sem ákvarðar samsetninguna hjá einstökum manneskjum. Svarið felst í miskunnarlausu stríði.
Bakteríur berjast alls staðar í líkamanum
Nefið, húðin og þarmarnir – líffæri þín eru vígvellir þar sem góðkynja bakteríur berjast við ilkynja óvini. Og í orrustunni um heilbrigði þitt er öllum brögðum beitt. Örverurnar búa yfir banvænni fitu, brugga eiturefni og taka hverja aðra kæfingartaki.
Barátta gegn lungnabólgu fer fram í nefinu.
Lungnabólga orsakast oft af bakteríum sem kallast pneumókokkar (rautt) sem berast niður í lungun um nefið. En í nefinu mæta þær góðkynjuðum Corynebakterium accolens bakteríum (grænt). Þær umbreyta fituefnum í slímhimnum nefsins í svokallaðar fitusýrur (gult) sem geta leyst upp frumuveggi pneumókokkanna og drepið þær.
Hársekkir ramma inn eitruð slagsmál
Húðsjúkdómurinn folliculitis sem líkist bólum, stafar yfirleitt af sýkingu vegna gulra stafilokokka í hársekkjum. Stafilokokkarnir (rautt) geta einnig orsakað sýkingar í sárum, graftarkýli og blóðeitrun meðan húðbakterían Cutibacterium acnes (grænt), heldur aftur af þeim. Sú seytir út eiturefninu cutimysin sem drepur stafilokokkana markvisst.
Góðkynja baktería kæfir salmonellu í þörmunum
Colitis og aðrar gerðir af krónískum þarmabólgum byrja oft með salmonellusýkingu. En bakterían Mucispirillum schaedleri hefur skilvirkt vopn gegn salmonellu. Þessi góðkynja baktería, sem ólíkt salmonellu, spjarar sig án súrefnis, þyrpist utan um óvininn og fjarlægir aðgengilegt súrefni svo hann kafnar.
Örverurnar í iðrum þínum eru vopnaðar öflugum meðölum sem geta drepið keppinautana. Þær eitra, kæfa og stinga nágrannana í gegn og sigurvegarinn ræður hvort þú sleppur við sýkingar í húð eða færð sykursýki og alzheimer.
Nú hyggjast vísindamenn taka þátt í bardaganum. Þeir afhjúpa vopnabúr bakteríanna þannig að þeir geti ráðið niðurlögum verstu óvina líkama þíns.
Þarmabakteríur ráðast á heilann
Fleiri rannsóknir sýna að gen örvera þinna verka á alla hluta líkamans. Eitt stakt gen hjá bakteríunni Helicobacter pylori getur sem dæmi orsakað alzheimer.
Bakterían er í maganum og er þekkt fyrir að ráðast á slímhimnu hans – árás sem getur leitt til magasárs. En eitt gen hennar sem nefnist RPL1 virkar á líffæri sem er fjarri heimili þeirra, nefnilega heilanum.
Genið fær bakteríuna til að mynda stuttan prótínbút sem nefnist Hp (2 – 20) og samkvæmt rannsókn frá árinu 2017 sem ónæmisfræðingurinn Rosanna Caparelli gerði, getur þetta prótín borist með blóðinu til heilans og orsakað sýkingu þar – fyrsta skrefið í átt að alzheimer.
Aðra heilasjúkdóma má einnig rekja aftur til baktería í þörmum. Árið 2019 greindi örverufræðingurinn Kim Lewis sýni úr saur sjúklinga sem þjáðust mismikið af þunglyndi og uppgötvaði að þess þunglyndari sem þeir voru, þeim mun færri gerðir af bakteríunni Bacteroides var að finna.
Bacteroides inniheldur gen sem myndar boðefnið GAPA en það virkar á taugaboðið í heilanum og minnkar hættuna á þunglyndi.
39 milljarðar baktería lifa í hverri manneskju samkvæmt rannsókn frá 2016.
LESTU EINNIG
Áhrif baktería á líkama þinn ná einnig til mikilvægustu varna hans, ónæmiskerfisins. Góðkynja bakteríur geta sem dæmi örvað ónæmiskerfið til að hefja baráttu gegn sumum sjúkdómum.
Þetta á meðal annars við um tegundina Bacteroides fragilis sem brýtur niður flókin kolefni í fæðunni í efnið PSA sem líkist mjölva.
Bakterían seytir síðan PSA og efnið virkjar svokallaðar griplufrumur ónæmiskerfisins sem gæta að heilbrigði slímhimnu þarmanna.
Griplufrumurnar örva þessu næst ónæmisfrumur sem nefnast T-frumur til að mynda efnið interleukin-10 en það stöðvar sýkingaviðbrögð sem orsakast af margvíslegum sýklum.
Bakteríur yfirtrompa gen þín
Líffræðingurinn Braden Pierning hafði nýverið uppgötvað að menn eru með 232 milljón gen þegar framlag baktería í iðrum okkar er talið með.
Næsta skref fólst í að rannsaka nákvæmlega áhrif þessara milljóna örvera á heilbrigði okkar.
Tierni nýtti sér aðferð sem vísindamenn nota vanalega til að rannsaka hvernig okkar eigin gen hafa áhrif á hættuna á því að þróa sjúkdóma eins og t.d. sykursýki eða alzheimer.
Þessi gerð rannsóknar nefnist á ensku „Genom-White Association Study“ – eða bara GWAS og eru smávægilegar erfðafræðilegar breytingar rannsakaðar í þúsunda tali á stuttum genarunum.
Vísindamennirnir bera saman runurnar frá heilbrigðum og sjúkum manneskjum og nýta þessu næst algrím til að leita eftir runum sem jafnframt er að finna hjá þeim sjúku en ekki þeim heilbrigðu.
Með þessum hætti geta vísindamenn séð hvaða runur auka hættuna á viðkomandi sjúkdómi – og læknar geta síðan leitað markvisst eftir þessum runum þegar þeir meta áhættu sjúklings til að þróa með sér tiltekinn sjúkdóm.
Góðkynja bakterían Mucispirillum (græn) berst við salmonellubakteríur (bleikar) við þarmavegginn (rauður). Aðrar bakteríutegundir (bláar) umlykja keppinautana.
Tierni beitti þó öllu víðtækara GWAS. Hann granskaði rannsóknir annarra vísindamanna og leitaði eftir genarunum baktería sem tengdust sjúkdómi. Árið 2020 lagði hann fram niðurstöðurnar – og þær vöktu furðu.
Gen þarmabakteríanna höfðu meiri áhrif á heilbrigði heldur en okkar eigin gen. Með hjálp bakteríanna gat Tierni t.d. metið hættu manneskju á því að fá krabbamein í þörmum með 50% meiri nákvæmni en hann gat með því að skoða eigin gen viðkomandi.
Fyrir 11 aðra sjúkdóma – t.d. geðklofa, háan blóðþrýsting og astma – var þarmaflóran að meðaltali 20% betri vísbending um sjúkdóma heldur en gen persónunnar. Eini sjúkdómurinn þar sem gen persónunnar skiptir meira máli en bakteríanna var sykursýki.
Önnur rannsókn frá árinu 2020 rennir stöðum undir niðurstöður Tiernis. Finninn Teemu Niiranen nýtti sér heilbrigðisrannsóknir frá 2020 þar sem 7.211 Finnar á aldrinum 20 til 70 ára í slembivali höfðu gefið saursýni.
500 til 1.000 tegundir af bakteríum lifa í meltingarfærum manna
LESTU EINNIG
Sýnin voru ennþá heil 18 árum síðar og Niiranen hreinsaði DNA úr bakteríu úr sýnunum. Út frá genarununum gat hann ákvarðað hvaða gerð baktería hver einstök manneskja var með í þarmaflóru sinni.
Frá árinu 2002 höfðu 10% af þátttakendum látið lífið og Niiranen rannsakaði hvort þarmabakteríur hinna látnu gætu hafa gegnt hlutverki í andláti þeirra.
Greiningar sýndu að viðkoma baktería af gerðinni Enterobacteriaceae sem meðal annars nær til E. Coli og salmonellu var í miklum mæli meðal hinna látnu og tilvist þeirra jók hættuna á andláti innan næstu 15 ára um 15%.
Ekki er ljóst hver þáttur bakteríanna er í þessum efnum. En hluti skýringarinnar er trúlega sá að niðurbrot örveranna á innihaldi þarmanna, bæði fæðu og lyfjum – leiðir af sér úrgangsefni sem geta skaðað heilann eða aukið hættuna á hjarta- eða æðasjúkdómum.
Samhengið milli dánartíðni og þarmabaktería var til staðar hjá Finnum, bæði frá austur- og vesturhluta Finnlands – þjóðfélagshópar sem eru með ólíkan erfðafræðilegan bakgrunn og lífsstíl.
Niðurstöðurnar sýna þannig að áhrif bakteríunnar og heilbrigði geta yfirtrompað bæði erfðir og umhverfi.
Bakteríur reka hverjar aðrar í gegn
Líkami þinn inniheldur bæði góðkynja bakteríur og bakteríur sem geta verið skaðlegar nái þær yfirhöndinni í of miklu magni.
Þessir tveir hópar berjast endalaust um yfirráðin og það varðar ekki bara að ráða niðurlögum andstæðingsins með því að komast fyrst að næringarefnum fæðunnar.
Örverufræðingurinn Joseph Mougous hefur á síðustu árum kortlagt hvaða vopn bakteríur þarmanna nýta í innbyrðis baráttu sinni. Eitt slíkt vopn kallast VI-seytikerfi eða einfaldlega T6SS.
Vopnið samanstendur af eiturhúðaðri nál sem árásargjarnar bakteríur skjóta út í gegnum frumuhimnu sína og inn í aðra bakteríu komi hún of nærri. Inni í fórnarlambinu losnar um eitrið og afleiðingin er sú að fórnarlambið ýmist deyr eða getur ekki dafnað og fjölgað sér.
Þarmabakteríur stinga óvini sína með nál sem nefnist T6SS sem er gerð úr prótíni.
Áður en baktería skýtur eiturnál sinni er hún sjálf útsett fyrir eitri og til þess að verja sig sér bakterían sjálf um að framleiða móteitur sem gerir hana ónæma.
Allar þær bakteríur sem nýta sér T6SS hafa þróað eigin eitur og móteitur og þær eru því búnar einmitt því móteitri sem hlutleysir þeirra eigin eitur.
Joseph Mougous og kollegar hans rannsökuðu T6SS-vopnið árið 2019 í þarmabakteríunni Bacteroides fragilis og eins og vænta mátti innihélt hin örveran gen sem myndaði móteitur gegn eigin eiturefni hennar.
En þegar Mougous rannsakaði saursýni úr manneskju með einmitt þessa bakteríuflóru sá hann að þetta sama gen var einnig að finna í mörgum öðrum bakteríutegundum í þörmum viðkomandi.
Með því að rannsaka genin gat vísindamaðurinn slegið því á fast að aðrar bakteríur höfðu svo að segja stolið geninu fyrir móteitrinu frá Bacteroides fragilis og voru því sjálfar ónæmar fyrir vopnum örverunnar.
Sigurvegarinn ræður hættunni á sykursýki
Endalaust stríð örveranna í líkama þínum getur verið upp á líf og dauða fyrir þig. Sigurvegarinn ákvarðar hvort þú sért varinn gegn t.d. sykursýki 2 eða hvort þú munt þess í stað fá þennan alvarlega sjúkdóm sem getur leitt til skaða á mikilvægum líffærum.
Þær góðu vinna; Þrep 1
Þarmabakterían Faecalibacterium lifir á trefjum (grænar) í fæðunni og mikið af þeim eykur magn bakteríunnar þannig að hún er fær um að halda aftur af illkynja bakteríunni Prevotella (rauð).
Faecalibacterium brýtur niður trefjarnar í svonefndar stuttar fitusýrur sem fá þarmavegginn til að losa hormónið GLP-1.
Þær góðu vinna; Þrep 2
Hormónið GLP-1 berst út í blóðið og er flutt til brisins. Þar tengist það sérstökum viðtökum á yfirborði líffærisins sem nefnast beta-frumur (grænar) og fær þær til að losa hormónið insúlín (rautt) sem skiptir sköpum við að stilla af blóðsykurinn. GLP-1 getur með þessum hætti verkað gegn því að meðal annars sykursýki 2 nái sér á strik.
Þær skæðu vinna; Þrep 1
Faecalibacterium (græn) dafna ekki ef mikill skortur er á trefjum í fæðunni en keppinauturinn Prevotella nær sér á strik. Hún seytir meðal annars efninu lipopolisaccarit (LPS) (gult) sem þrengir sér í gegnum þarmaveggina og gerir þá óþétta
Þær skæðu vinna; Þrep 2
LPS þrengir sér í gegnum rifur í þarmaveggnum og inn í blóðið. Efnið bindur sig við ónæmisfrumur líkamans og örvar þær til að losa svokölluð cytokin (rauð). Þau skaða m.a. vöðva- og lifrarfrumur og gera þær síður næmar fyrir insúlíni. Þar með eykst hættan á sykursýki 2.
Og bakteríurnar voru ekki einungis með móteitur sem vörðu þær gegn árásum af Bacteroides fragilis, heldur fjölmörg önnur mótefni sem veitti þeim vörn gegn öðrum bakteríum.
Niðurstaða þessi sýnir að bakteríur þarmanna stunda það að stela móteitursgenum frá öðrum – nokkuð sem sýnir að þær eiga í stöðugu stríði.
Vopnakapphlaupið heldur aftur af sumum tegundum og tryggir eins konar ógnarjafnvægi í þörmunum. Auk þess er það vörn gegn framandi bakteríum.
Um leið og utanaðkomandi örvera kemst niður í þarmana verður það henni dýrkeypt, því hún ber engin móteitur gegn eitruðum nálum innfæddra.
Joseph Mougous bar einnig saman saursýni frá mismunandi manneskjum og þá kom í ljós að bakteríurnar í þarmaflóru einstaklings bjuggu hverjar yfir eigin safni af mótefnagenum.
Þetta bendir til að T6SS-vopnakerfið og tilheyrandi móteiturgen eiga sinn þátt í að viðhalda afar sérstakri og einstaklingsbundinni þarmaflóru sem getur verið erfitt að breyta. Það kann jafnvel að vera óheppilegt fyrir heilbrigði okkar.
Innihaldi þarmar manneskju margar skaðlegar bakteríur er breyting á samsetningu þarmaflórunnar kannski eina leiðin til að bjarga lífi viðkomandi.
Því leita vísindamenn eftir skilvirkum aðferðum sem geta greint í sundur skaðlegar bakteríur án þess að skaða þær sem eru góðkynja.
Þú getur haft áhrif á úrslit orrustunnar
Margar tilraunir til að auðga góðkynja bakteríur í þörmum og berjast gegn illkynja með ýmsum fæðubótarefnum sem innihalda góðar bakteríur fyrirfinnast.
Ein vinsælasta afurðin er jógúrt sem – sé hún ekki hituð – getur innihaldið góðkynja bakteríurnar Lactobacillus, Bifitobacterium og sumar gerðir af Streptococcus.
Það sama á við aðrar gerjaðar matvörur eins og súrkál, mygluosta og ýmsar soja afurðir. Þrátt fyrir vinsældir gerjaðra matvæla er ekki til nein gagnger vísindaleg sönnun fyrir því að bakteríur sem eru teknar inn með fæðunni geti haft áhrif á samsetningu þarmaflórunnar.
Hins vegar er betur staðfest að við getum haft áhrif á þarmaflóruna með því að borða tilteknar fæðuvörur sem góðu bakteríurnar kjósa. Lactobacillus og Bifitobacterium dafna á flóknum kolvetnasamböndum og fæða með ríkulegum plöntutrefjum getur því aukið fjölda slíkra baktería í þarmaflórunni.
Trefjaríkt fæði er jafnan gott til þess að stuðla að heilbrigðri þarmaflóru – þetta sýndi lífefnafræðingurinn Nimbe Torres fram á í rannsókn árið 2018.
Um þriggja mánaða skeið setti hún 81 sjúkling með sykursýki 2 á strangt mataræði, þar sem helmingurinn átti að borða trefjaríkt fæði, meðan hinn helmingurinn fékk mat með litlu magni af trefjum.
25 til 50% af þurrvigt saurs þíns samanstendur af bakteríum.
LESTU EINNIG
Mataræði hafði umtalsverð áhrif á þarmaflóruna. Trefjaríka fæðið varð til að fjöldi skaðlegra Prevotella-baktería minnkaði meðan góðkynja Faeacalibacterium bakteríur sem höfðu sérhæft sig í að gerja plöntutrefjar döfnuðu í þörmunum.
Hið gagnstæða átti sér stað fyrir þá sem borðuðu lítið magn af trefjum. Jafnframt sýndu blóðprufur að sykursýki sjúklinganna versnaði vegna trefjaskorts meðan sjúkdómurinn skánaði hjá þeim sem fengu mikið af trefjum.
Genavopn gegn óvininum
Ekki er hægt að berjast gegn öllum illkynja bakteríum með breytingu á mataræði. Læknar rannsaka því hvernig verka má á samsetningu flórunnar með sýklalyfjum sem höggva mest í raðir illkynja baktería en slík meðferð getur verið varhugaverð því ekki er hægt að forðast að skaða einnig góðkynja bakteríur.
Til að leysa þennan vanda hefur danska líftæknifyrirtækið SNIPR Biome blandað sér í innbyrðis bardaga þarmabakteríanna með nýju vopni.
Nafn fyrirtækisins leiðir hugann að enska orðinu fyrir leyniskyttu (e. sniper) og fyrirtækið hyggst markvisst leita eftir tilteknum illkynja bakteríum í þörmum.
Líftæknifyrirtækið SNIPR BIOME hefur þróað aðferð sem grundvallast á genaverkefninu CRISPR sem hlífir góðum bakteríum (til vinstri) en drepur þær illkynja (til hægri) á fáeinum mínútum.
Því hyggjast vísindamenn þess nýta sér nýtt genaverkfæri, CRISPR sem má klæðskerasauma til að bera kennsl á tiltekin gen og klippa þau í sundur.
Vísindamenn hafa stillt verkfærið þannig að það klippir genin í sundur hjá sérstökum gerðum af E. Coli og Klebsiella sem geta valdið alvarlegum sýkingum í þörmunum eins og Crohns-sjúkdómi og colitis magasári.
Stefnt er að því að þetta klæðskerasaumaða verkfæri verði sett í pillur sem sjúklingar geta gleypt. Í þörmunum mun CRISPR-verkfærið ná til skaðlegra baktería og klippa gen þeirra í búta svo þær deyja – á sama tíma lifa allar aðrar bakteríur í þörmunum af.
Genaskæri klippa þær skæðu í sundur
Markvisst launmorð á óvininum – vísindamenn vilja nú nýta genaverkfærið CRISPR til að drepa sérútvaldar bakteríur í þörmunum. Þetta gæti reynst gagnleg meðferð við alvarlegum sjúkdómum eins og t.d. Crohns-sjúkdómi.
Pilla inniheldur gen fyrir sameindaskæri
Sjúklingurinn gleypir pillu sem inniheldur nanóögn með tveimur genum. Annað (gult) kóðar fyrir sameindaskærin sem geta klippt DNA. Hitt (rautt) kóðar fyrir svonefnt leiðsagnar-RNA sem getur vísað skærunum veginn að nákvæmlega útvöldu geni í erfðaefni illkynja baktería.
Nanóagnir skila genum í bakteríu
Í þörmunum þrengja nanóagnirnar sér í gegnum frumuvegg þarmabakteríanna og skila af sér genum. Allar bakteríurnar fá skipun um að mynda sameindaskærin og leiðsagnar-RNA sem fara að leita eftir æskilegu geni hjá bakteríunni.
Genaskæri eyðileggja DNA baktería
Leiðsögnin og skærin finna genið hjá illkynja bakteríum (rautt) og klippa DNA þeirra í sundur. Fyrir vikið deyr bakterían (græn) á nokkrum mínútum. Góðkynja bakteríur hafa ekki það gen sem leiðsögnin leitar eftir og erfðaefni þeirra er því ekki skaðað.
Aðferðin hefur þegar verið prófuð á rottum, músum og svínum. Forstjóri og stjórnandi SNIPR Biome, Christian Grøndahl útskýrir hvernig meðferðin fjarlægir sjúkdómsvaldandi bakteríur úr þörmum dýranna og hann reiknar með að tilraunir á mönnum hefjist eftir tvö til þrjú ár.
Og horfurnar varða ekki einungis lækningu á þarmasjúkdómum samkvæmt Grøndahl: „Ég býst við að pillur með klæðskerasaumuðu CRISPR-verkfæri geti á endanum barist gegn fjölmörgum nákvæmlega útvöldum bakteríum og þannig orðið meðferð framtíðar á margvíslegum sjúkdómum, eins og t.d. ristilbólgum, einhverfu, elliglöpum og sykursýki.“
Fyrirtækið vinnur nú þegar að því að gera aðferðina að byltingarkenndu nýju vopni í baráttunni við fjölónæmar bakteríur.
Áður birt 25.09.2021
