THE FIRST 15 MONTHS: HOW OUR MICROBIOME DEVELOPS AND DIVERSIFIES
If some twisted genius vaporized all 10 trillion cells in your body — along with the hair, the fingernails, and other tissue they create — it would not leave empty space behind. A body-shaped cloud made of bacteria, viruses, and other former stowaways would hover briefly in the air. The cloud would outline your skin, delineate your lungs, trace your digestive tract. You might be gone for good, but your shadow biosphere would remain.
We got our first glimpse of these tiny tenants — now known collectively as the microbiome — in the late 17th century, when a Dutch lens grinder named Anton van Leeuwenhoek noticed a layer of white scum between his teeth. He mixed some of the gunk with pure rainwater and then placed it under one of his handmade microscopes. “I found, to my great surprise,” he wrote, “that it contained many small animalcules, the motions of which were very pleasing to behold.”
With the advent of fast DNA sequencing, today’s microbiologists can delve deep into this weird inner universe, and they’re just as amazed as Van Leeuwenhoek was. It’s not just the sheer quantity of microbial cells (100 trillion or so for one person alone) but also their diversity: Each of us is home to thousands of species of microbes, and no two people have quite the same mix.
We’re just beginning to learn the effects our microbiome has on us, but it’s clear that they can be profound. Certain species help digest food and synthesize vitamins; others guide the immune system. Medical researchers have linked obesity, heart disease, and anxiety to properties of the microbiome. In many cases, it’s not the individual species that seem to matter but the richness of the ecosystem. Just as the health of a forest depends upon diversity, our own health appears to benefit from the presence of a wide range of uninvited guests, many of which coevolved with us.
See below for a guided tour of your own personal ecosystem. From the top of your head to the depth of your gut, there’s a jungle in — and on — you.
Если какой-то извращенный гений испарил все 10 триллионов клеток в вашем теле - вместе с волосами, ногтями и другой тканью, которые они создают, - это не оставило бы пустое пространство позади. Куполообразное облако, сделанное из бактерий, вирусов и других бывших безбилетников, ненадолго нависнет в воздухе. Облако будет начертать вашу кожу, очертить ваши легкие, проследить ваш желудочно-кишечный тракт. Вы могли бы уйти навсегда, но ваша теневая биосфера осталась бы.
|
|
|
Мы впервые увидели этих крошечных арендаторов, которые теперь известны в совокупности как микробиома - в конце 17-го века, когда голландская мельница с линзами по имени Антон ван Левенгук заметила слой белых подонков между зубами. Он смешал некоторые из них с чистой дождевой водой, а затем поместил его под один из своих микроскопов ручной работы. «К моему большому удивлению, я обнаружил, что он содержал много мелких животных, движения которых были очень приятными».
С появлением быстрого секвенирования ДНК, сегодняшние микробиологи могут углубиться в эту странную внутреннюю вселенную, и они так же поражены, как и Ван Левенгук. Это не просто огромное количество микробных клеток (100 триллионов или около того для одного человека в одиночку), но и их разнообразие: каждый из нас является домом для тысяч видов микробов, и ни у одного из двух людей нет такого же микса.
Мы только начинаем изучать эффекты, которые имеет у нас микробиома, но ясно, что они могут быть глубокими. Некоторые виды помогают переваривать пищу и синтезировать витамины; другие направляют иммунную систему. Медицинские исследователи связывают ожирение, сердечные заболевания и беспокойство с свойствами микробиома. Во многих случаях речь идет не о отдельных видах, а о богатстве экосистемы. Так же, как здоровье леса зависит от разнообразия, наше собственное здоровье, по-видимому, выигрывает от присутствия широкого круга незваных гостей, многие из которых были связаны с нами.
|
|
|
Ниже приведена экскурсия по вашей личной экосистеме. От верха вашей головы до глубины вашей кишки есть джунгли, а вы - вы.
THE FIRST 15 MONTHS: HOW OUR MICROBIOME DEVELOPS AND DIVERSIFIES
We start out sterile in the womb. But every baby gets coated with microbes the moment it passes through the birth canal. (Babies born by cesarean section are colonized by microbes from their mother’s skin.) More germs take up residence inside our bodies in the months that follow, delivered by bacteria-laced milk and fingertips and contact with floors, high chairs, and affectionate pets. This chart shows how microbial diversity in the large intestine grew during the first 15 months of one child’s life.
ПЕРВЫЕ 15 МЕСЯЦЕВ: КАК НАШ МИКРОБИО РАЗВИТИЕ И ДИВЕРСИФИКАЦИЯ
Мы начинаем стерильно в утробе матери. Но каждый ребенок покрывается микробами в тот момент, когда он проходит через родовой канал. (Младенцы, рожденные кесаревым сечением, колонизируются микробами из кожи их матери). В последующие месяцы все больше зародышей поселяются в наших телах, доставленные молоком и кончиками пальцев с бактериями и контактируют с полами, высокими стульями и ласковыми домашними животными. Эта диаграмма показывает, как микробное разнообразие в толстой кишке росло в течение первых 15 месяцев жизни одного ребенка.
|
|
|
The brain is walled off from the microbiome by a series of biochemical moats and ramparts known as the blood-brain barrier. But there are indirect ways for microbes to change our minds. Bacteria in the gut release compounds into the bloodstream that pass through the blood-brain barrier; gut microbes can also trigger immunological and hormonal signals that penetrate the barrier. Together, these signals have been shown to influence hunger; one study of mice found that changing the gut bacteria even affected personality.
Мозг отделяется от микробиомы рядом биохимических рвов и валов, известных как гематоэнцефалический барьер. Но есть косвенные пути для того, чтобы микробы могли изменить наш разум. Бактерии в кишечнике выделяют соединения в кровоток, которые проходят через гематоэнцефалический барьер; кишечные микробы могут также вызывать иммунологические и гормональные сигналы, проникающие через барьер. Вместе эти сигналы, как было показано, влияют на голод; одно исследование мышей обнаружило, что изменение кишечных бактерий даже затрагивает личность.
|
|
|
Microbes will worm their way into any place they can. In July, a team based at the Translational Genomics Research Institute in Flagstaff, Arizona, published an investigation of life inside the ear, based on samples from an 8-year-old boy with a chronic ear infection. The researchers found 11 species of bacteria, many of them new to science. They also were able to trace the origin of the bacteria — not to a playground or a bathroom but to the boy’s own insides. The germs had migrated from his adenoids, possibly by way of the eustachian tube.
Микробы будут черви в любом месте, где они могут. В июле группа, основанная в Исследовательском институте трансляционной геномики во Флагстаффе, штат Аризона, опубликовала исследование жизни внутри уха на основе образцов 8-летнего мальчика с хронической инфекцией уха. Исследователи обнаружили 11 видов бактерий, многие из которых новы к науке. Они также смогли проследить происхождение бактерий - не на игровой площадке или в ванной, а на собственных внутренностях мальчика. Микробы мигрировали из его аденоидов, возможно, через евстахиевую трубку.
Think about a mountain: Climbing from sea level to summit takes you through several ecosystems, each with vegetation and animals adapted to its particular conditions. Our skin, too, has many zones, each fostering a different balance of species. The face alone has several of these microclimates: The forehead and creases along the nose are greasy, for instance, so bacteria there are adapted to feeding on oils; microbes in other areas thrive on sweat, perhaps extracting nitrogen from it.
Подумайте о горе: Восхождение с уровня моря на вершину приведет вас к нескольким экосистемам, каждый с растительностью и животными, приспособленными к своим особым условиям. У нашей кожи тоже много зон, каждая из которых способствует разному балансу видов. На лице только несколько таких микроклиматов: например, лоб и складки вдоль носа жирные, поэтому бактерии приспособлены для кормления маслами; микробы в других областях процветают от пота, возможно, выделяя из него азот.
Our mouths are loaded with more than 500 species of microbes, but they’re not all the same from one person to the next. Scientists analyzed three mouths (see below) and found 818 species in total, a quarter of which were not shared by any of the subjects. Roughly half of the total (387) were shared by all three, leading researchers to conclude that these might represent a “core” microbiome for the oral cavity. What’s clear is that the balance in each person’s mouth helps shut out bugs that cause tooth decay and other maladies.
Наши рты загружены более чем 500 видами микробов, но они не все одинаковы от одного человека к другому. Ученые проанализировали три рта (см. Ниже) и обнаружили 818 видов в целом, четверть из которых не были разделены ни одним из предметов. Примерно половина из общей суммы (387) были разделены всеми тремя, ведущими исследователями, чтобы сделать вывод, что они могут представлять собой «сердечный» микробиом для полости рта. Ясно, что баланс во рту каждого человека помогает исключить ошибки, которые вызывают распад зубов и другие болезни.
Ever since Van Leeuwenhoek, scientists who study the microbiome have focused mainly on bacteria. But increasingly, that spotlight is expanding to include viruses. In the throat alone, there are at least 200 million virus particles in each milliliter of mucus. When scientists survey the viruses of the microbiome, 90 percent typically match no known species. And yet these viruses do not make us sick; instead, they infect the bacteria in our microbiome, possibly helping to keep our microbial ecosystem stable.
С тех пор, как Ван Левенгук, ученые, изучающие микробиомы, сосредоточились главным образом на бактериях. Но все чаще этот центр внимания распространяется на вирусы. Только в горле по меньшей мере 200 миллионов частиц вируса в каждом миллилитре слизи. Когда ученые обследуют вирусы микробиома, 90 процентов обычно не встречают известных видов. И все же эти вирусы не делают нас больными; вместо этого они заражают бактерии в нашем микробиоме, возможно, помогая сохранить нашу микробную экосистему стабильной.
We all know that cleaning a cut helps avoid infection. So it can be disturbing to find out that the entire surface of our skin is sheathed in microbes. Usually they don’t cause infection — in fact, immune cells, which prowl the sweat glands and hair shafts in search of invaders, give these hangers-on a pass. In turn, these germs help us out: Staphylococcus epidermis, for example, releases toxins that kill pathogens and also sends immune signals that speed healing. Keep washing your hands, for sure, but a whole-body sterilization would do more harm than good.
Мы все знаем, что очистка среза помогает избежать заражения. Поэтому может возникнуть проблема обнаружить, что вся поверхность нашей кожи покрыта микробами. Обычно они не вызывают инфекции - по сути, иммунные клетки, которые рыскают потовые железы и волосяные стержни в поисках захватчиков, дают эти вешалки - на проходе. В свою очередь, эти микробы помогают нам: Staphylococcus epidermis, например, высвобождает токсины, которые убивают патогены, а также посылает иммунные сигналы, которые ускоряют заживление. Продолжайте мыть руки, конечно, но стерилизация всего тела принесет больше вреда, чем пользы.
The more we learn about the microbiome, the more surprising connections we find to our health. Take atherosclerosis, once thought to result entirely from an unhealthy diet. Scientists recently harvested DNA from arterial plaques and discovered bacteria living inside them. Stranger still, many of the plaque-dwelling species are normally found in the mouth or gut. One of the researchers, Ruth Ley of Cornell, thinks that when these bacteria enter blood vessels, they might trigger the immune system to produce inflammation, causing the vessels to swell and form plaques.
Чем больше мы узнаем о микробиоме, тем более удивительные связи мы обнаруживаем для нашего здоровья. Возьмите атеросклероз, который, как считается, полностью вызван нездоровой диетой. Ученые недавно собрали ДНК из артериальных бляшек и обнаружили бактерии, живущие внутри них. Тем не менее, незнакомец, многие виды обитающих бляшек обычно встречаются во рту или в кишечнике. Один из исследователей, Рут Лей из Корнелла, думает, что, когда эти бактерии попадают в кровеносные сосуды, они могут вызвать иммунную систему, чтобы вызвать воспаление, заставляя сосуды набухать и образовывать бляшки.
Until recently, scientists believed that healthy lungs were sterile. When they tried to culture bacteria from lung fluid, they ended up with nothing. But now that they can use sequencing to fish for microbial genes, they know that lungs host a thriving community of bacteria. Researchers have also found that people who suffer from asthma or other pulmonary diseases have a different balance of species in their lungs, which might account for some of their symptoms — sufferers may, for example, be missing species that would normally tamp down their immune response.
До недавнего времени ученые полагали, что здоровые легкие были стерильными. Когда они пытались культивировать бактерии из лёгкой жидкости, у них не было ничего. Но теперь, когда они могут использовать секвенирование для борьбы с микробиальными генами, они знают, что в легких есть процветающее сообщество бактерий. Исследователи также обнаружили, что люди, страдающие астмой или другими заболеваниями легких, имеют различный баланс видов в легких, что может объяснять некоторые из их симптомов. У страдающих, например, могут отсутствовать виды, которые обычно нарушают иммунный ответ ,
Comparing the bacteria on subjects’ hands, scientists found that on average just 17 percent of the species on the left hand also live on the right.
Ученые обнаружили, что, сравнивая бактерии с руками испытуемых, в правой руке живут только 17 процентов видов.
More than 100 species of microbes live in the stomach, where they graze on the slime lining its walls. The most famous of all stomach-dwellers isHelicobacter pylori, which has been found to cause gastritis and ulcers — a discovery that won a Nobel Prize for two Australian researchers in 2005. But H. pylori’s reputation has improved since then. In the stomachs of children, it sends out signals that help the immune system mature. Youngsters who lose their H. pylori by taking antibiotics are more likely to develop asthma and allergies.
В желудке живут более 100 видов микробов, где они пасутся на слизе, выстилающей ее стены. Наиболее известным из всех обитателей желудка является Helicobacter pylori, который, как было обнаружено, вызывает гастрит и язвы - открытие, которое получило Нобелевскую премию для двух австралийских исследователей в 2005 году. Но с тех пор репутация H. pylori улучшилась. В желудках детей он посылает сигналы, которые помогают иммунной системе созревать. Молодые люди, которые теряют H. pylori, беря антибиотики, чаще развивают астму и аллергию.
The large intestine is the microbiome megalopolis, with the densest gathering of microbes in the entire body: usually around 200 prevalent species and up to 1,000 less-common ones. As food moves through the stomach and small intestine, our own cells do their best to break it down and pass nutrients into the bloodstream. But much is left undigested by the time it reaches the colon. There, we depend upon microbes to break up starches and other tough molecules; they also dismantle some of the toxins in our food and build essential vitamins.
Толстая кишка представляет собой мегабиологический мегаполис с самым плотным сбором микробов во всем теле: обычно около 200 распространенных видов и до 1000 менее распространенных. Когда пища перемещается через желудок и тонкую кишку, наши собственные клетки делают все возможное, чтобы разрушить ее и передать питательные вещества в кровоток. Но к тому времени, когда он достигает толстой кишки, многое остается непереваренным. Там мы зависим от микробов, чтобы разбить крахмалы и другие жесткие молекулы; они также демонтируют некоторые токсины в нашей пище и строят необходимые витамины.
ECOSYSTEM
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 106; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!