Sådan fungerer det menneskelige mikrobiomprojekt

Fra stafylokokinfektioner til lungebetændelse, halsbetændelse til urinvejsinfektioner, vi kan ikke lade være med at føle, at bakterierne omkring os er fremmede angribere, designet til at gøre ondt, lemlæst eller dræb os. Og hvis der er officielt erklæret kimkrigføring, vi må ikke gøre andet end at ødelægge vores bakteriefolie, at skabe en verden af ​​steril fred gennem Purell.

Bare et problem. Vi er mikroberne, som vi kæmper mod.

Vores mikrobiom - samlingen af ​​mikrober og deres genetiske materiale, der lever i og på kroppen- er pakket så fuld af bakterier, vira og endda svampe, som vores menneskelige celler udgør kun 10 procent af cellerne i vores krop [kilde:Yang]. Hvis du gispede efter at lære det Escherichia coli belastninger lever på din køkkenbord, du bliver virkelig ked af det, når du indser, at de også heldigvis lever i din tarm. Hvis du føler dig klog over de levende kulturer i Lactobacillus i din yoghurt, du vil sandsynligvis være utilfreds med at vide, at der er en blomstrende befolkning, der koloniserer din vagina (eller en af ​​dine nærmeste og kære).

Men selv med den enorme densitet og betydning af vores mikrobiom, vi ved virkelig lidt om det. Mens vi er klar over, at noget som en overflod af bakterierne Clostridium difficile i tarmen kan forårsage dødelige helbredsproblemer, vi er ikke sikre på, hvordan en sund tarm ser ud. Derfor, forskere forsøger ikke bare at bestemme, hvordan vores mikrobielle venner kan hjælpe eller skade os, men også at etablere en baseline for et normalt mikrobiom. Ligesom Human Genome Project, der kortlagde hele menneskets gener, Human Microbiome Project søger at identificere hele vores mikrobielle landskab.

Og disse mikrober er ikke kun bøjler. Vi er vært for flere bakterier end vores eget kød, blod, muskel - you name it. Selvfølgelig, de mikrobielle celler er faktisk en tiendedel til en hundrededel af størrelsen af ​​en menneskelig celle, så det er ikke sådan, at vi bærer meget ekstra vægt på ... højre [kilde:Kolata]? Nix, vi slæber os alle sammen omkring en betydelig 2 til 5 pund (0,9 til 2,3 kg) bakterier på selv det tyndeste (eller reneste?) bod. (Hollywood Antibacterial Diet er helt sikkert på vej.)

Så saml dine bakterier, dine svampe, dine arkeområder og protozoer ved ilden for at lære om, hvordan Human Microbiome Project fungerer.

1. Lær dit mikrobiom at kende
2. Projektet:Swabbing Hundreds of People
3. Fundene (også kendt som du kan lære meget af dine mikrober)

Lær dit mikrobiom at kende

Inden vi hopper ind i Human Microbiome Project, lad os gennemgå, hvad disse forskere studerer. Mikro er et af de ord, som vi hører og skamløst springer over, tænker det er bare en catchall for noget lille og vagt bakterielt. Hvilken, det viser sig, er lidt præcis.

Mens bakterier bestemt udgør en stor del af vores mikrobiom, nogle andre mindre kendte mikrober udgør vores mikrobielle fest, også. Tage archaea , der ligner bakterier så meget, at i lang tid, forskere antog bare, at de var bakterier. Ikke så. De har faktisk forskellige aminosyrer og sukkerarter og en anden genetisk struktur. Engang tænkt på at bo kun i ekstreme miljøer, archaea er fundet i mundtlig, tarm- og vaginale slimhinder hos mennesker.

Så har du protozoer , som vi nogle gange kalder "bakterier", fordi nogle typer kan forårsage dysenteri eller malaria, men de er lidt større end bakterier. Og lad os ikke glemme svamp blandt os, som kan dække hud uden megen konsekvens - eller bevæge sig ind i infektionsområde. Vira også er en del af vores mikrobiom, men tro ikke, de bare venter på beskidte hænder for at give dig en forkølelse.

Faktisk, vores mikrober er stort set ikke dovne husmænd, der kører en tur på vores krop. De kunne mere passende sammenlignes med det veldrevne personale på en fabelagtig ejendom. For eksempel, en af ​​de mere vigtige funktioner af vira i mikrobiomet er at inficere bakterier, ændre enten hvordan bakterierne virker, eller hvor meget der er. Så det er nyttigt at tænke på vira som et arbejde med (eller mod) bakteriefunktion i vores krop [kilde:Williams].

Når man lider af forkølelse og rækværk mod bakterier, husk, at uden mikrober kunne du ikke spise eller trække vejret. Selvom det ikke er på kroppen, fotosyntetiske bakterier i vand producerer halvdelen af ​​vores ilt [kilde:University of Utah]. Mikrober pakker vores system for at hjælpe fordøjelsen og syntetisere vitaminer, og du kan være spændt på at rapportere ved dit næste middagsselskab, at halvdelen af ​​din afføring ikke er madrester, men mikrobiel biomasse, der hurtigt genopfyldes i din tarm [kilde:Kolata]. De gode afværger infektionen eller sygdomsfremkaldende mikrober og styrker vores immunsystem, og - som vi lærer med tilladelse fra Human Microbiome Project - gør en hel masse mere.

Projektet:Swabbing Hundreds of People

Så nu hvor vi ved, hvad vi studerer, lad os springe ind i selve Human Microbiome Project. Finansieret gennem U.S.National Institutes of Health, den første fase var planlagt til en femårig tidsplan og omfattede at få prøver fra det humane mikrobiom og udvikle et referencesæt af mikrobielle genom-sekvenser (målet var 3, 000 sekvenser). Den anden fase (2013-2015) involverer udvikling af en slags katalog af mikrobiomdatasæt til at hjælpe det videnskabelige samfund med at undersøge og studere sygdom og sundhed. De har også den bredere, udfordrende opgave med at undersøge forbindelsen mellem en persons mikrobielle samfund og forskellige sygdomme og tilstande.

Hvorfor er dette ikke blevet gjort tidligere? Teknologien fandtes ikke. Der var ikke rigtig en måde for forskere at studere mikrobiome beboere, fordi de ikke kunne dyrkes eller isoleres i et laboratorium. Men med fremskridt inden for DNA -sekventering og teknologi, forskere var nu i stand til at isolere genetisk materiale fra mikrobielle samfund uden at skulle dyrke dem [kilde:NIH]. Og så begyndte projektet i 2007 med et budget på 170 millioner dollars og en ret ligetil opgave:Tag prøver fra et stort nok antal raske mennesker til at bestemme en grundlinje eller ramme for, hvad et menneskeligt mikrobiom indebærer.

Den første fase startede med at rekruttere frivillige, der blev betragtet som "sunde". Det var ikke let:600 emner mellem 18 og 40 blev bragt ind, men efter grundige undersøgelser (for ting som hulrum og gærinfektioner samt generel sundhed), mere end halvdelen blev afvist. To hundrede to og fyrre emner fra Houston, Texas, og St. Louis, Mo., endelig opfyldte kriterierne, og var de heldige, der blev swabbed flere steder på flere tidspunkter, og derefter få deres biom sekvenseret af mere end 200 forskere på 80 forskellige institutioner [kilde:Kolata].

Hver mand blev udtaget på 15 steder, og hver kvinde i 18 (for at redegøre for det mikrobielle miljø i skeden), hver op til tre gange i løbet af to år. Prøverne omfattede områder af tarmen (taget fra afføringen), næsen, og flere steder i munden og på huden.

I løbet af undersøgelsen, mere end 11, 000 prøver blev indhentet og forskere var i stand til at sekvensere en del af RNA -materialet for at identificere mikroberne, samt bestemme størrelsen af ​​befolkningen [kilde:Baylor College of Medicine]. Så langt, 800 af prøverne gennemgik en hel genom -sekvens [kilde:Baylor College of Medicine]. Projektet har genereret hele 3.5 billioner bytes data, hvilket er tusind gange mere end Human Genome Project [kilde:Baylor College of Medicine].

National Institutes of Health Common-Fund-finansiering blev brugt gennem 2013, men projektet begyndte derefter at finansiere sig selv gennem 16 deltagende NIH -institutter [kilde:Mole]. Forskere er stadig ved at etablere strengere prøveudtagningsprotokoller, og forsøger at finde en base af teknisk support og ressourcer.

Vil du være på fornavn med befolkningen i dit mikrobiom? For $ 89, uBiome fortæller dig, hvilke mikrober der er i dit personlige mikrobiom, og lad dig vide, hvad vi hidtil ved om bakterierne, der kalder dig hjem. Du kan sammenligne dine data (anonymt) med andre, såvel. Besøg uBiome.com for at lære mere.

Fundene (også kendt som du kan lære meget af dine mikrober)

Med de billioner og billioner bytes af data, som det menneskelige mikrobiomprojekt har genereret, du kan satse på, at det ikke er svært at finde fund. En af de første - og mere chokerende - opdagelser var, at baseret på prøvernes genetiske indhold, der kan være næsten 8 millioner unikke mikrobielle gener på tværs af de undersøgte voksne krop. Det er hundredvis af gange mere end det menneskelige genom bidrager til kroppen [kilde:Yang]. De fandt også ud af, at selv disse raske mennesker havde mikrober, der kunne forårsage problemer i et svækket immunsystem, men virkede glad for at hænge harmløst ud i de fleste tilfælde. Det betyder, at bakterier kan lide staph og E coli er til stede hos normale mennesker, men ikke nødvendigvis præsentere en infektion.

Endnu køligere:Ingen mikrober var til stede i hver person, hvilket også synes at antyde, at der ikke er noget "normalt" mikrobiom. De fandt også ud af, at mikrober var mest ens på samme sted for forskellige emner. (Det betyder, at mellem to mennesker, de mikrobielle samfund på huden, for eksempel, var mere ens end de mikrobielle samfund på forskellige steder på en person.) Men forskellige bakterier udfører muligvis den samme funktion på tværs af forskellige individer:Selvom to mennesker kan fordøje kulhydrater lige godt, det kan være to forskellige bakteriearter, der udfører jobbet i hver person [kilde:Baylor College of Medicine].

At studere det menneskelige mikrobiom (og bruge projektets data) har allerede ført til nogle fascinerende resultater. En undersøgelse fra 2012 viste, at det vaginale mikrobiom ændrer sig markant med graviditet. Lactobacillus johnsonii er en bakterieart, der normalt findes i tarmen for at hjælpe med at fordøje mælk, men det blomstrer i skeden, når en kvinde venter. Forskere antager, at en baby, der kommer gennem vaginalkanalen-og møder mikrober for allerførste gang-kan bruge disse mikrober til at hjælpe med at fordøje modermælk fra get-go [kilde:Zimmer]. Der har også været en hypotese om, at en vaginal fødsel, som udsætter barnet straks for tarm, vaginale og hudmikrober, kan vise sig at være mere ideel for babyens immunsystem end en steril kejsersnit. En undersøgelse i Puerto Rico undersøger, om swabbing C-sektion babyer med vaginale sekreter kort efter fødslen kan bidrage til en hårdfør bakteriekoloni [kilde:Gitig].

Og lad os ikke glemme, at undersøgelse af bakterier forhåbentlig vil føre til en bedre forståelse af antibiotika og bakteriel resistens. Det er ikke længere levedygtigt at antage, at "gode" bakterier automatisk vil genopbygge efter "skråstreg og forbrænding", der finder sted, når et antibiotikum indføres. Forskere tænker på mikrobielle miljøer, der kræver omhyggelig beskæring og pleje. I stedet for at give antibiotika til at dræbe staph, et alternativ kan være at anvende en creme, som gode bakterier kan fodre med for at hjælpe med at vælte staph -ubudne gæster [kilde:Zimmer].

For at lære meget mere om de mikrobielle venner, der hænger lejefri ud på din person, tjek den næste side for meget mere information.

Der har været en del mikrobielle fund i de sidste par år, delvis takket være Human Microbiome Project. Den ene var introduktionen af ​​afføringstransplantationer til behandling C. difficile inficerede patienter forskere håber nu, at en bestemt type bakterier i stedet kan administreres [kilde:Gitig]. Forskere har også opdaget, at en bestemt bakteriestamme er forhøjet hos patienter med paradentose, hvilket giver os mulighed for at få en bedre forståelse af mundhygiejne [kilde:NIH]. Forskere undersøger også, hvorfor når tarmbakterier fra fede mus overføres til deres tyndere modstykker, de tyndere mus tager på i vægt. Undersøgelser viser nu, at mikrobiomet hos de fyldigere mus kan ændre, hvordan kroppen bruger sukker til energi og fedtopbevaring [kilde:Zimmer].

Masser mere information

Forfatterens note:Sådan fungerer det menneskelige mikrobiomprojekt

Det er svært ikke at blive fascineret af det faktum, at vores kroppe ikke rigtig er vores, men kræver et udførligt system af levende væsener for at hjælpe os med at komme igennem dagen. At huske på, at mikrober kan leve lykkeligt uden os, men vi ville være døde uden mikrober, muligvis give os mulighed for at pleje og beskytte det system, der plejer og beskytter os.

relaterede artikler

• Sådan fungerer afføringstransplantationer
• Hvordan kommunikerer bakterier?
• Sådan fungerer Ion Proton Sequencer
• Hvad har vi lært af Human Genome Project
• Hvordan bliver gener slået fra og til?

Kilder

• American Society of Microbiology. "Typer af mikrober." (13. februar kl. 2014) http://www.microbeworld.org/types-of-microbes
• Baylor College of Medicine. "Det menneskelige mikrobiomprojekt." 2014. (13. februar, 2014) https://www.bcm.edu/department/molecular-virology-and-microbiology/microbiome
• Bennington-Castro, Joseph. "Denne svamp vokser over hele din krop." I09. 23. maj kl. 2013. (13. februar, 2014) http://io9.com/meet-the-fungi-growing-all-over-your-body-509212796
• Dataanalyse og koordineringscenter. "Human Microbiome Project." National Institutes of Health. (13. februar kl. 2014) http://hmpdacc.org/
• Gevers, Dirk et al. "Det menneskelige mikrobiomprojekt." PLOS Biologi. 14. august kl. 2012. (13. februar, 2014) http://www.ploscollections.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1001377;jsessionid=BE8E77171BFBF2F0640E6B70385C0D2D
• Gitig, Diana. "Hatten af ​​for bakterier!" New York Academy of Sciences. 10. februar kl. 2014. (13. februar, 2014) http://www.nyas.org/Publications/EBriefings/Detail.aspx?cid=82fd7a92-1d96-4660-b579-7f15f19806eb
• Gorman, Christine. "Udforsk det humane mikrobiom." Videnskabelig amerikansk. 15. maj kl. 2012. (13. februar, 2014) http://www.scientificamerican.com/article/microbiome-graphic-explore-human-microbiome/
• Harmon, Katherine. "Dødstallet." Videnskabelig amerikansk. 13. juni kl. 2013. (13. februar, 2014) http://www.scientificamerican.com/article/microbiome-survey/
• Harmon, Katherine. "Insekter inde." Videnskabelig amerikansk. 16. december kl. 2009. (13. februar, 2014) http://www.scientificamerican.com/article/human-microbiome-change/
• Human Microbiome Project Consortium. "En ramme for human mikrobiomforskning." Natur. 13. juni kl. 2012. (13. februar, 2014) http://www.nature.com/nature/journal/v486/n7402/full/nature11209.html#group-1
• Kolata, Gina. "Ved godt helbred?" New York Times. 13. juni kl. 2012. (13. februar, 2014) http://www.nytimes.com/2012/06/14/health/human-microbiome-project-decodes-our-100-trillion-good-bacteria.html?pagewanted=all
• Kan, Kate Torgovnick. "6 store ting, mikrober gør for os." 10. juli kl. 2012. (13. februar, 2014) http://blog.ted.com/2012/07/10/6-great-things-microbes-do-for-us/
• Muldvarp, Beth. "Mikrobiomforskning går uden et hjem." Natur. 30. juli kl. 2013. (13. februar, 2014) http://www.nature.com/news/microbiome-research-goes-without-a-home-1.13470
• National Institutes of Health. "Human Microbiome Project." United States Department of Health and Human Services. 10. januar, 2014. (13. februar, 2014) http://commonfund.nih.gov/hmp/index
• New York Times. "Usynlige beboere." 18. juni kl. 2012. (13. februar, 2014) http://www.nytimes.com/interactive/2012/06/19/science/0619-microbiome.html
• Pollan, Michael. "Nogle af mine bedste venner er bakterier." New York Times. 15. maj kl. 2013. (13. februar 2014) http://www.nytimes.com/2013/05/19/magazine/say-hello-to-the-100-trillion-bacteria-that-make-up-your-microbiome. html? pagewanted =alle
• Offentligt bibliotek for videnskab. "Human Microbiome Project Collection." (13. februar kl. 2014) http://www.ploscollections.org/article/browseIssue.action?issue=info:doi/10.1371/issue.pcol.v01.i13
• Reid, Ann og Greene, Shannon. "Humant mikrobiom." American Academy of Microbiology. 2013. (13. februar, 2014) http://academy.asm.org/images/stories/documents/FAQ_Human_Microbiome.pdf
• uBiome. "Om." (13. februar kl. 2014) http://ubiome.com/
• University of Utah. "Mikrober på arbejde." 2014. (13. februar, 2014) http://learn.genetics.utah.edu/content/gsl/microbes/
• Williams, Sarah C. P. "Det andet mikrobiom." Procedurer fra National Academy of Sciences i Amerikas Forenede Stater. 2013. (13. februar, 2014) http://www.pnas.org/content/early/2013/02/05/1300923110.full.pdf
• Yang, Joyce. "Det menneskelige mikrobiomprojekt." National Human Genome Research Institute. 16. juli kl. 2012. (13. februar, 2014) https://www.genome.gov/27549400
• Zimmer, Carl. "Tender kroppens mikrobielle have." New York Times. 18. juni kl. 2012. (13. februar, 2014) http://www.nytimes.com/2012/06/19/science/studies-of-human-microbiome-yield-new-insights.html?pagewanted=all