Mes nuolatos skleidžiame mikrobus, jie nėra įkalinti mūsų kūne ir nuolat sąveikauja su aplinka. Mikrobai nuolat migruoja tarp gyvų organizmų – oru, vandeniu ir žeme. Jie sujungia mus vieną su kitu ir su visu pasauliu. Kai mes valgome, valgo ir jie. Kai keliaujame, keliauja ir jie. Kai mirštame, jie suvartoja mus. Kiekvieną mūsų sudaro mikroorganizmų pasaulis egzistuojantis kūne.
Kam turime dėkoti, kad atsidarome?
Ed Yong mokslo žurnalistas knygoje „Manyje gyvena milijonai“ rašo, kad pirmoji gyvybės forma Žemėje buvo mikrobai. Bakterijos nuolat turtina dirvą ir ardo teršalus, jos valdo planetoje vykstančius anglies, azoto, sieros ir fosforo ciklus versdamos elementus junginiais, tinkamais vartoti gyvūnams bei augalams, o vėliau sugrąžina šiuos elementus į ciklą ardydamos negyvus organizmus. Bakterijos buvo pirmieji organizmai, kurie patys pasigamino sau maisto, – šiam procesui, vadinamam fotosinteze, jie pasitelkė saulės energiją. Fotosintezės šalutinis produktas – deguonis, o šių dujų išskiriama tiek daug, kad jos pakeitė mūsų planetos atmosferą. Turime būti dėkingi bakterijoms, kad gyvename pasaulyje, kuriame galime kvėpuoti deguonimi. Pasaulyje pilname mikrobų, kurie jį pakeitė, ir atsirado gyvūnai.
Kiekvieno iš mūsų organizme gyvena daug mikroorganizmų, jie bendrai yra vadinami mikrobiota. Dauguma jų yra bakterijos ir virusai. Virusai paprastai įsikuria mikrobuose, o kartais ir mūsų ląstelėse. Mums yra sunku suvokti, kiek daug gyvybės galima rasti mūsų ląstelėse, organuose ar atskirose kūno dalyse. Oda, burna, žarnynas, genitalijos, bet kuris kitas organas, kuris turi ryšį su išoriniu pasauliu, turi tik jam būdingus mikrobus.
Mes bendradarbiaujame su mikrobais
Maras, cholera, geltonoji karštligė minima ne vienoje knygoje ar filme, bet niekas nesukūrė istorijos apie tai, kokį svarbų vaidmenį atlieka mikrobai mūsų gyvenime. Mikrobiologas ir virusologijos disciplinos pradininkas Martinus Beijerinck įrodė, jog mikrobai, nors ir kelia grėsmę žmonijai, tačiau yra kritiškai svarbi viso pasaulio dalis. Mūsų kūnuose gyvena mikrobų ir mes su jais bendradarbiaujame visą savo gyvenimą. Įvairių mokslo tyrimų metu buvo atskleista:
1. Bakterijos nuolat formuoja ir keičia mūsų kūnus ir tai yra ne vienkartinis, o nuolatinis procesas. Tinkamai organizmo būklei palaikyti yra itin svarbus.
2. Nuo mikrobų priklauso riebalų atsargos.
3. Mikrobai padeda atnaujinti žarnų epitelio ir odos paviršiaus audinius, pakeičia pažeistas ir žuvusias ląsteles naujomis.
4. Mikrobai užtikrina kraujo ir galvos smegenų barjero neliečiamumą – sukuria tankų ląstelių tinklą, kuris iš kraujo į smegenis praleidžia maisto medžiagas.
5. Nuo mikrobų priklauso nuolatinis skeleto atsinaujinimas, kai sukuriamas naujas kaulas, o senasis absorbuojamas.
Kiek mūsų kūne gyvena mikrobų?
Naujausi skaičiavimai rodo, kad kiekvieno iš mūsų kūną sudaro apie 30 trilijonų žmogaus ląstelių ir 39 trilijonai mikrobų ląstelių – iš esmės yra po lygiai. Šie skaičiau nėra tikslūs, tačiau esmė, kad mūsų kūnuose jų gyvena labai daug.
Galime tik jausti mikrobų veiklos padarinius, o ypač neigiamus. Mes jaučiame kaip infekcijai užklupus skauda pilvą, girdime, kaip kažkas be perstojo čiaudi. Negalime plika akimi matyti tuberkuliozės lazdele vadinamo bakterijos, bet galime matyti kruvinus skreplius, kuriuos spjaudo tuberkulioze sergantis ligonis. Ligas sukeliantys mikrobai – patogenai – ilgai žalojo žmones ir taip paliko ilgą kultūrinį randą.
Dauguma mūsų į mikrobus žvelgiame kaip į kenkėjus: nepageidaujamus užkrečiamų ligų nešiotojus, kurių privalome vengti visais įmanomais būdais. Šis stereotipas yra klaidingas, nes dauguma mikrobų nėra patogenai. Jie mūsų nesusargdina. Mažiau nei 100 bakterijų rūšių sukelia žmonėms infekcines ligas, kai tūkstančiai mūsų žarnyne gyvenančių bakterijų rūšių yra beveik nekenksmingos ir saugo mūsų gyvybę.
Ką mums daro mikrobai?
Mikrobai padeda mums skaidyti maistą ir išlaisvina jo mitybines medžiagas, kurios kitaip mums būtų nepasiekiamos. Jie pagamina vitaminų ir mineralų, kurių negalime gauti su maistu, jie suskaido toksinus ir pavojingas chemines medžiagas, saugo mus nuo ligų nukonkuruodami pavojingesnius mikrobus arba sunaikindami savo antimikrobinėmis medžiagomis. Jie gamina medžiagas kurios nulemia mūsų kvapą. Jie atpalaiduoja tam tikra specialias molekules ir siunčia signalus, nuo kurių priklauso mūsų organų augimas. Jie moko mūsų imuninę sistemą atskirti draugą nuo priešo, veikia mūsų nervų sistemos vystymąsi ir, gali būti, jog net daro įtaką mūsų elgesiui.
Ar egzistuoja grupė mikrobų kuriuos turi visi žmonės?
Harvardo universiteto kompiuterinės biologijos profesorius Curtis Huttenhower mano, kad kiekvienas turime tik sau būdingą mikrobiomą, kurį suformavo mūsų paveldėti genai, vietos, kuriose gyvenome, vaistai, kuriuos kada nors vartojome, maistas kurį suvalgėme, kiekvieni nugyventi metai, kiekviena paspausta kito žmogaus ranka. Mikrobiniu požiūriu mes visi panašūs, nors ir skirtingi. Kai mikrobiologai tik pradėjo rinkti duomenis apie žmogaus mikrobiomą, jie tikėjosi atrasti „šerdinį“ mikrobiomą: grupę mikrobų, kuriuos turi visi žmonės. Dabar jau abejojama, ar tokia „šerdis“ egzistuoja.
Kai kurios mikrobų rūšys kartojasi, tačiau nėra tokių, kurių būtų galima rasti ant visų žmonių. Skirtinguose organizmuose tam tikrą medžiagą skaido konkretūs mikrobai, bet nebūtinai tie patys.
Mikrobai skirtingose mūsų kūno dalyse
Ekologijos ir evoliucinės biologijos profesorius Noah Fierer teigia, kad kiekviena mūsų kūno dalis turi tik sau būdingą mikrobinę fauną. Žmogaus odos mikrobiomą sudaro Propionibacterium, Corynebacterium ir Staphylococcus bakterijos, Bacteroides vyrauja žmogaus žarnyne, Lactobacillus – makštyje, Streptococcus – burnoje. Skiriasi ir mikrobai, gyvenantys skirtingo kiekvieno organo dalyse. Mikrobai, kurie gyvena plonosios žarnos pradžioje, labai skiriasi nuo gyvenančių tiesiojoje žarnoje. Virš dantenų linijos veisiasi kitokios bakterijos negu dantų apnašose. Ant veido ir krūtinės odos riebiuose plotuose veisiasi visai kitokie mikrobai nei tie, kurie gyvena karštose ir drėgnose kirkšnies ar pažasties plotuose. Žmogaus mikrobiomas keičiasi priklausomai nuo laiko ir vietos. Skirtingų žmonių tose pačiose kūno dalyse gyvenančios bakterijos yra panašesnės tarpusavyje nei tos, kurios veisiasi to paties žmogaus skirtingose kūno dalyse.
Mikrobų svarba kūdikiui gimus
Įvairūs mokslininkai tyrė besikeičiančius kūdikių mikrobiomus, stebėjo kaip keičiasi vaiko mikrobai per pirmuosius trejus jo gyvenimo metus. Jie nustatė, kad vos gimus kūdikiui ir jam palikus sterilų motino gimdos pasaulį, jį iškart kolonizuoja motinos makšties mikrobai. Beveik trys ketvirtadaliai naujagimio bakterijų sutampa su jo motinos. Po to prasideda naujų bakterijų ekspansijos metas. Kūdikis pamažu susirenka naujas bakterijų rūšis iš tėvų ir iš aplinkos, dėl to jo žarnyno mikrobiomas po truputį tampa įvairesnis. Kad pirmieji mikrobai galėtų kolonizuoti naujagimių kūnus, jų imuninė sistema yra tyčia nuslopinama, būtent todėl kūdikiai pirmaisiais gyvenimo mėnesiais būna imlesni infekcijoms.
Mikrobai prisideda prie daugybės imuninių ląstelių kūrimo, be to, padeda vystytis organams, kuriuose susidaro ir yra saugomos tos ląstelės. Mikrobai ypač svarbūs ankstyvuoju gyvenimo laikotarpiu, kol imunitetas dar tik kūrimo ir derinimo stadijoje siekiant reaguoti ir išvengti grėsmių. Imunitetas yra gynybinė jėga, kuri atskiria mūsų ląsteles nuo mikrobų (juos naikina), tačiau mikrobai būtent formuoja ir derina mūsų imuninę sistemą.
Kokią įtaką mūsų kūnams turi mikrobai?
E. Yong teigia, kad mikrobų įtaka mūsų kūnams tokia didelė, kad jie gali nulemti, kaip organizmas sureaguos į vakciną, kiek maisto medžiagų vaikas gaus iš suvalgyto maisto ir kaip veiksmingai suveiks vaistai sergančiam ligoniui. Daugybė organizmo būklių, įskaitant nutukimą, astmą, gaubtinės žarnos vėžį, diabetą ir autizmą, prisideda prie mikrobiomo pokyčių, o iš to galima spręsti, kad šie mikrobai yra mažų mažiausiai šitų negalavimų ženklas, blogiausiu atveju – šių ligų sukėlėjai.
Žmonėms sergant uždegiminėmis žarnyno ligomis, jų organizme dažnai pagausėja bakterijų, kurios „provokuoja“ imunimę sistemą, o trūksta tų, kurios ją „ramintų“. Šis modelis galioja esant ir kai kurioms kitoms organizmo būklėms: nutukimui, astmai, alergijoms ir gaubtinės žarnos vėžiui. Šie sveikatos sutrikimai gali būti vertinami kaip ekologiniai – dėl jų nėra kaltas koks nors vienas konkretus mikrobas, tačiau visa mikrobų bendrija yra nesveikos būsenos. Tai simbiozės sutikimo atvejai. Net jei mikrobų bendrijos pasikeičia kaip tik dėl užklupusios ligos, iš mikrobiomo pokyčių vis tiek būtų galima diagnozuoti ligą dar prieš simptomų pasireiškimą.
Pastarasis atvejis reiškia, kad turime ir galime iš esmės pagerinti sveikatą keisdami savo mikrobų bendrijas: pridėdami ir pašalindami tam tikras mikrobų rūšis, perkeldami ištisas mikrobų bendrijas iš vieno žmogaus į kitą ar net kurdami dirbtinius organizmus.
Higienos hipotezė
Higienos hipotezė, teigia, jog vaikai išsivysčiusiose šalyse nebepatiria tokios infekcinių ligų grėsmės kaip anksčiau, todėl turi neatsparią ir per daug jautrią imuninę sistemą. Vėlesni šios hipotezės atitikmenys labiau pabrėžė svarbą ne patogenų, o gerųjų aplinkos mikrobų, gyvenančių – purve, dulkėse ir netgi parazituose, kurie sukelia ilgalaikes, bet gerai toleruojamas infekcijas. Šie mikrobai yra mūsų evoliucijos dalis, bet jų įtaka vis labiau mažėja dėl didesnės higienos.
Higienos hipotezės esmė – su kuo įvairesniais mikrobais susiduriame, tuo labiau keičiasi mūsų mikrobiomas ir tuo mažesnė alerginių reakcijų tikimybė. Su kiekvienu maisto kąsniu galima praryti mikrobų, sugebėsiančių suvirškinti tas maisto dalis, kurių iki tol negebėdavome suskaidyti, arba nukenksmins maistą, kurio anksčiau negaliojome valgyti, nes jis buvo nuodingas, arba pribaigti parazitus.
Netinkamas antibiotikų vartojimas skatina antibiotikams atsparių bakterijų dauginimąsi
Britų farmakologas Alexander Fleming 1928 metais atrado cheminę medžiagą peniciliną. Po dvylikos metų buvo pradėta šios medžiagos masinė gamyba, taip prasidėjo šiuolaikinė antibiotikų era. Mokslininkai sparčiai pradėjo gaminti įvairius antibiotikus ir jų pagalba naikinti vieną mirtiną ligą po kitos.
Antibiotikų naudojimo problema, kad jie nužudo visas bakterijas – kurių reikia ir kurių nereikia. Dabartiniais laikais antibiotikai naudojami nerūpestingai, pavyzdžiui, virusinėms infekcijoms, kurių šie vaistai vis tiek nepajėgūs įveikti. Net ir trumpas antibiotikų kursas gali pakeisti žmogaus mikrobiomą, mikrobų įvairovė sumažėja ir 100 procentų nebeatsistato. Netiesioginė antibiotikų žala gali sukurti paskatą atsirasti naujoms ligoms. Netinkamas antibiotikų vartojimas skatina antibiotikams atsparių bakterijų dauginimąsi. Teisingiausia būtų antibiotikus vartoti tik tuomet, kai jų iš tikrųjų reikia, įvertinus riziką ir realią naudą.
Mikrobai DNR vienas kitam perduoda horizontaliai
Mes genus paveldime ir perduodame juos vertikaliai iš vienos kartos į kartą, taip prisitaikome prie naujų sunkumų lėtu ir stabiliu būdu. Individams su mutacijomis, dėl kurių jie tampa geriau prisitaikę gyvenimui, yra didesnė tikimybė išgyventi ir perduoti savo genus kitai kartai – tai klasikinė natūrali atranka.
Mikrobai DNR perduoda horizontaliai iš vieno individo kitam. Biologas Howard Ochman teigia, kad bakterija sukuria fizinį kontaktą su kita bakterija, per kurį gali perduoti ir paimti DNR, tai lyg lytinių santykių atmaina. Jos taip pat gali pasiimti DNR iš aplinkos, pavyzdžiui, iš žuvusių bakterijų. Bakterijos netgi gali pasinaudoti virusais, kad jie perneštų genus iš vienos ląstelės į kitą. DNR taip laisvai cirkuliuoja tarp bakterijų, kad vienos tipinės bakterijos genomas yra užpildytas kitų bakterijų genais, todėl vienodos rūšies bakterijos gali turėti esminių genetinių skirtumų.