Minu parimad sõbrad on mikroobid, I osa

 (1)
Minu parimad sõbrad on mikroobid, I osa
Tuleb välja, et me oleme vaid 10% inimesed: iga meie keha moodustava inimraku kohta tuleb ca 10 püsivat mikroobi Foto: depositphotos.com

Praegusel puhastushulluse ajastul on antibootilised ainesed tablettide, puhastuskuuride, parsiiditõrje, töödeldud toitude jms koostisosana meid surnuks puhastamas. Mida see inimese jaoks tegelikult tähendab ja millist kahju võib see kaasa tuua?

Colorado Ülikooli Inimese mikrobioomi kursus haaras mind üleni endasse ja peale mahuka loengumaterjali on nüüd minu raamaturiiulil kursuse juhendaja prof. Rob Knighti, MD Martin Blaseri jt entusiastidest mikroobiteadlaste raamatud. Teema on lai ja Knighti labori kodulehel on hulganisti lugemismaterjali ja viiteid.

Praegusel puhastushulluse ajastul on antibootilised ainesed tablettide, puhastuskuuride, parsiiditõrje, töödeldud toitude jms koostisosana meid surnuks puhastamas. Pakuksin sissejuhatuseks väga hea kokkuvõtte kõige olulisemast inimese mikrobioloogilisest maailmas: oma ala teadlastest, uuringutest ja suundadest, mille annab edasi samuti entusiasmiga nakatunud Michael Pollan oma artiklis: "Minu parimad sõbrad on mikroobid".

Michael Pollan on tuntud ja tunnustatud ajakirjandusprofessor California Ülikoolis, kes on kirjutanud toitumisega seotud raamatuid ja artikleid: "A Food Rules: Eaters Manual" (eesti k. Toidureeglid 2011), "Omnivores Dilemma", "In Defence of Food", "Cooked: a Natural History of Transformation". Pollan oli ka mikrobioomi kursuse näidisõppevahendiks oma keha mikrobioomi kaardiga.

Seotud lood:

M. Pollan kirjutab: "Ma võin teile öelda täpse kuupäeva, mil ma hakkasin iseendast mõtlema mitmuses - kui superorganismist, mitte enam lihtsalt üksikindiviidist. See juhtus 7. märtsil. Just sel päeval ma avasin oma e-kirjade postkasti ja leidsin sealt tohutu, arvutit undama paneva mahuga andmestiku, mis tuli Colorado Ülikooli (Boulderis) juures asuvast BioFrontiers Institute laborist. Labor oli analüüsinud minu mikrobioomi - täpsemalt siis geene, mis ei ole "minu" geenid, vaid kuulusid mitmele sajale mikroobiliigile, kellega ma oma keha jagasin. Need bakterid, mida on siis umbes 100 triljonit (triljon - 1012), elavad (ja surevad) just praegu minu naha pinnal, minu keelel ja sügaval minu soolestiku soppides. Just viimases kohas on neid kõige enam ja kaaludes ligikaudu kilogrammi, moodustavad nad meeletu kogukonna seni kaardistamata alal. See on nagu läbiuurimata kõrb, mida teadlased alles püüavad hakata tundma õppima.

Minu mikrobioomi kaardil olid nimetatud sajad bakteriliigid, mis nimetavad minu keha oma koduks. Numbrid, mida esindasid mikroobide geenid, muudavad meid lihtsalt vaid kääbusteks. Tuleb välja, et me oleme vaid 10% inimesed: iga meie keha moodustava inimraku kohta tuleb ca 10 püsivat mikroobi - (sealhulgas kommensaalid - peamiselt kahjutud priileivasööjad) ja mutualistid (kellega meil on vastastikused kasulikud sidemed) ja väga väike hulk patogeene. Me oleme geneetilise materjali kandjad ja sellest 99% on mikroobide oma. Ja välja tuleb midagi sellist, et see "teine genoom" nagu seda sageli nimetatakse, mõjutab meie tervist sama palju ja arvatavalt isegi rohkem, kui need geenid, mida me pärime oma vanematelt. Kuna meie päritud geenid on vähem-rohkem kindlalt paigas, siis oma teist genoomi saame me vormida ja isegi ümber kujundada. Justin Sonnenburg, Stanfordi mikrobioloog, märgib, et me peaksime inimkeha vaatlema kui "keerukat süsteemi, mis on optimeeritud mikroobidest elanike kasvule ja levikule."

Korratused meie sisemises ökosüsteemis - mitmekesisuse hävinemine, või siis "valede" mikroobide levimine ja kasv - võib viia meid ülekaaluni ja väga paljude krooniliste haigusteni ning samuti ka infektsioonideni. Teadlased kasutavad sõna "mikrobioota" (varem kasutati selle sõna asemel rohkem "mikrofloora", mis aga enam ei ole täpne), mis hõlmab endas kõiki kogukonnas olevaid mikroobe ja "mikrobioomi", milleks on siis mikroobide kollektiivi geenid.

Meie organismi püsimikroobid mängivad olulist rolli ja on kriitilise tähtsusega meie immuunsüsteemi ülesehitamisel, aidates sel täpselt vahet teha, kes on vaenlane ja kes sõber ning ei lase süsteemil hulluks minna. Mõned teadlased usuvad, et Lääne ühiskonna häirivalt suur hulk autoimmuunseid haigusi on tekkinud meie kehade ja "vanade sõprade" iidsete sidemete katkemisest. Me oleme lõhkunud oma kooselu mikroobidest sümbiontidega (Sümbioos (vanakreeka keelest σύν "koos" ja βίωσις "elamine") on eri liikidesse kuuluvate organismide (sümbiontide) vaheline kooselu). Need väited tunduvad üsnagi liialdatud ja tegelikult paljud mikrobioomi uurivad teadlased on väga ettevaatlikud, et mitte teha sama viga, mida tegid inimgenoomi uurijad 10 aastat tagasi, kui nad väitsid, et on rajal, mis kohe-kohe ravib terveks paljudest haigustest. Me ootame seda siiani!

Siiski see, kas teise genoomi tundmaõppimine toob haigustele ravi, sõltub sellest, mida me siiani oleme teada saanud - meie enesetunnetusest, sellest, kuidas me tervist defineerime ja meie üleüldisest suhtumisest bakteritesse. Ja nagu märkis hiljuti üks teadlaste grupp mikroobide ökoloogiat puudutavas artiklis, et inimese tervist tuleb nüüdsest vaadelda, kui inimesega seotud mikrobioomi kollektiivset omandit - see on kogukonna, mitte indiviidi ülesanne.Selline paradigma nihe ei tule sugugi liiga kiiresti, kuna tsivilisatsioonina, oleme teadmatusest suurema osa sajandist, andnud oma parima, et hävitada inimesega seotud mikrobioom. Oleme moodustanud bakterite vastu mitmeid ühisrindeid, kusjuures eelkõige toitumine on see, mis kahjustab bakterite heaolu. Teadlased kõnelevad nüüd vaesunud "Lääne ühiskonna mikrobioomist" ja tõstatavad küsimuse, kas ei tuleks alustada suuremat "ökoloogia taastamise" projekti - ja taastada ei tule mitte vihmametsa ega preeriat, vaid taastada tuleb normaalne kodune keskkond meie seedetraktis.

Uus Meremaa päritolu teadlane Michael Pollan tuli USAsse esmalt uurima invasiivseid liike, mis olid suureks probleemiks tema kodumaal. Knight teenis 24 aastasena Princetoni Ülikoolis välja oma PhD kraadi ökoloogias ja evolutsioonilises bioloogias. Edasi keskendas ta oma tähelepanu invasiivsetelt liikidelt nähtamatute kogukondade tegevuse uurimisele. Knight on tuntust kogunud kui briljantne sekveneerimisandmete analüütik, kes oskab hämmastava täpsusega töötada masinate ja metoodikaga ning välja sõeluda tohutust infovoost vajalikud andmed, mis aitavad määrata iga üksiku mikroobi unikaalse geneetilise allkirja. Selline talent on põhjustanud ka selle, et tema laborisse saadavad oma proovid väga paljud teadlased. Seetõttu võib Knight nime leida suuremas osas ses vallas tehtud uuringutest. Pollan veetis siin kaks päeva ja nautis mitmeid eineid koos Rob Knighti ja tema kolleegidega, doktorantide ja kraadiõppuritega ning oli üsna jahmunud siinsest lauavestlusest. Pollan märgib: "Ma ei usu, et ma oleks kunagi varasemalt kuulnud õhtusöögilauas vesteldavat nii palju inimese väljaheidetest ja muust jämesoole sisust. Ma sain kuulda Knighti 16 kuud vana tütrest, kelle suurem osa mähkmetest annetati teadustööks ja tähelepanelikult läbi uuriti. Knight märkis, et ta võtab endalt ja elukaaslaselt proove kogu aeg."

Sellise ulatusliku perekondliku uurimuse tulemused on andnud meile teaduslikud tööd, millest nähtub perekonnas toimiv mikroobide kogukonna dünaamika. Andmed aitasid näha, et mikroobide kogukond paaril, kes jagavad ühist maja on sarnane. See omakorda näitab, et indiviidi mikrobioomi kujundab tema elukeskkond. Knight leidis samuti, et perekonnaga koos elav koer sulandub oma kogukonnaga igaühe nahale - oletatavasti läbi lakkumise ja paitamise. Üks uuringutest "Moving Pictures of the Human Microbiome", (inimese mikrobioomi liikuvad pildid) annab ülevaate päev-päevalt liikuva mikroobide kogukonna muutustest igas keha osas. Knight on teinud animatsiooni, mis näitab iga mikroobide kogukonna - soolestikus, nahal ja suus paikneva kogukonna - suurt erinevust ühe inimese osas. St meie suus, nahal ja sooles olev bakterite kogukond erineb üksteisest kardinaalselt ja iga muudatus neis kogukondades toimub vaid kitsas vahemikus.Knight ja tema kollegi laste mähkmetest võetud proovid näitavad hämmastavaid protsesse beebi soole mikrofloorast - ema kõhus olles on imik steriilses keskkonnas, peale sündi hakkavad mikroobide kolooniad last järk järgult katma. Protsess saab alguse pärast sündi, mil imiku eripära rõhutav mikroobide kogukond võtab koha sisse tema sooltes. Muutused ja kogukondade kasv tekib seejärel, kui tuleb üleminek tahkele toidule ja rinnast võõrutamisel. Kolmandaks eluaastaks on lapse sooltes koha sisse võtnud täiskasvanule omane mikroobide kogukond, mis esialgu sarnaneb tema vanemate omaga.

Uuring beebide ja nende toitumise kohta annab meile nüüd ülevaate sellest, miks mikroobide kogukond on tervise seisukohast nii oluline. Varasemalt püüti lahendada müstilist probleemi ema rinnapiimaga. Aastaid olid toitumisteadlased segaduses asjaolust, et rinnapiim sisaldab teatud komplekssüsivesikuid - oligosahhariide - mille jaoks imikul ei olnud ensüüme. Evolutsiooniline teooria aga väidab, et iga ema rinnapiima komponent omab väärtust sündinud lapsele. Vastasel juhul oleks looduslik valik selle aine, kui ebavajaliku eemaldanud. Nüüd tuleb välja, et need oligosahhariidid on siin selleks, et toita mitte last, vaid ühte kindlat soolestiku bakterit nimega Bifidobacterium infantis. See bakter on kohandunud ema rinnapiimas olevate oligosahhariidide lagundamisele ja ümbertöötlemisele.

Kui kõik läheb hästi, siis bifidobacteria paljuneb ja hakkab domineerima ning koos sellega hoiab imiku tervena. Kuidas? Antud bakter hoiab ära teiste vähem kasulike või kahjulike bakterite leviku ja arengu ning mis kõige olulisem - ta kasvatab tervikliku epiteeliumi - soolestiku limaskesta, millel on täita kriitiline roll kaitsmaks meid infektsioonide ja põletike eest. "Ema piim, mis on ainus imetaja toit, mida looduslik valik on kohandanud, on kogu toitumise Rosetta kiviks" märgib piima uuriv toitumisteadlane Bruce German California Ülikoolist. "Ja mida meile ütleb see, kui looduslik valik on toidu nö loonud - et see ei hoolitse mitte ainult lapse toitmise eest, vaid see toidab ka lapse soolestiku vajalikke baktereid. "Kuid kuskohast saab keegi, kes ei ole kunagi maitsnud rinnapiima, kogu selle kasuliku bifidobacteria kogukonna? Ema piim ei ole mitte steriilne, nagu seda kunagi arvati: see on mõlemat, nii "prebiootik" - toit mikroobidele kui ka "probiootik" - kasulike bakterite populatsioon, mida antakse kehale edasi. Mõned neist leiavad oma tee ema soolestikust piimanäärmetesse ja sealt edasi imikuni, kes sööb oma esimesi toidukordi. Ja kuna vähemalt siiani ei ole kunstpiima tootjad arvestanud neid teadmisi, siis ei ole pudelitoidul olevate laste sooled optimaalselt vajalike bakteritega täidetud - ei prebiootiliste oligosahhariidide ega ka probiootiliste bakterite osas. Enamik mikroobe, mis hõlmavad lapse esimesena, tulevad loomuliku sünnituse käigus - mis on väga mikroobiderikas protsess. Keisrilõige on aga üsna steriilne, mille tõttu vagiina mikroobid sünnitusteedest lapseni ei ulatu. On leitud, et laps, kes omandab loomuliku sünni kaudu ema vagiina mikroobid on vähem vastuvõtlik allergiatele, astmale ja autoimmuunhaigustele, kui keisrilapsed, kes puutuvad esmalt kokku ema nahal oleva mikroobide kogukonnaga ja kelle immuunsüsteem ei pruugi seetõttu korralikult välja areneda.

Pollan vestles Catherine A. Lozupone´ga - mikrobioloogiga, kes oli Knighti laborist lahkumas, et seada Colorado Ülikoolis Denveris sisse enda oma. Tema uuris Pollani mikrobioomi ning võrdles seda teistega sh enda omaga. Lozupone oli 2012 aasta Nature´s avaldatud uuringu "Diversity, Stability and Resilience of the Human Gut Microbiota" peamine autor. Töö püüdis kindlaks määrata "normaalse" ökosüsteemi tasandit ja seejärel uurida erinevaid faktoreid, mis seda taset mõjutasid. Kuidas mõjutab meie mikroobe dieet? Antibiootikumid? Patogeenid? Kuidas kultuurilised traditsioonid? Tänaseks on parimaks lahenduseks proovide kogunemine erinevatelt kogukondadelt üle kogu maailma ja teadlased on sellega ka usinalt ametis. Suurem projekt on momendil "The American Gut Project", mis loodab sekveneerida (sekveneerimine - järjestusanalüüs) kümnete tuhandete ameeriklaste mikroobide kogukondi; see aitab teadlastel leida seosed inimese elustiili, toitumisharjumuste, tervisliku seisundi ja mikroobide kogukonna ülesehitus vahel.Joonis: BF - Aafrika külalapsed EU - euroopa lapsed

Põliselanike mikroobide kogukond ei paista silma mitte ainult suurema mitmekesisuse, vaid ka erinevate domineerivate esindajatega. Ameerika ja Euroopa soolestikud sisaldavad suurel hulgal bakteroide ja firmicute ning vähesel hulgal prevotella´t. Prevotella domineerib Aafrika põliselanike ja ameerika indiaanlaste hulgas. (Samas ei ole veel selge, kas kõrgem või madalam tase ühestki neist on hea või halb).

Miks mikroobid on erinevad? On see toitumise tõttu - põliselanikel märgatavas koguses täisteraviljad, (mille puhul paistab domineerivat prevotella), kiudaine ja väga vähe liha. (Paljud firmicutes armastavad aminohappeid, seega neid saab olema palju, kui dieet sisaldab palju valku; bakteroidid metaboliseerivad süsivesikuid.) Läänes levinud kehvem mitmekesisus võib olla seotud meie liialdatud antibiootikumide tarvitamise tagajärg (nii tervishoiu süsteemis, kui ka toitumises), meie dieet, mis koosneb töödeldud toitudest (mis on siis puhastatud igasugustest bakteritest - nii headest kui pahadest), keskkonna toksiinid ja tunduvalt väiksem kokkupuude mikroobidega igapäevaelus. "Põliskogukonnad veedavad palju aega väljas ja on suuremas kontaktis taimede ja pinnasega," märgib Lozupone. Teine teadlane, kes korjas näidiseid Malawis, ütles mulle, et "Mõnedes kultuurides kasvavad lapsed kogukondlikena, neid antakse ühtedest kätest teistesse ja nii nad koguvad rutiinselt suurema mikrobioloogilise mitmekesisuse." Eraldiseisev väike perekond ei pruugi toetada mikroobide tervist.

Kaks näitajat veel, mis köitis Pollani mikrobioomi uurinud teadlasi. Esiteks oli tal võrreldes keskmise Lääne elanikuga palju kõrgem mikrobioloogiline mitmekesisus, mida võib võtta komplimendina, kuigi Pollani nahal paiknev ekstravagantne mitmekesisus pani mõne teadlase kulmu kergitama. "Mees, kus sa oma kätega oled olnud?" küsis Jeff Leach , kui ta vaatles proove. Tema naha bakterioloogia seostus taimede, mulla ja mõningast muret tekitanud loomade soolestiku omaga, mille Pollan paneb aiatöö, komposti tegemise (ma hoian vihmausse) arvele, samuti kimchi fermenteerimise (hapendamise) ja toorpiimast juustu valmistamisele. Hapendatud toidud on täis mikroobe.

Inimese mikrobioloogiline kogukond on paigas kolmandaks eluaastaks, mil kõikvõimalikud nišid ja nurgakesed on asustatud. See ei tähenda, et see kogukond ei võiks hiljem muutuda - võib küll aga mitte enam nii kergesti. Toitumise muutmine või loomulikult antibiootikumide tarbimine võib tuua olemasolevas populatsioonis nihkeid ning osad bakterid võivad hakata vohama ja teised kiduda. Kas uued liigid võiksid omale koha leida? Jah, kuid ainult juhul kui mingi korratuse - näiteks antibiootikumide - tagajärjel vabaneb pisiavalt ruumi. Samuti nagu iga valmis ökosüsteem, nii ka meie mikroobide oma, osutab tugevat vastupanu uute tulijate suhtes. Enamiku oma mikroobe korjad sa üles oma vanematelt, kuid teised ümbritsevast keskkonnast. Stanfordi mikrobioloog Stanley Falkow märgib oma õpilastele: "Maailm on kaetud õhukese fekaalide kihiga." Uued sekveneerimismeetodid on seda kinnitanud: Kas te teadsite, et majas leiduv tolm sisaldab märkimisväärses koguses fekaalide koostisosi? Või siis see - iga kord, kui peale WC käimist lasta vett, siis osad koostisosad aurustuvad õhku? Knight´i labor on sekveneerinud baktereid hambaharjades. Selle uudisega tuldi välja hommikusöögilauas ja kuigi Pollan ei küsinud üksikasju, sai ta need ikkagi, Knight´i kolleeg ütles: "Sa peaksid hoidma oma hambaharja vähemalt 1,8 m kaugusel WC potist.

"Mõned teadlased selles valdkonnas on laenanud mõiste "ökosüsteemi teenused", et kataloogida kõik need asjad, mida mikrobioloogiline kogukond meie heaks teeb. Nende teenuste loetelu on väga muljetavaldav ja tähelepanuväärselt mitmekülgne. "Vastupanu sissetungijatele" on üks neist. Meie resistentsed mikroobid teevad palju tööd, et hoida eemal patogeene ja takistada neil leidmaks kuskil sobivat nišši. See seletab meile, miks mõned inimesed saavad teatud toidust toidumürgituse aga teised sama einet tarbinud inimestel ei ole mingeid haiguse sümptomeid.

Seedesüsteemi bakteritel on oma roll selliste substantside tootmisel nagu: neurotransmitterid (sealhulgas serotoniin); ensüümid ja vitamiinid (eriti B grupi ja K vitamiinid) ning teised hädavajalikud toitained (sealhulgas olulised aminohapped ja lühikese ahelaga rasvhapped); ja veel teisigi signaalmolekule, et suhelda ja mõjutada ainevahetuse ning immuunsüsteemi. Mõned neist toodetavatest komponentidest mängivad oma osa meie stressitaseme reguleerimisel ja isegi temperamendi puhul. Väljend "mõtleme kõhu kaudu" võib omada palju suuremat tähendust, kui me arvanud oleme.Teine meie tervisele kriitilise tähtsusega ökosüsteemi teenus on mikroobide vahetu suhe immuunsüsteemiga.Michael Fischbach California Ülikoolist märgib: "Me oleme harjunud mõtlema, et immuunsüsteem on lihtsalt sirgjooneline. Bakterid on aga see immuunsüsteemi teine ise, millega tuleb arvestada. Immuunsüsteemi töö paistab olevat palju rohkem komplitseeritud ja nüansirohkem, kuna see arvestab meie mutualistide ehk resistentsete bakteritega, kui iseendaga. Tulevikus me tõenäoliselt ei nimetagi seda enam immuunsüsteemiks, vaid mikrobioloogiliseks koostoimimise süsteemiks."

Immuunsüsteemi ja toimiva mikroobide kogukonna vahelise koostöö puudumine võibki seletada Lääne ühiskonna plahvatuslikku autoimmuunhaiguste kasvu. Miks me ei ole välja arendanud oma enda süsteeme, et neid eluks hädavajalikke funktsioone täita? Miks me oleme kogu selle töö jätnud käputäiele mikroobidele? Üks teooria ütleb, et mikroobid arenevad meist palju kiiremini (mõnedel juhtudel tekib uus generatsioon iga 20 minuti järel), nad suudavad reageerida keskkonna muudatustele - nii ohtudele, kui võimalustele - palju kiiremini ja osavamalt, kui meie. Oivaliselt reaktiivsete ja kohanemisvõimelistena suudavad bakterid üksteisega vahetada geene ja DNA tükikesi. Selline mitmekülgsus on eriti teretulnud, kui keskkonda ilmub uus toksiin või toiduallikas. Mikrobioom tuleb kärmelt välja täpselt õige geeniga, mis on vajalik võitlemiseks - või selle ära söömiseks.

Autorid: Rob Knight ja Michael Pollan
Allikas: Paikesetoit.ee
Loe ka II osa: "Minu parimad sõbrad on mikroobid, I osa"

KOMMENTEERI!