كيف ولماذا تجوع أجسامنا بكتيريا الأمعاء
هل تحتوي البكتيريا على كمية غير محدودة من العناصر الغذائية في الأمعاء؟ في الماضي ، كان العلماء يميلون إلى الاعتقاد بأن القناة الهضمية هي نوع من الجنة لهذه الكائنات الحية الدقيقة. ولكن ، كما اتضح ، هذا الافتراض غير صحيح - وهذا خبر سار بالنسبة لنا.
وفقًا لبحث حديث ، قد تحتوي أجسامنا على بكتيريا أكثر مما قد نتخيله.
في الواقع ، ما لا يقل عن نصف خلايا الجسم ميكروبية ، وعدد كبير منها يملأ أحشائنا.
لدينا علاقة تكافلية مع البكتيريا لدينا. هذه الكائنات الدقيقة لها تأثير قوي على حالة صحتنا العامة - الجسدية والعقلية.
ومع ذلك ، تعتمد البكتيريا أيضًا على أجسامنا من أجل التغذية والعيش والنمو ، واتضح أن أجسامنا بارعة إلى حد ما في إبقاء هذه الكائنات الحية الدقيقة تحت السيطرة.
كيف يحدث هذا؟ من خلال التحكم في عدد العناصر الغذائية التي تستطيع الميكروبات الوصول إليها. هذا ما توصلت إليه دراسة جديدة أجراها علماء من كلية الطب بجامعة ديوك في دورهام ، نورث كارولاينا.
"يبدو أن هناك ترتيب نقر طبيعي للبكتيريا ولنا. بطريقة ما ، ليس من المستغرب أن نحمل نحن ، المضيف ، المزيد من البطاقات "، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة لورانس أ. ديفيد ، دكتوراه.
يتناقض هذا مع الأفكار السابقة حول ميكروبيوم الأمعاء البشرية ، الذي ينظر إليه على أنه بيئة "حيث تتدفق فيها كميات وفيرة من الطعام والموارد ، مثل مصنع الشوكولاتة في ويلي ونكا" ، على حد تعبير ديفيد.
أبلغ ديفيد وزملاؤه النتائج التي توصلوا إليها في ورقة الدراسة التي تظهر في المجلة علم الأحياء الدقيقة الطبيعة.
القناة الهضمية هي اليد العليا للبكتيريا
نشأت مقدمة هذه الدراسة مع آسبن ريس ، التي تتخذ الآن من جامعة هارفارد مقراً لها في كامبريدج بولاية ماساتشوستس ، بينما كانت مسجلة على درجة الدكتوراه. مرشح في جامعة ديوك.
بفضل خلفيتها في علم البيئة ، فكرت ريس في بكتيريا الأمعاء في سياق المنافسة الطبيعية على الموارد. واعتبرت أنه في جميع النظم البيئية تقريبًا ، يميل السكان إلى التنافس على الموارد المحدودة.
لذلك ، تساءلت عما إذا كان قد يكون الأمر نفسه بالنسبة لسكان الأمعاء الميكروبية. وأوضحت أن البكتيريا الموجودة في المسطحات المائية مقيدة بمحدودية الوصول إلى العناصر الغذائية مثل النيتروجين أو الفوسفور. هل يمكن أن يتوفر النيتروجين بكميات محدودة في القناة الهضمية أيضًا؟
للعثور على إجابة لهذا السؤال ، درس ريس وزملاؤه عينات البراز التي جمعوها من العديد من الحيوانات والبشر. لقد درسوا براز الحمير الوحشية والزرافات والفيلة والأغنام والخيول ، على سبيل المثال لا الحصر. جاءت عينات البراز البشري من متطوعين مقيمين في ولاية كارولينا الشمالية.
كشفت نتائج تحليل ريس وزملائه أن البكتيريا تظل مقيدة بسلسلة قصيرة في الأمعاء البشرية: لديهم إمكانية الوصول إلى ذرة نيتروجين واحدة لكل 10 ذرات كربون. هذا أقل بكثير مما تحصل عليه الميكروبات التي تعيش بحرية: ذرة نيتروجين واحدة لكل 4 ذرات كربون ، في المتوسط.
من أجل تأكيد أن مستويات النيتروجين المحدودة في البيئة ، في الواقع ، تتحكم في "حرية" البكتيريا ، أجرى الباحثون تجربة على الفئران. لقد أطعموا الفئران طعامًا غنيًا بالبروتينات ، حيث تحتوي هذه الفئران على مستويات عالية من النيتروجين.
كلما زاد البروتين الذي أعطاه الباحثون للفئران ، زاد عدد بكتيريا الأمعاء. علاوة على ذلك ، عندما حقنت ريس الحيوانات بالنيتروجين ، لاحظت أن جزءًا من النيتروجين وصل إلى بكتيريا الأمعاء.
وتوضح أن هذا يشير إلى أن الثدييات المضيفة قادرة على إفراز النيتروجين عبر الخلايا المبطنة لأمعائها لتغذية البكتيريا.
يقول ديفيد ، "النتائج التي توصلنا إليها تدعم فكرة أننا قد طورنا طريقة لإبقاء البكتيريا لدينا مقيدة من خلال تركها تتضور جوعًا للنيتروجين."
تحقيق توازن دقيق
يوضح ديفيد أن هذا "يفسر أيضًا سبب كون النظام الغذائي الغربي سيئًا بالنسبة لنا. عندما يأكل الناس الكثير من البروتين ، فإنه يستنزف قدرة المضيف على امتصاص ذلك النيتروجين في الأمعاء الدقيقة ، وينتهي الأمر بمزيد منه في طريقه إلى الأمعاء الغليظة ، مما يقضي على قدرتنا على التحكم في مجتمعاتنا الميكروبية ".
يقول ريس: "قد يكون من الأسهل تخيل أن الأمعاء أقل" احمرارًا في الأسنان والمخلب "من الأجزاء الأخرى من الطبيعة ، لأن الكائنات الحية الدقيقة يمكن أن تكون مفيدة جدًا للبشر ،" الأمعاء هي ملاذ للبكتيريا.
"لكن البكتيريا كائنات فردية ، تحاول فقط الحصول عليها - ولا يوجد سوى الكثير من الطعام للتجول" ، كما تلاحظ.
ومع ذلك ، فقد بحث العلماء أيضًا في مخاطر محاولة السيطرة على البكتيريا من خلال مكافحتها بالمضادات الحيوية. للقيام بذلك ، أجروا مرة أخرى تجربة على الفئران ، ونشروا نتائجها في المجلة eLife في وقت سابق من هذا العام.
كجزء من تلك الدراسة ، قام العلماء بإعطاء المضادات الحيوية لعشرة فئران خلال فترة 5 أيام ، وقاموا بجمع عينات من البراز - قاموا بتحليلها - بشكل يومي من الحيوانات.
أظهرت هذه التجربة أنه في حالة عدم وجود البكتيريا "لأكلها" ، فإن المواد مثل النترات أو الكبريتات تتراكم بشكل مفرط في الأمعاء.
عندما توقفوا عن تغذية الفئران بالمضادات الحيوية ، أعادت أحشائهم إعادة التوازن الميكروبي. على الرغم من ذلك ، يوضح ريس ، "ليس لدينا حقًا إحساس بالعدد" الصحيح "من البكتيريا الموجودة في الأمعاء."
وتتابع قائلة: "من المؤكد أن الصفر قليل جدًا ، والامتلاء بالبكتيريا فقط سيكون كثيرًا جدًا". يشرح ديفيد أنه في حين أن الفئران قد تكون قادرة على التعافي بسهولة إلى حد ما حتى بعد التعرض العنيف لأدوية القضاء على البكتيريا ، فإن الأمر يختلف بالنسبة للبشر.
أهمية المنافسة
ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن القوارض تستعيد بكتيريا معينة عن طريق أكل براز بعضها البعض. يلاحظ ديفيد ، "ربما لن يرغب الناس في فعل ذلك."
يحذر الباحثون من أنه عندما يتم زعزعة استقرار الميكروبيوم ، يمكن أن يسمح هذا في الواقع لمسببات الأمراض بالسيطرة بسهولة أكبر.
في العادة ، ستواجه مسببات الأمراض صعوبة في استعمار القناة الهضمية. هناك تريليونات من البكتيريا الأخرى التي يتعين عليهم التغلب عليها للبقاء على قيد الحياة. ولكن إذا أزلنا فجأة المنافسة الميكروبية على الموارد ، فإننا نفقد السيطرة ، وسيكون للبكتيريا السيئة التي تسبب الأمراض السيئة [...] مسار أوضح. "
لورانس أ ديفيد ، دكتوراه.
لاحظ المؤلفون أنه قد تكون هناك طريقة للمساعدة في الحفاظ على التوازن البكتيري الدقيق. حاليًا ، يبحث الفريق في كيفية مساهمة النظام الغذائي - وخاصة وجود البريبايوتكس والبروبيوتيك - في صحة الأمعاء.
يقول ريس: "على مدار التاريخ التطوري ، كان لدى أجسامنا فرصة لمعرفة كل هذا ، وبناء أنظمة لإبقاء الميكروبات تحت السيطرة".
وتضيف قائلة: "لكن بصفتي باحثين نعيش في العصر الحديث ، أعتقد أننا ما زلنا نحاول التعامل مع ما هي القيمة الوسطية الصحيحة ، وكيفية إبقائنا هناك".
