Hur och varför våra kroppar svälter tarmbakterier
Har bakterier ett obegränsat utbud av näringsämnen i tarmen? Tidigare tenderade forskare att tro att tarmen är ett slags paradis för dessa mikroorganismer; men det visar sig att antagandet är felaktigt - vilket är goda nyheter för oss.
Enligt nyligen genomförd forskning kan våra kroppar hysa fler bakterier än vad vi hade föreställt oss.
Faktum är att minst hälften av cellerna i kroppen är mikrobiella, och ett betydande antal av dessa fyller våra tarmar.
Vi har ett symbiotiskt förhållande med våra bakterier. Dessa mikroorganismer har starkt inflytande på vår allmänna hälsotillstånd - både fysiskt och mentalt.
Bakterierna är dock också beroende av våra kroppar för att mata, leva och växa, och det visar sig att våra kroppar är ganska skickliga på att hålla dessa mikroorganismer i kontroll.
Hur händer detta? Genom att kontrollera hur många näringsämnen mikroberna har tillgång till. Detta har en ny studie utförd av forskare från Duke University School of Medicine i Durham, NC, funnit.
”Det verkar finnas en naturlig peckorder för bakterierna och oss. På ett sätt är det inte förvånande att vi, värden, borde ha mer av korten, säger studiens medförfattare Lawrence A. David, Ph.D.
Detta strider mot tidigare idéer om det mänskliga tarmmikrobiomet, som ser det som en miljö "där det finns rikligt med mat och resurser som strömmar in, som Willy Wonkas chokladfabrik", som David uttrycker det.
David och kollegor rapporterar sina resultat i den studiepapper som visas i tidskriften Naturmikrobiologi.
Tarmens överhand över bakterier
Utgångspunkten för denna studie härrör från Aspen Reese, som nu är baserad vid Harvard University i Cambridge, MA, medan hon var inskriven som doktorsexamen. kandidat vid Duke University.
Tack vare sin bakgrund inom ekologi tänkte Reece på tarmbakterier i samband med den naturliga konkurrensen om resurser. I nästan alla ekosystem, ansåg hon, tenderar invånarna att konkurrera om de begränsade resurserna.
Så hon undrade om det kan vara detsamma för de mikrobiella tarmarna. Bakterier i vattenkroppar, motiverade hon vidare, är begränsade av begränsad tillgång till näringsämnen som kväve eller fosfor. Kan kväve finnas tillgängligt i begränsade mängder också i tarmen?
För att hitta svaret på denna fråga studerade Reese och kollegor avföringsprover som de samlade från många djur och människor. De studerade avföring från zebror, giraffer, elefanter, får och hästar, för att bara nämna några. De mänskliga avföringsproverna kom från volontärer baserade i North Carolina.
Resultaten av Reese och kollegors analys visade att bakterier hålls i en kort koppel i tarmen: de har tillgång till cirka 1 kväveatom per 10 kolatomer. Detta är mycket mindre än vad fritt levande mikrober får: 1 kväveatom till var fjärde kolatomer i genomsnitt.
För att bekräfta att begränsade kvävehalter i miljön faktiskt kontrollerade bakteriens ”frihet” genomförde forskarna ett experiment på möss. De matade mössen med mycket protein, eftersom dessa har höga kvävehalter.
Ju mer protein forskarna gav mössen, desto mer ökade antalet tarmbakterier. Dessutom, när Reese injicerade kvävet på djuren, märkte hon att en del av kvävet når tarmbakterierna.
Detta, förklarar hon, antyder att ett värddjur däggdjur kan utsöndra kväve via cellerna som täcker tarmen för att mata bakterierna.
"Våra resultat", säger David, "stöder idén att vi har utvecklat ett sätt att hålla våra bakterier i koppel genom att låta dem svälta efter kväve."
Slår en känslig balans
David förklarar att detta ”också förklarar varför den västerländska kosten kan vara dålig för oss. När människor äter för mycket protein, svämmar det värdens förmåga att ta upp det kvävet i tunntarmen, och mer av det hamnar på väg till tjocktarmen, vilket eliminerar vår förmåga att kontrollera våra mikrobiella samhällen. ”
"Det kan vara lättare", säger Reese, "att föreställa sig att tarmen är mindre" röd i tand och klo "än andra delar av naturen, eftersom mikrobioten kan vara så fördelaktig för människor", kommenterar den tidigare idén och föreslår att tarmen är en fristad för bakterier.
"Men bakterierna är enskilda organismer som bara försöker klara sig - och det finns bara så mycket mat att gå runt", konstaterar hon.
Forskarna grävde emellertid också in i farorna med att försöka kontrollera bakterier genom att bekämpa dem med antibiotika. För att göra det genomförde de igen ett experiment på möss vars resultat de publicerade i tidskriften eLife tidigare i år.
Som en del av den studien administrerade forskarna antibiotika till 10 möss under en period av 5 dagar, och de samlade avföringsprover - som de analyserade - dagligen från djuren.
Detta experiment visade att ämnen såsom nitrat eller sulfat överackumulerades i tarmen, i avsaknad av bakterier för att "äta" dem.
När de slutade mata mössen med antibiotika återupprättade tarmarna den mikrobiella balansen; även om Reese förklarar, "Vi känner inte riktigt vad det" rätta "antalet bakterier är att ha i tarmen."
"Visst är noll för få, och att vara full av bara bakterier skulle vara för många", fortsätter hon. Även om möss kanske kan återhämta sig ganska enkelt även efter en aggressiv exponering för bakterietorkande läkemedel är det inte detsamma för människor, förklarar David.
Betydelsen av konkurrens
Det beror på att gnagare delvis återfår vissa bakterier genom att äta varandras avföring. David konstaterar, "Människor vill nog inte göra det."
När en persons mikrobiom destabiliseras kan detta faktiskt göra det möjligt för patogener att ta tag lättare, varnar forskarna.
”Normalt kommer patogener att ha svårt att kolonisera tarmen. Det finns biljoner andra bakterier som de måste slå ut för att överleva. Men om vi plötsligt tar bort den mikrobiella konkurrensen om resurser förlorar vi kontrollen och de dåliga bakterierna som orsakar otäcka sjukdomar [...] har en tydligare väg. ”
Lawrence A David, Ph.D.
Det kan finnas ett sätt att bibehålla den känsliga bakteriebalansen, konstaterar författarna. För närvarande undersöker teamet hur kost - särskilt förekomsten av prebiotika och probiotika - kan bidra till tarmhälsan.
"Under evolutionens historia hade våra kroppar en chans att räkna ut allt detta och bygga system för att hålla mikrobioten i schack", säger Reese.
"Men som forskare som lever i den moderna eran tror jag att vi fortfarande försöker ta hand om vad rätt mellanvärde är och hur vi kan hålla oss där", tillägger hon.
