Poop er intet mindre end et videnskabeligt mirakel. Det hjælper forskere med at forstå dinosaurers diæter, spore spredningen af gammel sygdom og genkende parasitinfektion. Frisk menneskelig afføring giver også et direkte vindue ind i vores tarme og milliarder af mikroskopiske critters deri, som hjælper med at fordøje vores mad, beskytte os mod sygdomme og endda påvirke vores humør.
Relateret indhold
- Alle poops. Nogle dyr spiser det. Hvorfor?
- Hvordan mirakuløse mikrober hjælper os med at udvikle sig bedre, hurtigere, stærkere
Det var tanken, der brændte Rob Knight, en af grundlæggerne af tarmmikrobiomforskning, til at starte det amerikanske mageprojekt i 2012. Knight brugte crowdfunding-platformen FundRazr til at coax mere end 9.000 frivillige til først at donere penge og derefter sende prøver af deres kaster gennem posten. Et team af forskere sonderede disse prøver for bakterielt DNA for at skabe den første folketælling for 40 billioner eller så bakterier, der kalder vores tarme deres hjem.
Det, han lærte, var åbenbarende. Men uanset hvor informativ, oplysende og ligefrem sej bæv var, manglede der stadig noget: Hvor kommer alle disse billioner af bakterier fra? Det viser sig, at vi stort set frivilligt sætter dem i munden tre gange om dagen. "Du får en løbende input af mikrober fra dit miljø - mikrober, du spiser på mad selv, " siger Knight, som leder af Center for Microbiome Innovation ved University of California i San Diego.
Et af mysterierne fra det amerikanske mageprojekt var, hvorfor to personer, der hævdede at følge den samme kost, kunne have så forskellige samfund af tarmmikrober. Til undersøgelsen rapporterede frivillige selv deres kost, med langt de fleste efter altædende diæter, og mindre end 3 procent identificerede sig hver som "vegetarisk" eller "vegansk." Da forskere knuste antallet, fandt de imidlertid ingen synlige sammenhænge mellem tarmsamfund og dem med tilsyneladende lignende diæter.
”Diætkategorier var helt ubrugelige og korrelerede ikke overhovedet med mikrobiomsamfundene, ” siger Knight.
Med andre ord, bakterierne i bæsj fortæller en anden diæthistorie end de mennesker, der fremstiller denne bæsj. ”Du kan være en veganer, der for det meste spiser grønnkål, eller du kan være en veganer, der mest spiser pommes frites, ” forklarer Knight. ”Det har helt forskellige konsekvenser for dit mikrobiome.” Enhver kan hævde at være en dyrehård tilhænger af Paleo-dieten, ser det ud til, men dataene antydede, at mikrobiomet husker alle disse midnat-isovertrædelser.
Knight indså, at resultaterne af det amerikanske mageprojekt manglede noget afgørende: Et dybere dyb ned i den mad, vi spiser. Udfyldning af dette hul ville betyde, at man analyserer al den mad, der går ind, og se, hvordan den korrelerede med mønstrene i det, der kommer ud. Men mens indsamling af bæsj på en eller anden måde var ligetil - hver person "indsender en prøve" på samme måde - at samle alle de mange fødevarer, folk spiser, ville være meget mere ambitiøst.
Hver gang du indtager, ændrer du det indre landskab i dig. Fordi hovedparten af bakterier i mikrobiomet lever i tarmen, når vi foder os selv, fodrer vi dem også. Kemien i det, vi spiser, hvad enten det er frites eller grønnkål, ændrer tarmenes kemiske landskab, hvilket gør det mere hyggeligt for nogle og mindre gæstfri for andre.
Det bliver livligere. Fordi mikrober er overalt - på bordet, i luften, på overfladen af den muffin, du udeladte på disken - tilføjer du også nye mikrober til blandingen. Nogle slentre gennem din krop som høflige turister. Andre holder sig rundt og interagerer med de lokale. Hver bid har potentialet til at ændre mikrobiomet og derefter menneskers sundhed. Men forskere har endnu ikke fundet ud af, hvordan.
Det skyldes, at vi indtil nu ikke havde platformen til at gå i gang med den enorme bestræbelse på at indsamle og analysere fødevareprøver fra hele verden. Takket være det amerikanske tarmprojekt starter Knight og hans team ikke fra bunden. Til at begynde med planlægger forskerne at indsamle 1.000 prøver fra hver mursten i den velkendte madpyramide, og derefter åbner de det for offentligheden at indsende de mad, de er nysgerrige efter.
Sammen med Knight ledes mad-mikrobiomprojektet af mikrobiologer Rachel Dutton, der bruger ost som et model-system til at forstå mikrobielle samfund og gæring, og Pieter Dorrestein, der studerer kemi for biologiske interaktioner mellem mikrober, begge ved Center for Mikrobiom Innovation . De sigter mod at lancere dette crowd-sourced-initiativ inden årets udgang.
”Vi ved om kaloritælling og forskellige fødevaregrupper, men hele verdenen af molekyler og mikrober i vores mad er en sort kasse, ” siger Julia Gauglitz, en post-doktorgradsforsker i centrum, der vil lede projektet. Som det gamle ordsprog siger, ”vi er hvad vi spiser, ” siger hun. Og alligevel, når du kommer ned på det mikroskopiske niveau, "ved vi meget lidt om, hvad vi spiser."
De andre "black box" -forskere, der ønsker at undersøge, er madens kemiske sammensætning. Det viser sig, at der er meget mere end hvad der er anført på ernæringsfakta-mærket: Med konventionelle teknikker kan kun fedt, sukker og vitaminer måles, ”men det er kun en lille brøkdel af den samlede vægt af mad, ” siger Dorrestein. Vi kunne se på nye antioxidanter, kræftbekæmpende forbindelser eller endda uheldige antibiotika.
Ved at bruge massespektrometre - dybest set fancy skalaer, der er præcise nok til at veje individuelle molekyler - kan Dorrestein udlede den kemiske sammensætning af mad på et niveau, der aldrig før er opnået. Når madprøverne rulles ind, venter Gauglitz i laboratoriet. Hun vil tage, sige, en granola bar, udtrække alt det genetiske materiale fra de mikrober, der koloniserer det, og derefter bruge DNA-sekventering for at finde ud af critters identitet.
Hun vil derefter køre en bid af den granola bar gennem massespektrometeret for at drille fra hinanden hvert eneste molekyle, det er lavet af. I sidste ende får hun tilbage med en meget, meget detaljeret granola bar opskrift. Disse molekyler udgør landskabet, hvor madmikrober bor, og påvirker sandsynligvis, hvem der er, og hvad de gør.
Jeg spurgte Gauglitz, hvordan hun vil skelne mellem den kemiske sammensætning af mikroberne, der lever på granola-stangen og kemikalierne, der er fremstillet af mikroberne. ”Jeg ville ændre din tænkning lidt, ” siger Gauglitz, hvor hendes stemme vokser filosofisk. ”Hvad der i sig selv findes i granolabaren er også mikrobielle metabolitter.” Sagt på en anden måde, granolabaren er mikroberne.
Alt, hvad vi spiser, er det kumulative produkt fra kemi og mikrober i jorden, hvor den blev dyrket, fabrikken, hvor den blev forarbejdet, og hvad du end rørte lige før du spiste det. Hvorfor er det vigtigt? I sidste ende håber teamet, at afmystificering af mikrobielle mønstre i vores mad vil hjælpe os med bedre at konstruere vores kost til at forbedre vores helbred og afværge sygdom.
Knight trækker en historisk parallel til opdagelsen af essentielle næringsstoffer. I det sidste århundrede regnede forskere ud med, at industrielt forarbejdede fødevarer var blevet udtømt næringsstof. Ved kunstigt at tilføje vitaminer og mineraler tilbage i, blev mangelsygdomme som raketer og beriberi stort set elimineret fra den vestlige verden. Tilsvarende kunne forståelse af de sundhedsmæssige virkninger af mikrobiomet give os mulighed for at konstruere de manglende mikrober tilbage i vores måltider.
”Det er ret sandsynligt, at vores moderne livsstil fratager en hel masse levende mikrober, som vi har brug for for at bevare sundheden, ” siger Knight. ”At få en forståelse af det kunne være lige så vigtigt som forståelsen af, at C-vitamin er nødvendigt, og at sikre, at alle fik nok af det.”
Holdet har allerede valgt 1.000 fødevarer til deres første undersøgelse, inklusive hæfteklammer som brød og ost. ”Vi vil inkludere rå mad ingredienser, enhver form for frugt eller grøntsag, kød, snacks, babymad, ” siger Gauglitz. Men de vil også sammenligne mikrobielle samfund i fødevarer, der er produceret ved økologisk og konventionelt landbrug, samt se dybere på produkter, der er afhængige af mikrobiel gæring, som kaffe, chokolade og pølse.
Projektet kunne også løse nogle af de medicinske mysterier rejst af den tidligere mikrobiomforskning. For eksempel blev nogle af testene i American Gut Project sigtet gennem hver fækalprøve for spormængder af antibiotika. Underligt nok af de mennesker, der havde påviselige antibiotika i deres prøver, havde næsten halvdelen af dem rapporteret at de ikke havde haft nogen antibiotika i det forløbne år.
Dorrestein mener, at dette er brugte antibiotika, vi optager fra den mad, vi spiser, tilsætningsstoffer eller ting, der er tilbage fra husdyrfoder. Dette er foruroligende, fordi deres tilstedeværelse kan føre til spredte antibiotikaresistente bakterier. Ved at drille fra hinanden kemi for hver prøve, vil teamet være i stand til at finde ud af, om han har ret, og begynde at finde ud af, hvad disse resterende medicin kan gøre for vores tarme.
Værdsættelsen af mikrobiometes styrke vokser, delvis takket være initiativer som det amerikanske Gut-projekt og bøger som Ed Yongs I Contain Multitudes . Der er endda et spirende felt dedikeret til mikrobiomet i det byggede miljø, og hvordan vores mikroskopiske værelseskammerater, der bor i luften og på livløse genstande interagerer med os. Mennesker er ikke unikke i denne henseende; undersøgelser af mikrobiome i critters fra korallrev til honningbier viser, at enhver organisms helbred er tæt knyttet til de mikrober, der kalder det hjem.
Som et resultat begynder mikrober at vende deres omdømme. De er ikke længere kun truede i en kimaverse kultur. I løbet af det seneste årti anerkendte "ernæringseksperter betydningen af tarmsundhed og menneskers sundhed for at have sunde mikrober i vores store og tyndtarm, " siger Helena Pachón, en senior ernæringsforsker ved Emory University, som ikke er involveret i mikrobiom-projektet til fødevarer.
Pachón påpeger, at de historiske mangelsygdomme, som Knight henviser til, i dag er blevet overgået af plagene i det 21. århundrede som fedme, diabetes og hjertesygdomme. ”Der er et udtryk, der kaldes 'klodsdom', " siger Pachón. ”Potentialet for at mikrober kan have noget at gøre med dette er helt uudforsket, og det kan være, at de er meget beslægtede.”
Knight er enig. ”Det ville være forbløffende at finde en vej gennem mad for at eliminere dem på samme måde som de kroniske sygdomme for et århundrede siden har været, ” siger han. For at gøre det, "har vi brug for hjælp fra tusinder af mennesker til at samle det hele sammen."
