เครดิตภาพ: Flickr

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเจ้าภาพอดอาหารที่อาศัยอยู่ในจุลินทรีย์ของพวกมันโดยบังคับให้จุลินทรีย์ในลำไส้ของเราทำการเสนอราคา

เราแต่ละคนเป็นเพียงครึ่งมนุษย์ อีกครึ่งหนึ่งเป็นจุลินทรีย์ ไวรัส เชื้อรา แบคทีเรีย และสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอื่นๆ นับล้านล้านที่ปกคลุมผิวหนังของเราและเรียงตามอวัยวะสำคัญของเรา เราพึ่งพาชุมชนจุลินทรีย์เหล่านี้ในการย่อยอาหาร สังเคราะห์วิตามิน เสริมภูมิคุ้มกัน และแม้กระทั่งรักษาสุขภาพจิต

ผลการวิจัยใหม่ระบุว่าการรับประทานอาหารสมัยใหม่และการใช้ยาปฏิชีวนะมากเกินไปอาจบ่อนทำลายตำแหน่งของเราในฐานะเจ้านายที่มีเมตตา ทำให้เกิดโอกาสต่อจุลินทรีย์

สวรรค์แห่งสารอาหาร

Lawrence A. David ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านอณูพันธุศาสตร์และจุลชีววิทยาของ Duke University School of Medicine กล่าวว่า "ดูเหมือนว่าจะมีลำดับการจิกตามธรรมชาติสำหรับแบคทีเรียและเรา “ไม่น่าแปลกใจเลยที่เราซึ่งเป็นเจ้าบ้านควรถือไพ่มากกว่านี้”

ต่อกรัม มีแบคทีเรียอยู่ในลำไส้มากกว่าระบบนิเวศอื่นๆ ในโลก

กระนั้น เดวิดกล่าวว่ามุมมองทั่วไปของไมโครไบโอมในลำไส้โดยเฉพาะอย่างยิ่งนั้นเป็นสวรรค์ที่อุดมด้วยสารอาหาร “ซึ่งมีอาหารและทรัพยากรมากมายหลั่งไหลเข้ามา เช่น โรงงานช็อกโกแลตของวิลลี่ วองก้า” ต่อกรัม มีแบคทีเรียอยู่ในลำไส้มากกว่าระบบนิเวศอื่นๆ ในโลก

โดยรวมแล้วจุลินทรีย์ในลำไส้เหล่านี้มีน้ำหนักประมาณสามปอนด์ในมนุษย์ เท่ากับตับหรือสมอง ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนจะเชื่อว่าจุลินทรีย์เหล่านี้มีอยู่มากมายเพราะลำไส้มีสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นเป็นพิเศษ

แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยบางคนได้ตั้งคำถามกับทฤษฎีนั้น รวมทั้ง Aspen Reese ผู้สมัครระดับปริญญาเอกในห้องทดลองของ David ซึ่งเพิ่งย้ายไปเป็นผู้ตรวจสอบหลักของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด

ขี้ทุกชนิด

ในฐานะนักนิเวศวิทยาที่ได้รับการฝึกฝน รีสเข้าใจว่าระบบนิเวศอื่น ๆ ในโลกนี้มีสมาชิกที่แข่งขันกันเพื่อทรัพยากร ทำไมลำไส้ถึงแตกต่างกัน? สารอาหารเช่นไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสมักจำกัดแบคทีเรียในลำธารหรือทะเลสาบ รีสสงสัยว่าไนโตรเจนเป็นทรัพยากรที่มีจำกัดในลำไส้เช่นกันหรือไม่

เธอตัดสินใจวัดระดับไนโตรเจนในไมโครไบโอมในลำไส้ เนื่องจากจุลินทรีย์ในลำไส้อาศัยอยู่ในอุจจาระ นั่นหมายถึงการเก็บตัวอย่างอุจจาระ ด้วยความช่วยเหลือจากเพื่อนร่วมงาน โดยเฉพาะ Rob Pringle จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน Reese สามารถจัดหาอุจจาระจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมากกว่า 30 ชนิด รวมทั้งม้าลายป่า ยีราฟ และช้างจากเคนยา แกะ วัวควาย และม้าจากนิวเจอร์ซีย์; และมนุษย์จากนอร์ทแคโรไลนา

เธอบดตัวอย่างและนับจำนวนอะตอมของไนโตรเจนและคาร์บอนที่จุลินทรีย์มีอยู่

“แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด แค่พยายามจะผ่านเข้าไป และมีเพียงอาหารให้ไปอยู่รอบๆ เท่านั้น”

Reese พบว่าจุลินทรีย์ในลำไส้ของมนุษย์เข้าถึงอะตอมไนโตรเจนได้โดยเฉลี่ยเพียง XNUMX อะตอมต่อคาร์บอนทุกๆ XNUMX อะตอม ในขณะที่จุลินทรีย์ที่มีชีวิตอิสระส่วนใหญ่ชอบอาหารที่ประกอบด้วยไนโตรเจน XNUMX ตัวต่อทุกๆ XNUMX คาร์บอน

เพื่อตรวจสอบว่าระดับไนโตรเจนสามารถรักษาไมโครไบโอมได้จริง รีสยังได้ให้อาหารหนูที่อุดมด้วยโปรตีน ซึ่งตามธรรมชาติแล้วจะมีไนโตรเจนอยู่มาก เมื่อเธอเพิ่มปริมาณโปรตีน จำนวนแบคทีเรียในลำไส้ของหนูก็เพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่า

แค่พยายามจะผ่านไป

ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเธอฉีดไนโตรเจนเข้าไปในกระแสเลือดของหนู ไนโตรเจนบางส่วนนั้นไปสิ้นสุดในแบคทีเรียในลำไส้ บ่งบอกว่าโฮสต์สามารถหลั่งไนโตรเจนผ่านเซลล์ที่อยู่ภายในลำไส้เพื่อช่วยจุลินทรีย์จากความอดอยาก ผลการวิจัยปรากฏใน จุลชีววิทยาธรรมชาติ.

"ผลการวิจัยของเราสนับสนุนแนวคิดที่ว่าเราได้พัฒนาวิธีควบคุมแบคทีเรียของเราโดยปล่อยให้พวกมันหิวโหยหาไนโตรเจน" เดวิดกล่าว "นอกจากนี้ยังอธิบายว่าทำไมอาหารตะวันตกอาจไม่ดีสำหรับเรา เมื่อผู้คนกินโปรตีนมากเกินไป มันจะท่วมความสามารถของโฮสต์ในการรับไนโตรเจนนั้นในลำไส้เล็ก และอีกมากก็จบลงด้วยการไปถึงลำไส้ใหญ่ ขจัดความสามารถในการควบคุมชุมชนจุลินทรีย์ของเรา”

สถานการณ์นี้คล้ายคลึงกับสิ่งที่นักนิเวศวิทยาเรียกว่ายูโทรฟิเคชัน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อปุ๋ยไหลลงสู่บ่อน้ำหรือทะเลสาบ การเพิ่มความเข้มข้นของไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสในน้ำ และกระตุ้นการเจริญเติบโตของสาหร่ายหรือบุปผาสาหร่ายที่มากเกินไป

“มันอาจจะง่ายกว่าที่จะจินตนาการว่าลำไส้มี 'ฟันและกรงเล็บสีแดง' น้อยกว่าส่วนอื่น ๆ ของธรรมชาติ เพราะจุลินทรีย์สามารถเป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ได้มาก” รีสซึ่งเป็นรุ่นน้องใน Harvard Society of Fellows กล่าว . “แต่แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่แยกจากกัน พยายามจะผ่านเข้าไป—และมีเพียงอาหารมากมายให้อยู่รอบๆ ตัว”

หมายเลขที่ถูกต้องคืออะไร?

หากทฤษฎีถือได้ว่าโฮสต์ของมนุษย์สูญเสียการควบคุมจุลินทรีย์ของเรา อาจดูเหมือนว่าการใช้ยาปฏิชีวนะเพื่อกำจัดจุลินทรีย์ทั้งหมดจะเป็นวิธีที่ดีในการแสดงให้พวกเขาเห็นว่าใครเป็นเจ้านาย แต่การศึกษาอีกชิ้นของรีสและเดวิดระบุว่ากลวิธีนั้นไม่เหมาะ

ทีมวิจัยได้ให้ยาปฏิชีวนะในช่องปากเป็นเวลา 10 วันแก่หนู XNUMX ตัวและวิเคราะห์ตัวอย่างอุจจาระทุกวัน ผลการวิจัยของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในเดือนมิถุนายนที่ eLifeแสดงให้เห็นว่าแหล่งพลังงานของจุลินทรีย์จำนวนมากพึ่งพา—เช่น สารเคมีไนเตรตหรือซัลเฟต—เริ่มสะสมเมื่อจุลินทรีย์หมดลง

“เราไม่รู้จริงๆ ว่าจำนวนแบคทีเรียที่ 'ถูกต้อง' ควรมีในลำไส้เป็นอย่างไร แน่นอนว่าศูนย์น้อยเกินไป และการเต็มไปด้วยแบคทีเรียเพียงอย่างเดียวก็มากเกินไป”

หลังจากจบหลักสูตรการใช้ยาปฏิชีวนะได้ไม่นาน สภาพแวดล้อมทางเคมีในลำไส้ของหนูก็กลับสู่สภาพที่เป็นอยู่ และจุลินทรีย์ก็เริ่มเติบโตอีกครั้ง

Reese กล่าวว่า "เราไม่เข้าใจจริงๆ ว่าจำนวนแบคทีเรียที่ 'ถูกต้อง' ควรมีในลำไส้เป็นอย่างไร “แน่นอนว่าศูนย์น้อยเกินไป และการเต็มไปด้วยแบคทีเรียเพียงอย่างเดียวก็มากเกินไป”

เดวิดกล่าวเสริมว่าแบคทีเรียในลำไส้มากกว่าพันสายพันธุ์ที่ยาปฏิชีวนะหมดไปจะไม่กลับมาอีก ในการทดลอง ทีมของเขาพบว่าวิธีเดียวที่จุลินทรีย์เหล่านี้สามารถหาทางกลับเข้าไปในท้องของหนูได้คือการปล่อยให้หนูทำในสิ่งที่ปกติทำ ซึ่งก็คือการกินอุจจาระของกันและกัน “ผู้คนคงไม่อยากทำอย่างนั้น” เขากล่าว

การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าหลังจากการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะ ไมโครไบโอมของผู้คนสามารถเปลี่ยนแปลงได้เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี การเปลี่ยนแปลงนั้นสามารถสร้างแหล่งเพาะพันธุ์ที่ดีสำหรับเชื้อโรคได้

“โดยปกติ เชื้อโรคจะมีปัญหาในการตั้งรกรากในลำไส้” เดวิดกล่าว “มีแบคทีเรียอื่นๆ อีกเป็นล้านล้านที่ต้องเอาชนะเพื่อเอาชีวิตรอด แต่ถ้าจู่ๆ เราก็ล้มการแข่งขันด้านจุลินทรีย์เพื่อทรัพยากร เราก็สูญเสียการควบคุม และแบคทีเรียร้ายที่ก่อให้เกิดโรคร้ายอย่าง C. difficile อาการลำไส้ใหญ่บวมมีเส้นทางที่ชัดเจนกว่า”

เดวิดและทีมของเขากำลังตรวจสอบว่าการเลือกอาหารของเรา ซึ่งรวมถึงพรีไบโอติกและโปรไบโอติก สามารถรักษาความสัมพันธ์ของเรากับไมโครไบโอมของเรา และท้ายที่สุดก็คือสุขภาพของเรา

"ในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ ร่างกายของเรามีโอกาสที่จะคิดออกทั้งหมด และสร้างระบบเพื่อควบคุมจุลินทรีย์" รีสกล่าว “แต่ในฐานะนักวิจัยที่อาศัยอยู่ในยุคสมัยใหม่ ฉันคิดว่าเรายังคงพยายามที่จะจัดการกับสิ่งที่อยู่ระหว่างคุณค่าที่เหมาะสม และวิธีที่จะทำให้เราอยู่ที่นั่น”

มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ มูลนิธิฮาร์ตเวลล์ มูลนิธิอัลเฟรด พี. สโลน โครงการนักวิชาการเซียร์ สภาวิจัยแห่งยุโรป และกองทุนวิทยาศาสตร์แห่งออสเตรีย สนับสนุนงานนี้

ที่มา: มหาวิทยาลัยดุ๊ก

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน