021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

چگونه میکروب‌ها ما را آنچه که هستیم، می‌سازند

Rob Knight

How our microbes make us who we are

Rob Knight is a pioneer in studying human microbes, the community of tiny single-cell organisms living inside our bodies that have a huge — and largely unexplored — role in our health. “The three pounds of microbes that you carry around with you might be more important than every single gene you carry around in your genome,” he says. Find out why.


تگ های مرتبط :

TED Books, Biology, Health
ما انسانها همواره نگران سلامت‌ بدن‌مان بوده ایم، اما هرگز به این اندازه برایمان قابل تشخیص نبود چه چیزی مهم هست. برای مثال، مصر باستان را درنظر بگیرید که در مورد اجزایی از بدن که پس از مرگ نیاز داشتند بسیار نگران بودند، اما بخش دیگر را دور می‌ریختند. برای مثال، این بخش گرچه با دقت شکم و ریه ها، کبد و سایر بخش ها را حفاظت می کردند، آما آنها مغز را تا بینی پاک می کردند، و بیرون می ریختند، که منطقی به نظر می رسد، واقعا، زیرا مغز برای ما چکار می کند؟ اما تصور کنید اگر اندامی نادیده گرفته شده ای در بدن
که وزنی به اندازه وزن مغز دارد و به عنوان اینکه شما چه کسی هستید، به شکلی مهم بود، اما ما درباره آن خیلی کم می‌دانستیم وبا آن بی توجهی می کردیم. و تصور کنید اگر، از طریق پیشرفت‌های علمی جدید ما تازه در ابتدای شناخت اهمیت این اندام برای آنچه که ما درباره خودمان فکر می کنیم. آیا نمی‌خواهید درباره این بیشتر بدانید؟ خُب، ما چیزی شبیه این داریم: روده‌های ما، یا بهتر بگویم، میکروب‌های آن. اما میکروب‌ها در دستگاه گوارش ما نیستند که مهم اند. بلکه معلوم شده که میکروب‌ها طیف وسیعی از تفاوت‌های واقعا مهمی را در بدن ما ایجاد می‌کنند
که ما را آنچه که هستیم می‌سازد. برای مثال، آیا هرگز متوجه شدید که چرا برخی از افراد را پشه‌ها بیشتر از بقیه نیش می‌زنند؟ به نظر می رسد که حدیث هر شخصی از تجربه‌ی اردو زدن در واقع درسته. برای مثال، به ندرت مرا پشه نیش می‌زند، اما همسرم آماندا آنها را گله‌ای جذب می‌کنه، و دلیل آن بخاطر میکروب‌های متفاوتی است که بر روی پوستمان داریم و مواد شیمیایی متفاوتی را تولید می‌کنند که پشه ها تشخیص میدهند. خُب، میکروب‌ها در حوزه درمانی بسیار اهمیت دارند. خُب، برای مثال، میکروبی که شما در روده‌ه تان دارید تعیین می‌کند که چه مُسکن‌هایی برای کبد شما سمی است. همچنین تعیین می‌کند که آیا داروها برای قلب شما موثر است یا خیر.
حداقل اگر شما مگس میوه باشید، میکروب‌ها تعیین می‌کنند که شما می‌خواهید با چه کسی رابطه جنسی داشته باشید. ما هنوز این را روی انسان نشان ندادیم اما شاید یک وقتی این را بفهمیم.( خنده تماشاگران) خُب میکروب‌ها طیف گسترده ای در کارکرد بدن دارند آنها به ما کمک می‌کند تا غذایمان را هضم کنیم. کمک به آموزش سیستم ایمنی بدنی ما می‌کنند کمک می‌کنند تا در مقابل بیماری مقاوم باشیم، و شاید تاثیر در رفتار ما نیز داشته باشند. خُب نقشه ارتباط این میکروب‌ها چگونه است؟ خب دقیقا شبیه این نیست، اما راهنمای خوبی برای درک تنوع بیولوژیکی است. مناطق مختلف جهان دورنمای ترکیب موجودات زنده متفاوتی دارند
که بلافاصله یک مکان را از مکان دیگر و جدا می کنند. با میکروب شناسی، تقریبا مشابه این است، اگر چه من باید با شما صادق باشم: تمامی میکروب‌ها زیر یک میکروسکوپ مثل هم هستند. به جای اینکه بخواهیم آنها را بشکل بصری شناسایی کنیم، آنچه که ما انجام می‌دهیم به ترتیب دی ای ان آنها را نگاه می‌کنیم، و در پروژه ای به نام میکروبیوم انسانی، موسسه ملی بهداشت (NIH) مبلغ ۱۷۳ میلیون دلار سرمایه گذاری کرد تا صدها محقق کنار هم جمع شده تا از الفبای مولکولی دی ان ای بصورت A،T،G،C و همه این میکروب‌ها درون بدن انسان‌ نقشه برداری کند. هنگمی که ما اینها را کنار هم می‌گذاریم، آنها این شکلی می‌شوند.
این کمی مشکل‌تراست که به شما بگوید که چه کسی در کجا اکنون زندگی می‌کند، اینطور نیست؟ کاری که ازمایشگاه من می‌کند ایجاد تکنیک‌های محاسباتی است که به ما اجازه می‌دهد تا همه این ترابایت( واحد اندازه گیری) داده‌های پیاپی را تبدیل به چیزی کنیم که کمی قابل استفاده تر از یک نقشه شود. سپس هنگامی ما اینکار را با داده‌های مربوط به میکروب های۲۵۰ نفر انسان سالم داوطلب انجام دادیم، به این شکل درآمد. هر نقطه در اینجا نماینده تمامی میکروب‌های پیچیده در تمامی این جامعه میکروبی می‌باشد. می بینید، به شما گفتم اساس آنها مشابه همدیگربه نظر میرسند. پس آنچه که ما به آن نگاه می کنیم در هرنقطه نمایندگی یک جامعه میکروبی
از یک بدن یک داوطلب سالم هست. و می‌ توانید ببینید که بخش های مختلف این نقشه رنگ‌های مختلفی دارند، تقریبا شبیه به قاره‌های جداگانه. آنچه مشخص شد این بود که در هر منطقه از بدن، میکروب‌های مختلفی را داراست. پس آنچه که ما داریم این است که جامعه میکروب‌های دهانی به رنگ سبز در این بالاست. در سمت دیگر ما جامعه میکروبی پوستی را به رنگ آبی داریم، و جامعه درون مجرای رحم- واژن را بنفش، و سپس در سمت چپ پائین میکروب‌های درون شکم را به رنگ قهوه‌ای داریم. ما تنها در چند سال گذشته فهمیدیم که میکروب‌های بخش‌های مختلف بدن بطور شگفت‌اوری با یکدیگر متفاوت هستند.
پس اگر من تنها به میکروب‌های بدن یک نفر در دهانش و یا روده هایش نگاه کنم، معلوم می‌شود که تفاوت‌های بین این دو جامعه میکروبی بسیار بزرگ است. این بزرگتر از تفاوت بین میکروب‌ها دراین صخره‌ واین دشت‌ است. خُب هنگامی که به این فکر می‌کنید باورنکردنی‌ست. این بدان معناست که چند سانتیمتر تفاوت در بدن انسان تفاوت میکروبی بیشتری در اکولوژی میکروبی دارد تا صدها کیلومتر آنطرف‌تر بر روی زمین. حتی این نمی‌گوید که دو نفر اساسا زیستگاه میکروبی یکسانی در بدن دارند. شاید احتمالا شنیده باشید
که ما از لحاظ دی ان ای با هم بسیار مشابه هستیم. شما ۹۹/۹۹ درصد دی ان ای مشابه با فردی که کنار شما نشسته دارید. اما در مورد میکروب‌های درون روده شما این درست نیست: شاید تنها ۱۰ درصد مشابهت با فردی که کنار شما نشسته میکروب مشترک در روده‌هایتان داشته باشید. بنابراین تفاوت زیاد باکتری‌ها در مناطق چمن‌زار با مناطق جنگلی وجود دارد. این تفاوت میکروبی همه این نوع تفاوت در عملکردی که درموردشان به شما گفتم را دارا هستند، برای هضم هر نوع غذا تا بیماری‌های مختلف، سوخت و ساز دارویی بدن، و غیره.
خب آنها چگونه همه این کارها را می‌کنند؟ خُب، بخشی بخاطر اینکه گرچه روده‌های ما ۱/۵ کیلوگرم وزن دارند، اما آنها واقعا بر ما توفیق دارند. چقدر بر ما توفیق دارند؟ خُب، این بسته به این است که چگونه بدن را تعریف کنیید. آیا بدن ما سلول‌های ما هستند؟ هر یک از ما از ۱۰ تریلیون سلول انسانی تشکیل شدیم، اما پناه‌گاه ۱۰۰ تریلیون میکروب سلول هستیم. آنها به نسبت ۱ به ده بر ما توفیق دارند. حالا، شاید فکر کنید، خُب، ما به خاطر دی ان ای مان انسان هستیم، اما معلوم شده که هریک از ما حدود ۲۰٫۰۰۰ ژن داریم، که بستگی به این دارد که شما چه چیزی را دقیقا می‌شمارید،
اما خیلی بیشتر از دو تا ۲۰ میلیون ژن میکروبی داریم. پس، از هر راهی که به آن نگاه کنیم، بطور گسترده ای تعداد ما کمتر از آنهاست و آنها بر ما توسط همزیستهای میکروبی توفیق دارند. و معلوم شد که علاوه برآثار دی ان ای انسانی ما آثار دی ان ای میکروب‌ها بر هر چیزی که ما لمس می کنیم دیده می‌شود. چند سال پیش در یک مطالعه نشان دادیم که در واقع شما می‌توانید کف دست افراد را بر روی ماوسی که بطور مرتب از آن استفاده می کنید با دقت ۹۵ درصد مطابقت دهید. خُب این در یک گزارش علمی چند سال پیش منتشر شد، اما مهمتر آنکه، این در سریال تلویزیونی CSI: Miami آمد خُب حالا شما می‌دانید که این واقعا درسته.
( خنده تماشاگران) خُب اولین میکروب‌های ما از کجا می‌ایند؟ خُب، اگر شما هم مثل من سگ یا بچه داشته باشید، احتمالا کمی در مورد اینها سوء ظن تاریکی دارید، اتفاقا، همه اینها درست هستند. خُب درست مثل اینکه ما می‌توانیم تجهیزات کامپیوتر شما را با میکروب‌هایی که شما به اشتراک می‌گذارید مطابقت دهیم، همچنین می‌توانیم شما را با سگ‌تان مطابقت دهیم. اما معلوم شده که در بزرگسالان، جامعه میکروبی تقریبا پایدار هستند، بنابراین حتی اگر شما با یک نفر با هم زندگی کنید، شما در هویت میکروبی خودتان طی هفته ها، ماه ها و حتی سال‌ها باقی می‌مانید.
مشخص شد اولین جامعه میکروبی شما بستگی به اینکه ما چگونه بدنیا آمدیم دارد. پس نوزادانی که به روش طبیعی به دنیا می‌ایند، تمامی میکروب‌هایشان اساسا شبیه جامعه میکروب های واژن (مادر) هستند، بر خلاف کودکانی مه به روش سزارین به دنیا می ایند، تمامی میکروب‌های دورنی آنها مانند میکروب‌های پوستی هستند. و شاید مرتبط با برخی تفاوت‌ها با سلامت نوزادانی که با سزارین به دنیا آمدند داشته باشد، مانند آسم بیشتر، آلرژی بیشتر، حتی چاقی مفرط بیشتر که همه اینها مرتبط با میکروب‌ها هستند، و هنگامی درباره این فکر می‌کنید، تا همین اواخر هر پستاندار زنده ای از طریق مجرای طبیعی به دنیا می آمدند،
و عدم وجود میکروب‌های محافظت کننده که با ما تکامل یافته اند ممکن است که واقعا برای بسیاری از شرایط مختلف که ما میدانیم درگیر با میکروبیوم هستند مهم باشند. هنگامی دختر خودم چند سال پیش در شرایط اضطراری با سزارین به دنیا آمد، ما با دست خودمان پوششی از میکروب‌های واژن ( مادرش) روی پوست او دادیم که او بطور طبیعی می بایستی می‌گرفت. این بسیار مشکل است که بگویم ایا این بطور خاص تاثیر بر سلامت او دارد یا نه، درسته؟ با یک اندازه کوچک برای یک کودک، مهم نیست که چقدر او را دوست داشته باشید، شما واقعا اطلاعات کافی در اختیار نداری
که بفهمی که در بزرگ سالی اوچه اتفاقی می افتد، اما برای یک کودک دوساله، او هرگزعفونت گوش نداشته، ما امیدواریم که این ادامه یابد. بیشتر آنکه، ما شروع به آزمایشات بالینی بر روی کودکان بیشتری انجام دادن تا بفهمیم که آیا این در کل تاثیر حفاظتی دارد یا نه. پس چگونگی به دنیا ما دارای اثر فوق العاده ای از اینکه میکروب‌های اولیه ما چه هستند دارد، اما بعد از چگونه ادامه خواهیم داد؟ آنچه می‌خواهم به شما نشان دهم یک نقشه دیگر است از داده‌های پروژه میکروب‌های انسانی‌ است، هر نقطه مُعرف یک نمونه از درون بدن ۲۵۰ نفر بزرگسال سالم هست. و شما رشد و نمو کودکان را بطور فیزیکی دیده‌اید.
شما رشد فکر آنها را نیز دیده‌اید. برای اولین بار، ما قصد داریم رشد میکروبی فرزند یکی از همکارانم ببینیم. خُب آنچه که می‌خواهیم نشان تان دهم که جامعه میکروبی مدفوعی یک نوزاد که معرف میکروب‌های روده می‌باشند، برای مدت دو سال و نیم هر هفته نمونه برداری کنیم. ما از روز اول تولد شروع می کنیم. آنچه که اتفاق خواهد افتاد این است که این نوزاد از نقطه زرد رنگ شروع خواهد کرد، و شما می‌توانید ببینید که او از جامعه میکروبی داخل واژن شروع می‌کند، ما انتظار داریم در شرایط تولد او آنها را از ( واژن مادر) دریافت کند. آنچه که در این دو سال و نیم صورت خواهد گرفت
این است که او در تمامی این مسیر حرکت می‌کند و به جامعه میکروبی مدفوع بزرگسالان داوطلب سالم را دراین پایین برسد. خُب من میخواهم این را شروع کنم بگذارید ببینیم چه اتفاقی می‌افتد. چیزی را که می‌بینید، به خاطر داشته باشید که هر نقطه فقط یک هفته هست، چیزی را که می بینید هفته به هفته هست، و تغییر در جامعه میکروبی از مدفوع یک کودک است، تفاوت هفته به هفته در کودک خیلی بزرگتر است تا یک فرد بزرگسال سالم در پروژه گروهی میکروب‌های انسانی، که نقطه های قهوه‌ای رنگ در پائین هستند. می‌توانید ببینید او شروع به رسیدن به جامعه بزرگسالان کرده است. این تا دوسالگی انجام خواهد شد.
اما چیز شگفت‌آوری اینجا اتفاق می‌افتد. او برای عفونت گوشی در اینجا انتی‌بیوتیک می خورد. چیزی که می بینید تغییر بسیار بزرگی در جامعه میکروبی است، که با به دلیل بهبود سریع بوجود آمده. من این را به عقب بر می‌گردانم. چیزی که می‌توانیم این است که تنها در این چند هفته، ما تغییرات اساسی زیادی داشتیم و رکورد رشد طبیعی را شکسته است، که به دنبال بهبود نسبتا سریع بدست آمده، و در زمانی که او ۸۳۸ روز را تمام می‌کند، که آخر ویديو هست. می‌توانید ببینید که او اساسا به جامعه میکروبی مدفوع بزرگسالان می رسد، علی رغم مداخله آنتی بیوتیک.
خُب این خیلی شگفت‌اور هست چونکه پرسش‌های اساسی را درباره اینکه چه اتفاقی می افتد هنگامی که ما در سنین مختلف کودک مداخله( آنتی‌بیوتیکی) می کنیم. خُب آیا آنچه که ما در ابتدا انجام دادیم، که میکروبیوم به سرعت در حال تغییر هستند، موضوع مهمی هستند، یا اینکه مثل پرتاب یک سنگ به دریای طوفانی می‌ماند، که در میان امواج گم می شود؟ بسیار خوب، بطور شگفت‌اوری، معلوم شد که اگر به کودکان‌تان آنتی بیوتیک در شش ماه اول زندگی بدهید، آنها احتمال بیشتری دارد که بعدا دچار چاقی بیش از حد شوند تا اگر به آنها آنتی بیوتیک داده نشود یا پس از آن داده شود، پس آنچه ما در ابتدا انجام می‌دهیم ممکن است اثرات بسیار عمیقی
روی جامعه میکروب‌های روده‌ای و سپس روی سلامتی فرد داشته باشد که ما در ابتدای فهم آن هستیم. این جالبه که علاوه بر اثراتی که آنتی بیوتیک‌ها بر باکترهای مقاوم به آنتی بیوتیک دارند، که بسیار مهم هم هستند، همچنین ممکن است که آنتی بیوتیک‌ها اکوسیستم میکروبی روده ما تیز تجریه کنند، و پس شاید یک روز به آنتی بیوتیک‌ها‌ را با همان وحشت نگاه کنیم که در حال حاضر به ابزار های فلزی که مصریان برای بیرون آوردن مغز قبل از دور ریختن آن استفاده می کردند برای مومیایی نگاه کنیم. گفتم که میکروب ها تمامی این عملکردهای مهم را دارا هستند، تنها در چند سال گذشته، آنها همچنین
با طیف گسترده‌ای از بیماریها مرتبط شده اند، از جمله بیماری التهابی روده، بیماری‌های قلبی، سرطان روده، و حتی بیماری چاقی. همانطور که مشخص هست بیماری چاقی مفرط اثر بزرگی بر زندگی ما دارد، و امروز، ما می‌توانیم با دفت ۹۰ درصد با دیدن میکروب‌های روده تان به شما بگویم که شما چاق هستید یا لاغر. گرچه ممکن است این خبر خیره کننده باشد، یکجورهایی به عنوان یک آزمون پزشکی کمی مشکل ساز هستند، زیرا شما می‌توانید بگوید که کدام یک از این افراد چاق هستند بدون اینکه میکروب‌های روده‌های آنها را ببینید، اما معلوم شده که اگر ما حتی تمامی ترتیب ژنومی
و تمامی در ای ان انسانی او را داشته باشیم، تنها با دقت ۶۰ درصد می‌توانیم پیش بینی کنیم کدامیک چاق است. شگفت‌اور نیست؟ بدین معنا که ۱/۵ کیلوگرم میکروب که با خودتان می کشید شاید برای سلامتی شما خیلی مهمتر از هر یک از ژنهای ژنوم شما باشد. و ما با موش می‌توانیم کارهای بیشتری را انجام دهیم. خُب در موش ارتباطی بین میکروب‌ها و تمامی شرایط( فیزیکی و روانی) وجود دارد، از جمله چیزهایی مانند اسکلروز چندگانه، افسردگی، اوتیسم، و دوباره، چاقی مفرط. اما چگونه می‌توانیم بگویم که این میکروب‌ها با عامل بیماری در ارتباط و یا اثر دارند؟ خُب، یک چیزی که ما می‌توانیم بکنیم این است که برخی از موش ها را بدون هیچ
میکروبی از خودشان در حباب بدون جرم بزرگ می‌کنیم. سپس می‌توانیم یک میکروب که فکر می‌کنیم که مهم هست را اضافه کنیم، می‌بینیم که چه اتفاقی می افتد. هنگامی که ما میکروب از موش های چاق می‌گیریم و به موش‌هایی که ز لحاظ ژنی نرمال هستند منتقل می‌کنیم که در جباب های بدون میکروب رشد کرده اند، موش چاق تر از موشی که از موش معمولی میکروب گرفته می‌شود. چرا این اتفاق می افتد، واقعا عجیب و شگفت اور است. گاهی اتفاقی که می‌افتد این است که این میکروب به هضم غدای بیشتر از همان برنامه غذایی کمک می کند، بنابراین آنها انرژی بیشتری از غذای خودشان می‌گیرند. اما گاهی میکروب ها تاثیر در رفتار آنها می‌گذارند.
کاری که آنها می‌کنند خوردن بیشتر از معمول است، پس آنها چاق می‌شوند اگر بگذاریم به اندازه ای که می‌خواهند بخورند. خب، این واقعا باورنکردنی است، درسته؟ مفهوم آن این است که میکروب‌ها می‌توانند بر رفتار پستانداران تاثیر بگذارند. خب شاید شما بخواهید بدانید که ایا می‌توانیم اینکار را برای همه گونه‌ها استفاده کنیم، و معلوم شد اگر میکروب‌ها را یک فرد چاق به موش که در فضای بدون جرم بزرگ شده انتقال دهیم، موش چاق‌تر می‌شود سپس اگر از یک موش لاغر دریافت کنند، اما می توانیم یک جامعه میکروبی طراحی کنیم تا به آنها منتقل می‌کنیم که مانع افزایش وزن‌شان شود. ما همچنین این کار را می‌توانیم برای سوء تغذیه نیز انجام دهیم.
بر ای پروژه‌ای که بنیاد گیتس آن را تامین مالی آن را می‌کند، آنچه که ما به دنبالش هستیم کودکانی در مالاوی هستند که دچار سوء تغذیه شدیدی هستند، و موش‌هایی که میکروب های کواشیورکور (سوء تغذیه بسیار شدید)به آنها منتقل شده اند و۳۰ درصد از وزن شان را تنها طی سه هفته از دست دادند، اما ما می‌توانیم سلامت شان را با استفاده از مقداری مواد غدایی کمکی کره بادام‌ زمینی برگردانیم که برای کودکان در کلینیک‌ها استفاده می‌شود، و موش هایی خوب شدند که این جامعه میکروبی را از قل سالمی دریافت کردند که در دوقلوهای همسان یکی از آنها مبتلا به کواشیورکور بود . این حقیقتا شگفت‌اور است زیرا نشان دهنده این است که می‌توانیم
با قرار دادن این موش‌ها با موش‌های متفاوت دیگر دارای جوامع میکروبی افراد متفاوت، آنها را درمان آزمایشی کنیم و شاید درمان مناسبی برای همه سطوح از بالا تا پائین همه افراد باشد. خُب فکر می کنیم که خیلی مهم است که هر فردی شانس این را دارد که این کشف را امتحان کند. خب، چند سال پیش، ما این پروژه را به نام روده آمریکایی شروع کردیم، که به شما اجازه میداد که ادعا کنید که دارای جایگاهی ر این نقشه میکروبی هستید. اکنون این بزرگترین بودجه جمعیتی پروژه های علمی که ما میداریم-- بیش از ۸٫۰۰۰ نفر برای این موضوع ثبت نام کرده‌اند. بدین شکل که آنها نمونه خودشان را می فرستند، ما دی ای ان میکروب های آنها را مرتب می‌کنیم و سپس نتیجه را به آنها بر می گردانیم.
همچنین به هویت میکروبی آنها برای دانشمندان و سیستم های آموزشی می فرستیم، برای افراد علاقمند و برای عموم و غیره، خب هر کسی می تواند دسترسی به این داده ها داشته باشد. از طرف دیگر، هنگامی که ما گشتی به مردم در آزمایشگاهمان در موسسه بیو فرانتیرز می‌دهیم، توصیح می‌دهیم که ما از رباط و لیزر برای دیدن مدفوع استفاده می‌کنیم، چونکه کسی نمی خواهد اینکار را بکند. ( خنده تماشاگران) اما حدس می‌زنم خیلی از شما بخواهید، و پس من چند کیت آزمایشگاهی اوردم اگر علاقمند هستید این را برای خودتان انجام دهید. پس چرا ما بخواهیم اینکار را بکنیم؟
خب، میکروب‌ها خیلی مهم نیستند که بفهمیم وضغیت سلامتی ما چیست، بلکه در واقع آنها می‌توانند بیماری ها را درمان کنند. این یکی از جدیدترین چیزهایی است که ما می‌توانیم تجسم کنیم با همکارنمان در دانشکاه مینه سوتا. در اینجا دوباره نقشه میکروب انسانی را داریم. چیزی که الان به آن نگاه می‌کنیم-- می‌خواهم جامعه میکروبی فرادی که دچار بیماری انتروکولیت به آن اضافه کنم. بنابراین، این یک شکل وحشتناک از اسهال است که فرد باید تا روی ۲۰ بار به دستشویی رود، و آنتی بیوتیک بر روی این افراد طی دوسال گذشته قبل از اینکه برای این آزمایش واجد شرایط شوند، عمل نکرده است.
چه اتفاقی می‌افتد اگر ما مدفوع یک فرد سالم که در نقشه بصورت ستاره در پائین نشان داده شده‌اند، به مدفوع این بیماران پیوند بزنیم؟ آیا میکروب خوب علیه میکروب بد می‌جنگد و کمک به سلامت این افراد می‌کند؟ پس بگذارید دقیقا ببینیم که چه اتفاقی در اینجا می‌فتد. ۴ نفر از بیمارانی که پیوند مدفوع از یک فرد سالم در این پائین می‌گیرند، آنچه که می‌بینید بلافاصله این تغییر ناگهانی را در آنها می‌بینید. پس یک روز پس از این پیوند، تمامی علايم بیماری از بین رفته‌اند، اسهال از بین می‌رود،
و آنها اساسا دوباره سالم هستند، و به جامعه میکروبی مدفوع دهنده می‌پیوندند، و در آن باقی می‌مانند. ( تشویق تماشاگران) خُب ما در ابتدای این کشف هستیم. ما تازه فهمیدیم که میکروب‌ها برای تمامی این بیماریهای پیآمدهایی دارند، اعم از التهابی روده‌ای تا چاقی مفرط، و شاید حتی اوتیسم و افسردگی. کاری که ما باید بکینم، این است که باید یک سیستم موقعیت یاب جهانی برای میکروب‌ها تهیه کنیم، چون ما الان نمی‌دانیم که در حال حاضر در کجا قرار داریم همچنین چه چیزی می‌خواهیم و چه چیزی را نیاز داریم بدانیم برای رسیدن به این،
برای رسیدن به این ما باید بتوانیم این را به قدر کافی ساده کنیم که حتی یک کودک هم بتواند از آن استفاده کند. (خنده تماشاگران) سپاسگزارم. ( تشو
We humans have always been very concerned about the health of our bodies, but we haven't always been that good at figuring out what's important. Take the ancient Egyptians, for example: very concerned about the body parts they thought they'd need in the afterlife, but they left some parts out. This part, for example. Although they very carefully preserved the stomach, the lungs, the liver, and so forth, they just mushed up the brain, drained it out through the nose, and threw it away, which makes sense, really, because what does a brain do for us anyway?
But imagine if there were a kind of neglected organ in our bodies that weighed just as much as the brain and in some ways was just as important to who we are, but we knew so little about and treated with such disregard. And imagine if, through new scientific advances, we were just beginning to understand its importance to how we think of ourselves. Wouldn't you want to know more about it? Well, it turns out that we do have something just like that: our gut, or rather, its microbes. But it's not just the microbes in our gut that are important.
Microbes all over our body turn out to be really critical to a whole range of differences that make different people who we are. So for example, have you ever noticed how some people get bitten by mosquitos way more often than others? It turns out that everyone's anecdotal experience out camping is actually true. For example, I seldom get bitten by mosquitos, but my partner Amanda attracts them in droves, and the reason why is that we have different microbes on our skin that produce different chemicals that the mosquitos detect. Now, microbes are also really important in the field of medicine. So, for example, what microbes you have in your gut
determine whether particular painkillers are toxic to your liver. They also determine whether or not other drugs will work for your heart condition. And, if you're a fruit fly, at least, your microbes determine who you want to have sex with. We haven't demonstrated this in humans yet but maybe it's just a matter of time before we find out. (Laughter) So microbes are performing a huge range of functions. They help us digest our food. They help educate our immune system. They help us resist disease, and they may even be affecting our behavior. So what would a map of all these microbial communities look like?
Well, it wouldn't look exactly like this, but it's a helpful guide for understanding biodiversity. Different parts of the world have different landscapes of organisms that are immediately characteristic of one place or another or another. With microbiology, it's kind of the same, although I've got to be honest with you: All the microbes essentially look the same under a microscope. So instead of trying to identify them visually, what we do is we look at their DNA sequences, and in a project called the Human Microbiome Project, NIH funded this $173 million project where hundreds of researchers came together
to map out all the A's, T's, G's, and C's, and all of these microbes in the human body. So when we take them together, they look like this. It's a bit more difficult to tell who lives where now, isn't it? What my lab does is develop computational techniques that allow us to take all these terabytes of sequence data and turn them into something that's a bit more useful as a map, and so when we do that with the human microbiome data from 250 healthy volunteers, it looks like this. Each point here represents all the complex microbes in an entire microbial community.
See, I told you they basically all look the same. So what we're looking at is each point represents one microbial community from one body site of one healthy volunteer. And so you can see that there's different parts of the map in different colors, almost like separate continents. And what it turns out to be is that those, as the different regions of the body, have very different microbes in them. So what we have is we have the oral community up there in green. Over on the other side, we have the skin community in blue, the vaginal community in purple, and then right down at the bottom, we have the fecal community in brown.
And we've just over the last few years found out that the microbes in different parts of the body are amazingly different from one another. So if I look at just one person's microbes in the mouth and in the gut, it turns out that the difference between those two microbial communities is enormous. It's bigger than the difference between the microbes in this reef and the microbes in this prairie. So this is incredible when you think about it. What it means is that a few feet of difference in the human body makes more of a difference to your microbial ecology
than hundreds of miles on Earth. And this is not to say that two people look basically the same in the same body habitat, either. So you probably heard that we're pretty much all the same in terms of our human DNA. You're 99.99 percent identical in terms of your human DNA to the person sitting next to you. But that's not true of your gut microbes: you might only share 10 percent similarity with the person sitting next to you in terms of your gut microbes. So that's as different as the bacteria on this prairie and the bacteria in this forest.
So these different microbes have all these different kinds of functions that I told you about, everything from digesting food to involvement in different kinds of diseases, metabolizing drugs, and so forth. So how do they do all this stuff? Well, in part it's because although there's just three pounds of those microbes in our gut, they really outnumber us. And so how much do they outnumber us? Well, it depends on what you think of as our bodies. Is it our cells? Well, each of us consists of about 10 trillion human cells,
but we harbor as many as 100 trillion microbial cells. So they outnumber us 10 to one. Now, you might think, well, we're human because of our DNA, but it turns out that each of us has about 20,000 human genes, depending on what you count exactly, but as many as two million to 20 million microbial genes. So whichever way we look at it, we're vastly outnumbered by our microbial symbionts. And it turns out that in addition to traces of our human DNA, we also leave traces of our microbial DNA on everything we touch. We showed in a study a few years ago
that you can actually match the palm of someone's hand up to the computer mouse that they use routinely with up to 95 percent accuracy. So this came out in a scientific journal a few years ago, but more importantly, it was featured on "CSI: Miami," so you really know it's true. (Laughter) So where do our microbes come from in the first place? Well if, as I do, you have dogs or kids, you probably have some dark suspicions about that, all of which are true, by the way. So just like we can match you to your computer equipment by the microbes you share, we can also match you up to your dog.
But it turns out that in adults, microbial communities are relatively stable, so even if you live together with someone, you'll maintain your separate microbial identity over a period of weeks, months, even years. It turns out that our first microbial communities depend a lot on how we're born. So babies that come out the regular way, all of their microbes are basically like the vaginal community, whereas babies that are delivered by C-section, all of their microbes instead look like skin. And this might be associated with some of the differences
in health associated with Cesarean birth, such as more asthma, more allergies, even more obesity, all of which have been linked to microbes now, and when you think about it, until recently, every surviving mammal had been delivered by the birth canal, and so the lack of those protective microbes that we've co-evolved with might be really important for a lot of these different conditions that we now know involve the microbiome. When my own daughter was born a couple of years ago by emergency C-section, we took matters into our own hands and made sure she was coated with those vaginal microbes
that she would have gotten naturally. Now, it's really difficult to tell whether this has had an effect on her health specifically, right? With a sample size of just one child, no matter how much we love her, you don't really have enough of a sample size to figure out what happens on average, but at two years old, she hasn't had an ear infection yet, so we're keeping our fingers crossed on that one. And what's more, we're starting to do clinical trials with more children to figure out whether this has a protective effect generally. So how we're born has a tremendous effect on what microbes we have initially,
but where do we go after that? What I'm showing you again here is this map of the Human Microbiome Project Data, so each point represents a sample from one body site from one of 250 healthy adults. And you've seen children develop physically. You've seen them develop mentally. Now, for the first time, you're going to see one of my colleague's children develop microbially. So what we are going to look at is we're going to look at this one baby's stool, the fecal community, which represents the gut, sampled every week for almost two and a half years.
And so we're starting on day one. What's going to happen is that the infant is going to start off as this yellow dot, and you can see that he's starting off basically in the vaginal community, as we would expect from his delivery mode. And what's going to happen over these two and a half years is that he's going to travel all the way down to resemble the adult fecal community from healthy volunteers down at the bottom. So I'm just going to start this going and we'll see how that happens. What you can see, and remember each step in this is just one week, what you can see is that week to week, the change in the microbial community of the feces of this one child,
the differences week to week are much greater than the differences between individual healthy adults in the Human Microbiome Project cohort, which are those brown dots down at the bottom. And you can see he's starting to approach the adult fecal community. This is up to about two years. But something amazing is about to happen here. So he's getting antibiotics for an ear infection. What you can see is this huge change in the community, followed by a relatively rapid recovery. I'll just rewind that for you. And what we can see is that just over these few weeks,
we have a much more radical change, a setback of many months of normal development, followed by a relatively rapid recovery, and by the time he reaches day 838, which is the end of this video, you can see that he has essentially reached the healthy adult stool community, despite that antibiotic intervention. So this is really interesting because it raises fundamental questions about what happens when we intervene at different ages in a child's life. So does what we do early on, where the microbiome is changing so rapidly, actually matter, or is it like throwing a stone into a stormy sea,
where the ripples will just be lost? Well, fascinatingly, it turns out that if you give children antibiotics in the first six months of life, they're more likely to become obese later on than if they don't get antibiotics then or only get them later, and so what we do early on may have profound impacts on the gut microbial community and on later health that we're only beginning to understand. So this is fascinating, because one day, in addition to the effects that antibiotics have on antibiotic-resistant bacteria, which are very important, they may also be degrading our gut microbial ecosystems,
and so one day we may come to regard antibiotics with the same horror that we currently reserve for those metal tools that the Egyptians used to use to mush up the brains before they drained them out for embalming. So I mentioned that microbes have all these important functions, and they've also now, just over the past few years, been connected to a whole range of different diseases, including inflammatory bowel disease, heart disease, colon cancer, and even obesity. Obesity has a really large effect, as it turns out, and today, we can tell whether you're lean or obese
with 90 percent accuracy by looking at the microbes in your gut. Now, although that might sound impressive, in some ways it's a little bit problematic as a medical test, because you can probably tell which of these people is obese without knowing anything about their gut microbes, but it turns out that even if we sequence their complete genomes and had all their human DNA, we could only predict which one was obese with about 60 percent accuracy. So that's amazing, right? What it means that the three pounds of microbes that you carry around with you may be more important for some health conditions
than every single gene in your genome. And then in mice, we can do a lot more. So in mice, microbes have been linked to all kinds of additional conditions, including things like multiple sclerosis, depression, autism, and again, obesity. But how can we tell whether these microbial differences that correlate with disease are cause or effect? Well, one thing we can do is we can raise some mice without any microbes of their own in a germ-free bubble. Then we can add in some microbes that we think are important, and see what happens. When we take the microbes from an obese mouse
and transplant them into a genetically normal mouse that's been raised in a bubble with no microbes of its own, it becomes fatter than if it got them from a regular mouse. Why this happens is absolutely amazing, though. Sometimes what's going on is that the microbes are helping them digest food more efficiently from the same diet, so they're taking more energy from their food, but other times, the microbes are actually affecting their behavior. What they're doing is they're eating more than the normal mouse, so they only get fat if we let them eat as much as they want. So this is really remarkable, right?
The implication is that microbes can affect mammalian behavior. So you might be wondering whether we can also do this sort of thing across species, and it turns out that if you take microbes from an obese person and transplant them into mice you've raised germ-free, those mice will also become fatter than if they received the microbes from a lean person, but we can design a microbial community that we inoculate them with that prevents them from gaining this weight. We can also do this for malnutrition. So in a project funded by the Gates Foundation, what we're looking at is children in Malawi
who have kwashiorkor, a profound form of malnutrition, and mice that get the kwashiorkor community transplanted into them lose 30 percent of their body mass in just three weeks, but we can restore their health by using the same peanut butter-based supplement that is used for the children in the clinic, and the mice that receive the community from the healthy identical twins of the kwashiorkor children do fine. This is truly amazing because it suggests that we can pilot therapies by trying them out in a whole bunch of different mice with individual people's gut communities and perhaps tailor those therapies all the way down to the individual level.
So I think it's really important that everyone has a chance to participate in this discovery. So, a couple of years ago, we started this project called American Gut, which allows you to claim a place for yourself on this microbial map. This is now the largest crowd-funded science project that we know of -- over 8,000 people have signed up at this point. What happens is, they send in their samples, we sequence the DNA of their microbes and then release the results back to them. We also release them, de-identified, to scientists, to educators, to interested members of the general public, and so forth,
so anyone can have access to the data. On the other hand, when we do tours of our lab at the BioFrontiers Institute, and we explain that we use robots and lasers to look at poop, it turns out that not everyone wants to know. (Laughter) But I'm guessing that many of you do, and so I brought some kits here if you're interested in trying this out for yourself. So why might we want to do this? Well, it turns out that microbes are not just important for finding out where we are in terms of our health, but they can actually cure disease.
This is one of the newest things we've been able to visualize with colleagues at the University of Minnesota. So here's that map of the human microbiome again. What we're looking at now -- I'm going to add in the community of some people with C. diff. So, this is a terrible form of diarrhea where you have to go up to 20 times a day, and these people have failed antibiotic therapy for two years before they're eligible for this trial. So what would happen if we transplanted some of the stool from a healthy donor, that star down at the bottom, into these patients.
Would the good microbes do battle with the bad microbes and help to restore their health? So let's watch exactly what happens there. Four of those patients are about to get a transplant from that healthy donor at the bottom, and what you can see is that immediately, you have this radical change in the gut community. So one day after you do that transplant, all those symptoms clear up, the diarrhea vanishes, and they're essentially healthy again, coming to resemble the donor's community, and they stay there. (Applause)
So we're just at the beginning of this discovery. We're just finding out that microbes have implications for all these different kinds of diseases, ranging from inflammatory bowel disease to obesity, and perhaps even autism and depression. What we need to do, though, is we need to develop a kind of microbial GPS, where we don't just know where we are currently but also where we want to go and what we need to do in order to get there, and we need to be able to make this simple enough that even a child can use it. (Laughter)
Thank you. (Applause)