Nasze życie wewnętrzne

TOMASZ TARGAŃSKI: Część naukowców twierdzi, że należy już mówić o antropocenie – ponieważ żyjemy w epoce zdominowanej działalnością człowieka. Dopiero zaczęliśmy oswajać się z poglądem, że zyskaliśmy niespotykany wcześniej wpływ na geologię i życie na Ziemi, a Pan pisze, że nie kontrolujemy nawet własnego ciała.

ED YONG: Faktycznie to, co dzieje się wewnątrz nas, stanowi splot niezaplanowanych decyzji i procesów podejmowanych przez zasiedlające nas bakterie, wirusy i grzyby, czyli nasz mikrobiom. Im lepiej ten świat poznawałem, tym bardziej obraz ludzi jako indywidualistów, samotnych zwycięzców ewolucyjnej sztafety, wydawał mi się nieprawdziwy. W rzeczywistości jesteśmy wielogatunkowym kolektywem, a nasz sukces to efekt partnerstwa z wieloma organizmami, którego mechanizmy dopiero poznajemy.

Jakie były początki tego partnerstwa?

Zaczęło się na długo przed pojawieniem się człowieka. Życie na Ziemi liczy około 4 mld lat i przez zdecydowaną większość tego czasu jego historia zdominowana była przez mikroorganizmy. To one napędzały obieg węgla, azotu czy siarki, przekształcając te pierwiastki w związki, które mogą zostać wykorzystane przez zwierzęta i rośliny, a następnie oddając je światu poprzez rozkład ciał organicznych. Jako pierwsze zaczęły wytwarzać własne pożywienie w procesie fotosyntezy. Tlen, jako produkt uboczny tego procesu, na trwałe zmienił zaś atmosferę naszej planety. Nawet teraz, gdy rozmawiamy, fotosyntetyzujące bakterie w oceanach produkują dużą część tlenu, którym oddychamy (połowę z tego, który wytwarzają wszystkie organizmy).

Pod wieloma względami mikroorganizmy są też zapomnianymi współtwórcami naszego ewolucyjnego sukcesu. Pomagają nam trawić pokarm, produkują witaminy i minerały, których brakuje w diecie. Rozkładają toksyny i niebezpieczne chemikalia. Czuwają nad procesem budowy naszego ciała, uwalniając cząsteczki i sygnały sterujące wzrostem organizmu. Wpływają na rozwój układu nerwowego, przez co oddziałują na nasze zachowanie.

W jaki sposób?

Choćby poprzez florę jelitową. Naukowcy nie mają wątpliwości, że ma ona wielki wpływ na rozwój układu nerwowego. Skład mikrobiologiczny jelit może mieć choćby związek z depresją. Tamtejsze bakterie potrafią bowiem komunikować się z mózgiem poprzez nerw błędny – coś w rodzaju linii telefonicznej przesyłającej wiadomości pomiędzy mózgiem a jelitami. Badania wykazały, że zdecydowana większość sygnałów płynie w jednym kierunku – od jelit do mózgu. Aby się dowiedzieć, jakiego typu informacje są tam zakodowane, przeprowadzono pewien eksperyment. Jednej grupie kobiet codziennie podawano jogurt z probiotycznymi szczepami bakterii. Drugiej nie. Wyniki pokazały, że kobiety pijące jogurt miały lepszy nastrój i lepiej radziły sobie w pewnych testach poznawczych, m.in. lepiej zapamiętywały. Zaobserwowano też zwiększoną aktywność w niektórych obszarach mózgu.

Czyli wpływają na nasze samopoczucie. Ale skąd wziąć te „dobre” i jak unikać tych „złych”?

Po części jest to kwestia prawidłowej diety, ale to nie wszystko. Okazuje się, że na skład naszego mikrobiomu silnie oddziałują kontakty towarzyskie. Sieci społeczne przenikają się z tymi bakteryjnymi. Obserwując szympansy, naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin odkryli, że liczba gatunków bakteryjnych w przewodzie pokarmowym rosła wraz z towarzyskością. Z ludźmi jest podobnie – między Homo sapiens istnieje coś w rodzaju metaspołeczności mikrobów. Osoby zamieszkujące wspólną przestrzeń dzielą tę samą florę bakteryjną. Przebywając ze sobą, dotykając się, jedząc wspólne posiłki, przekształcamy nasze więzi społeczne w więzi drobnoustrojowe. Każdego z nas otacza swoista chmura mikroorganizmów, a każdy uścisk ręki, pocałunek w policzek, a nawet wpadnięcie na kogoś przez przypadek, stanowi okazję do wymiany tych komórek. Wiedząc to, inaczej patrzymy np. na ludzi, o których mówi się, że promieniują dobrą energią, że nią „zarażają”. Pół żartem, pół serio: takie osoby mogą nas zarażać „dobrymi” bakteriami ze swoich jelit, które poprawiają nam nastrój.

Mikroorganizmy dbają o nasze ­interesy?

To nie tak. Niektóre z nich w najlepszym razie są naszymi partnerami, odrębnymi bytami, które mają własne interesy i toczą własne ewolucyjne bitwy. Podział na „dobre” i „złe” drobnoustroje jest z gruntu fałszywy, ponieważ relacje w świecie natury są zbyt skomplikowane, pełne sprzeczności oraz napięć, by tłumaczyć je w ten sposób. Dużo trafniejsze byłoby stwierdzenie, że stosunki z naszym mikrobiomem są zmienne. Mikroorganizmy funkcjonują w pewnym spektrum, w zależności od konkretnej chwili i miejsca mogą pełnić zarówno funkcję „złych” pasożytów, jak i „dobrych” mutualistów. Takie określenia jak „pasożyt” czy „patogen” sprawdzają się bardziej jako opis aktualnego stanu niż trwały identyfikator tożsamości. Toby Kiers, biolożka ewolucyjna, powiedziała, że każde partnerstwo można postrzegać jako przypadek wzajemnego wyzysku.

Istnieje sposób, by zarządzać relacjami z naszymi mikroorganizmami?

Nie powiedziałbym, że możemy nimi zarządzać – co najwyżej ustabilizować. Ten skomplikowany i dynamiczny system w jakimś sensie przypomina rolnictwo. Uprawiając ziemię grodzimy pola, stosujemy różnego rodzaju nawozy, siejemy tam, gdzie jest dość wody. Owady zamykają większość swoich mikroorganizmów w specjalnych więzieniach komórkowych, zwanych bakteriocydami. Dzięki nim w razie potrzeby mogą doprowadzić do wzrostu liczebności udomowionych bakterii oraz pozbyć się ich, gdy partnerstwo nie przynosi już owoców. U ludzi jest trudniej – musimy radzić sobie ze znacznie większym konsorcjum mikroorganizmów niż owady. Nasz układ pokarmowy wykształcił jednak kilka linii obrony, śluz pokrywający ściany nabłonka zawiera np. bakteriofagi, czyli zabijające bakterie wirusy. Jeśli już jakieś mikroorganizmy zdołają przekraść się przez nabłonek, po drugiej stronie czekają na nie komórki układu odpornościowego. Ten ostatni jest czymś więcej niż linią obrony, jego podstawowym zadaniem jest właśnie zarządzać relacjami z bytującymi w nas mikroorganizmami.

Pisze Pan, że w przypadku ssaków wielką rolę w kontrolowaniu życia własnego mikrobiomu odgrywa mleko.

Jak wiadomo, każda ssacza matka, zarówno łuskowiec, jak człowiek czy delfin, karmi młode dosłownie rozpuszczając swoje ciało, które w formie białego płynu wydziela przez brodawki sutkowe. Do zawartych w nim substancji należą m.in. niewielkie cukry zwane oligosacharydami. Dzieci nie są w stanie ich trawić. Po co więc wydatkować tyle cennej energii na pozornie bezużyteczne związki chemiczne? Okazuje się, że bez szwanku przechodzą one przez żołądek i jelito cienkie, po czym trafiają do jelita grubego, gdzie stanowią pożywienie dla jednej jedynej grupy bakterii – B. infantis. Te ostatnie są zaś w stanie skutecznie zabić wszystkie groźne bakterie przewodu pokarmowego. Matka karmiąc dziecko i żywiąc B. infantis, faktycznie buduje jego układ odpornościowy. Przykład mleka pokazuje, że wykształciliśmy wiele sposobów na zarządzanie konfliktami z własnymi mikroorganizmami. Większość z tych sposobów polega na właściwościach chemicznych ciała.

W XX wieku pojawiły się też inne, mniej naturalne sposoby wpływania na mikrobiom – antybiotyki.

Bardzo wiele tym środkom zawdzięczamy, za ich sprawą nasze życie stało się o niebo bezpieczniejsze. Problem z antybiotykami polega jednak nie tyle na ich stosowaniu, ile na nadużywaniu. Na krótką metę zakłócają one nasz mikrobiom, ale na długą, i to jest najbardziej niebezpieczne, sprzyjają powstawaniu antybiotyko­opornych bakterii. Ponieważ używamy ich bezkrytycznie, może to skutkować uodpornieniem na nie pewnych groźnych bakterii – one w końcu ciągle ewoluują. Antybiotyki są jak nalot dywanowy, który za jednym zamachem zmiata wszystkie bakterie, również te korzystne.

Dlaczego więc po przyjęciu przepisanej przez lekarza dawki nie jesteśmy bardziej chorzy niż na początku?

Wszystkie ekosystemy, a więc także ludzki organizm, mają swoją odporność. Można ją naruszyć, nawet dość poważnie, a one i tak są w stanie wrócić do dawnej sprawności. Las po pożarze odradza się na nowo, nie jest już jednak taki sam. Stanowi mniej lub bardziej odległy wariant lasu sprzed pożogi. Podobnie jest z antybiotykami. One nie tylko zmieniają florę bakteryjną jelit, ale powodują też gwałtowny spadek różnorodności mikroorganizmów. Tego typu straty trudno później odrobić. W uproszczeniu można powiedzieć, że w naszym ciele pojawiają się wtedy ekologiczne wakaty, one zaś stanowią zaproszenie dla nowych, inwazyjnych patogenów. Jednym z nich jest np. Clostridium difficile, bakteria powodująca poważną biegunkę – na ogół dotyczy to osób poddanych terapii antybiotykowej.

W jakim stopniu warunki zewnętrzne mają wpływ na nasz mikrobiom?

Ich wpływ jest decydujący. Zarówno w krótkim, jak i długim terminie. Niedawno ukazały się wyniki badań nad dwiema grupami szympansów – jedna przebywała na wolności, druga w zamknięciu. Okazało się, że mikrobiom tych drugich jest pod pewnymi względami podobny do ludzkiego. Podobny w tym sensie, że różnorodność drobnoustrojów jest dużo mniejsza niż w przypadku ich pobratymców żyjących na wolności. Można to interpretować jako wpływ cywilizacji, choć zamknięcie w niewoli trudno nazwać cywilizacją. Zmierzam jednak do tego, że mikrobiom Europejczyka zamieszkującego współczesne miasto diametralnie różniłby się od mikrobiomu jego przodka żyjącego w grupie łowiecko-zbierackiej.

To źle?

I dobrze, i źle. Ten fenomen wyjaśnia coś, co nazywamy „hipotezą higieniczną”. Dobrze, bo nie jesteśmy już w takim stopniu narażeni na choroby zakaźne. Źle, ponieważ w zamian w naszych ciałach uruchamia się cały szereg panicznych reakcji immunologicznych, prowadzących do różnego rodzaju alergii czy chorób skórnych. Miejski styl życia, betonowe miasta, używanie chlorowanej wody i dezynfekowanego jedzenia, brak kontaktu z żywym inwentarzem podnosi ryzyko chorób alergicznych. To cena, jaką płacimy za stosunkową wolność od poważniejszych chorób. Na szczęście liczba mikroorganizmów, z którymi się kontaktujemy, może być łatwo i w miarę bezpiecznie zwiększona. Wystarczy sprawić sobie psa. Czworonogi w naturalny sposób przenoszą mikroorganizmy z zewnątrz do naszych mieszkań. Nie zmieni to jednak podstawowego problemu, że czystość zaczęliśmy pojmować jako świat bez mikroorganizmów, a to może nas drogo kosztować.

Na przykład?

Weźmy niesławną Helicobacter pylori, jej opinię słusznie zszargało to, że powoduje ona wrzody żołądka. Z drugiej strony zmniejsza jednak ryzyko refluksu, raka przełyku, a być może także astmy. Próby jej wytępienia okazały się zadziwiająco skuteczne. Dziś Helicobacter występuje u zaledwie 6 proc. dzieci w krajach zachodnich. W ciągu kilku dekad ten odwieczny mieszkaniec naszego żołądka znalazł się na krawędzi wyginięcia. Nie wiemy, co się stanie, jeśli do tego dojdzie. Być może nic. Ale sam fakt, że takie mikroorganizmy mogą zniknąć, powinien być niepokojący. Mniej różnorodny mikrobiom może być bowiem mniej skuteczny w zwalczaniu groźnych najeźdźców. Mówię może, bo jak dotąd nikt nie dowiódł, że osoby o zmniejszonej puli mikroorganizmów są bardziej podatne na zapadnięcie na jakąś chorobę.

Mikroorganizmy stały się atrakcyjnym tematem i zaznaczyły swoją obecność w mediach czy publikacjach popularno­naukowych. Pojawiła się tendencja do uznawania ich za wyjaśnienie – oraz rozwiązanie – wszystkich naszych dolegliwości.

Nauka, w tym również biologia, nie jest wolna od pokusy szukania zunifikowanej teorii pozwalającej wyjaśnić przyczynę niezwykle złożonych zjawisk. Ta swoista mikrobiomnia to zapewne wynik naturalnej dla nas tęsknoty za prostym, eleganckim, wszechogarniającym wyjaśnieniem. Musimy pamiętać, że nasz wewnętrzny świat jest zbyt zagmatwany i wieloaspektowy, by zamknąć go w prostym modelu „jeden mikroorganizm równa się jedna choroba”. Mikrobiom w ciągu dnia waha się i pulsuje. Podobnie rzecz się ma z genomem, można z całą pewnością założyć, że dziś nie jest taki sam jak w zeszłym roku. Nie istnieje żaden wzór zdrowego mikrobiomu, do którego możemy dążyć.

W ostatnich latach wykonaliśmy wielki krok pod względem zrozumienia mechanizmów rządzących naszymi relacjami z mikroorganizmami. Do niedawna mówiło się o nich wyłącznie w kontekście chorób, jakie wywołują. Patogeny zostawiły w nas trwałą kulturową bliznę. Tyle że choroby zakaźne u ludzi wywołuje mniej niż sto gatunków bakterii. W stosunku do tysięcy pożytecznych gatunków bytujących w naszych przewodach pokarmowych – to dosłownie kropla w morzu. ©

ED YONG jest popularyzatorem nauki i pisarzem naukowym. Publikował m.in. w „Science”, „National Geographic”, „New Scientist” i „Scientific American”. Niedawno ukazała się po polsku jego książka „Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem” (Wydawnictwo UJ 2018).