Bakteríur í brjóstamjólk og hræðslan okkar

Tilhugsunin um bakteríur hræðir okkur. Okkur er kennt að bakteríur valdi allskonar sjúkdómum og farsóttum, og tengjum þær nær alltaf við slæma hluti.

Sannleikurinn er sá að aðeins lítil hluti bakteríutegunda getur sýkt fólk. Flestar bakteríur eru góðir grannar eða jafnvel enn betri innanbúðarmenn. Örverufræðingar sýndu að þarmar mannsins eru stappfullir af gerlum, í meðal manni eru 2-3 kíló af bakteríum.

Bakteríur í iðrum eru okkur nauðsynlegar. Meltingarvegurinn þroskaðist ekki eðlilega í rottum sem ólust upp í bakeríufríu umhverfi. Einnig verða stórkostlegar breytingar á bakteríuflóru barna frá fæðingu til 3-4 ára aldurs.  Sýnt var fram á þetta með rannsókn á örverumengi um 300 manna, sem byggði á raðgreiningu á DNA einangruðu úr saursýnum og öðrum vefjum (Structure, function and diversity of the healthy human microbiome - Nature 2012). E.t.v. er bakteríulegt uppeldi jafnmikilvægt og félagslegt uppeldi.

Örverur á líkamanum og í brjóstamjólk

Einnig eru bakteríurnar nauðsynlegur hluti af húðþekju og taka þátt í vörnum á viðkvæmum stöðum. Sérstakar bakteríur eru t.d. í leggöngum, þar sem þær seyta efnum sem aftra vexti annara hættulegra baktería. Við nýtum (óaðvitandi auðvitað) sem sagt bakteríur sem varðhunda við mikilvæga innganga.

Lengi vel var talið að brjóstamjólk væri hreinasta og besta fæða sem til er. Rannsóknir hafa reyndar sýnt að börn sem drekka brjóstamjólk virka dálítið eins og rándýr á efsta stigi fæðuvefs. Efni sem safnast upp í lífverum ná hærri styrk í börnum en í mæðrum þeirra, því börnin "nærast" á móður sinni. Samkvæmt Florence Williams er norska matareftirlitið (Norwegian Scientific Committee for Food Safety) að ígrunda hvort endurskoða eigi ráðleggingar um brjóstagjöf af þessum sökum.

En eitt það forvitnilegasta sem kom í ljós var að brjóstamjólk er í raun jógúrt. Áður var hún talið að mestu gerilsneydd, en raðgreiningar (sbr. að ofan) hafa sýnt að í henni eru margar gerðir baktería (um 600 tegundum hefur verið lýst, margar þeirra hafa aldrei greinst áður). Það er óvíst hvort að þessar bakteríur séu í okkar þjónustu, eða bara duglegar í lífsbaráttunni. Tilgátur eru uppi um að þær hjálpi til við þroskun meltingarvegar ungviðis, eða jafnvel við þroskun ónæmiskerfisins. Samkvæmt seinni tilgátunni þá stundum við nokkurskonar náttúrulega bólusetningu, það er spurning hvort að það fari í taugarnar á bóluefnis-efasemndarfólkinu?

Mynd úr grein  Hallatschek O, Hersen P, Ramanathan S, Nelson DR. Genetic drift at expanding frontiers promotes gene segregation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007 Dec 11;104(50):19926-30.

Þróun sýklalyfjaónæmis

Sköpunarsinnar og margir stjórnmálamenn af hægri vængnum í bandaríkjunum (og Guðfinna Bjarndóttir hérlendis), gagnrýna þróunarkenninguna. En þróunarkenningin - sérstaklega hugmyndin um náttúrulegt val - er traustasta kenning líffræðinar, með mikið hagnýtt gildi. Það á til að mynda við um þróun sýklalyfjaónæmis. Náttúrulegt val verður þegar breytileiki í er í hóp lífvera, og þegar breytileikinn erfist á milli kynslóða. Um leið og sumar gerðir lifa betur (lengur, eignast fleiri afkvæmi o.s.frv.) þá verður náttúrulegt val. 

Þetta gerist þegar við notum sýklalyf. Við drepum allar bakteríur sem eru næmar fyrir lyfinu - en þær sem eru þolnar standa eftir. Þær veljast úr - alveg náttúrulega. Ef við erum óþekk og klárum ekki sýklalyfjaskammtinn okkar, þá aukum við líkurnar á að þolnir stofnar viðhaldist. Einnig, ef við notum sýklalyf of mikið - og handahófskennt, þá ýtum við undir þróun fjölónæmra stofna baktería. Þá losnar fjandinn, og hann er brynvarður frá hvirfli til ilja. Þróunin getur bæði verið samfelld, í litlum skrefum, en einnig tekið stór stökk. Slíkt getur gerst meðal baktería þegar þær hirða upp villuráfandi DNA og gera að sínu. Og þegar við dælum sýklalyfjum hægri og vinstri - aukum við líkurnar á því að gerlar sem grípa DNA með gen sem gefa þeim þol, komist á legg. Þetta er svona eins að míga stígvélið sitt fullt, og hella úr því í brunninn sinn.

Ofnotkun sýklalyfja

Williams og Neese skrifuðu tímamóta bók undir lok síðustu aldar, Hví við veikjumst, hin nýju vísindi Darwínskrar læknisfræði (Why We Get Sick: The New Science of Darwinian Medicine). Þar ræddu þeir stöðu læknisfræðinnar, og færðu rök fyrir því að þróunarfræði ætti að vera skylda í læknisnámi og rauður þráður í rannsóknum. Rök þeirra eru þau að þróunarfræðin hjálpi læknum að spyrja um einkenni sjúkdóms, eru þau varnir sjúklings eða áhrif sýkils? Eins má spyrja hvort einkenni hafi kosti samhliða göllum, er einkenni þróunarleg arfleið eða nýjung sem eftir er að slípa, og er tíðni vissra sjúkdóms gena ólík milli landa (t.d. vegna náttúrulegs vals)? Þeir lögðu sérstaka áherslu á notagildi þróunarfræða við rannsóknir á sýklum og þróun þolinna stofna.

Martin Blaser skrifaði nýlega grein í Nature þar sem hann gagnrýndi ofnotkun sýklalyfja (Antibiotic overuse: Stop the killing of beneficial bacteria). Hér ræði ég tvö dæmi úr grein hans. Bændur nota sýklalyf í fóður húsdýra, til að stuðla að meiri vexti. Ekki er vitað hvernig þetta gerist, en líklegt er að mannfólk bregðist við á svipaðan hátt - við áþekkri lyfjagjöf. Einnig hefur verið sýnt fram á að fjöldi sýklalyfjakúra sem barn fær, eykur líkurnar á þarmabólgum (áhættan er 200% hærri ef einstaklingar fá 7 eða fleiri kúra).

Ég vill samt árétta að auðvitað þurfum við að nota sýklalyf. En læknar mættu alveg vera rólegir í uppáskriftum. Oft eru þeir ekki að meðhöndla sjúkdóminn, heldur bara að reyna að róa sjúklinginn (við viljum fá einhverja lækningu hjá lækninum...er það ekki?).

En mikilvægasta atriðið í þessum pistli er það að bakteríur eru ekki allar vondar. Margar tegundir eru góðkunningjar mannsins, félagar í lífsins og þarmsins ólgusjó, í gegnum þykkt og þunnt...

Viðauki:

Carl Zimmer skrifar ítarlega grein um örverur, heilsu og vistfræðilega læknisfræði í NY Times dagsins í dag. Tending the Body’s Microbial Garden CARL ZIMMER NY Times 19. júní 2012.

Ítarefni:

In Good Health? Thank Your 100 Trillion Bacteria Gina Kolata NY Times júní 2012.

Structure, function and diversity of the healthy human microbiome Örverumengjagengið (The Human Microbiome Project Consortium)- Nature júní 2012).

Human gut microbiome viewed across age and geography Tanya Yatsunenko, Federico E. Rey o.fl. Nature júní 2012.

The wonder of breasts Florence Williams - The Guardian 16. júní 2012. (sjá einnig bók hennar Breasts, a natural and unnatural history.

Antibiotic overuse: Stop the killing of beneficial bacteria Martin Blaser  Nature 476, 393–394 (25 August 2011) doi:10.1038/476393a

George C. Williams og Randolph M. Nesse  Why We Get Sick: The New Science of Darwinian Medicine

Mikilvægi þróunkenningarinnar fyrir læknisfræði

Líkaminn sem vígvöllur

Hrein fegurð tilviljunar

Bakteríurnar og görnin

Ástand landsins - moldrok eða grænar hlíðar?

Blessaðir hagarnir fara ekki vel í þurrkinum. Vandamálið er ekki síðra á hálendinu og þar sem jörð er mjög gljúp. Þeir sem hafa áhuga á ástandi landsins, gróðurfari og náttúrunni er bent á málþing sem fram fer næsta mánudag (18. júní, kl. 14-16) í sal Þjóðminjasafns Íslands. Úr tilkynning:

----------------------------------------------------

Landgræðsluskóli Háskóla Sameinuðu þjóðanna í samstarfi við Landbúnaðarháskóla Íslands og Landgræðslu ríkisins kynna málþing um mat á ástandi úthaga og leiðir til að nýta þekkingu til að stuðla að sjálfbærri landnýtingu.

Jeffrey Herrick er sérfræðingur í mati á ástandi úthaga og starfar við Jordana rannsóknastöðina í Nýju Mexíkó sem er leiðandi í þessum fræðum á heimsvísu. Hann hefur unnið við þróun á aðferðum til að meta þanþol (resilience), framleiðslugetu (land potential) og ástand vistkerfa víða um heim. Jeffrey verður hér á landi vegna kennslu við Landgræðsluskólann í júní.

Mynd tók Almar Sigurðsson - copyright 2012.

Dagskrá
Setning málþings – Hafdís Hanna Ægisdóttir forstöðumaður Landgræðsluskóla Háskóla Sameinuðu þjóðanna.

Rangeland health condition in Iceland – Jóhann Þórsson sérfræðingur, Landgræðslu ríkisins og Ólafur Arnalds prófessor, Landbúnaðarháskóla Íslands.

Global Sustainable Land Management: Opportunities to Integrate Local and Scientific Knowledge Based on an Understanding of Land Potential – Jeffrey Herrick, jarðvegsfræðingur við rannsóknastöð bandaríska landbúnaðarráðuneytisins (USDA-ARS) í Jornada, Nýju Mexíkó.

Umræður

Málþingið fer fram á ensku, er öllum opið og aðgangur er ókeypis.

Geta erfðabreyttar lífverur bjargað heiminum?

Að mannkyninu steðja margar ógnir.  Á jörðinni búa rúmlega 7 milljarðar manns, okkur fjölgar hratt, og því fylgir mikið álag á náttúruna og auðlindir. Eldsneyti unnið úr olíu og kolum mun ekki endast að eilífu. Einnig fylgja lífstíl okkar og fjöldanum umtalsverð mengun (útblástur, rusl, skólp og eiturefni).

Við eigum nokkra kosti í stöðunni.

• Einn er sá að stinga höfðinu í sandinn, t.d. einbeita okkur að dægurþrasi (Bieber, golfi, bretadrottningu eða kóktappasöfnun)*.
• Annar kostur er að leggjast á bæn.
• Sá þriðji er að vona að einhver annar leysi vandann.
• Sá fjórði er að beita vísindum og tækni til að skilja vandamálin og finna lausnir á þeim.

Ég kann að vera gamaldags, en hallast að síðast talda kostinum. Ég er einnig erfðafræðingur, og hef mikinn áhuga á breytileika í genum, kynbótum, ræktun og erfðatækni.  Erfðatæknin er ung fræðigrein, sem nýtir sér örverufræði, lífefnafræði og sameindaerfðafræði. Hún kemur í nokkrum tilbrigðum, en algengast er að um sé að ræða einangrun á ákveðnum genum sem síðan eru flutt inn í lífverur. 

Erfðatækni tuttugustu aldar

Fyrst voru gen einangruð úr veirum og bakteríum, sett inn í svokallaðar ferjur og fluttar inn í gerla (t.d. Eschericia coli: kólígerilinn). Nú til dags er hægt að einagra gen úr næstum öllum lífverum, og flytja inn í gerla, sveppi, plöntur og nokkrar dýrategundir. Tilgangurinn er misjafn, en mest áhersla hefur verið á að kanna virkni gena og ákveðna líffræði (t.d. þroskun eða atferli). Einnig hefur erfðatæknin verið notuð til að framleiða lífefni, þá sérstaklega prótín fyrir læknisfræði (t.d. insúlín eða vaxtarhormón). Einnig hefur erfðatækni verið beitt í kynbótum nytjaplantna, en ekki verður farið í þá sálma hér.

Venter og erfðamengjaöldin

Craig Venter einn litríkasti líffræðingur samtímans hefur það markmið að búa til lífverur sem nýtast í iðnaði og til að berjast við áskoranir framtíðarinnar. Hann öðlaðst frægð sína á síðasta áratug, fyrst með því að leiða The Institute for Genome Research (TiGR - borið fram Tiger) og síðan með starfi sínu hjá Celera. Celera var einkafyrirtæki sem fór í kapp við hið opinbera (í USA, UK, Canada, Japan og fleiri landa) um að raðgreina erfðamengi mannsins (10 ára erfðamengi), ekki síst fyrir tilstuðlan Venters sem er alger túrbína. Hugmyndin var að raðgreina erfðamengi mannsins og þannig ýta undir framfarir í læknisfræði og líffræði. Þær hafa orðið umtalsverðar í líffræði, en þótt því hafi verið lofað að erfðamengið myndi umbylta læknisfræði, hefur lítið orðið úr efndum. E.t.v. er það þess vegna sem Venter skipti um kúrs og fór að einbeita sér að fjölbreytileika lífheimsins. Hann vinnur að tveimur stórum verkefnum.

Erfðamengi umhverfisins

Eitt þeirra miðar að því að raðgreina sem flestar lífverur, sem leiddi hann og félaga út í þanghafið (Sargasso sea). Fólk á dalli á vegum Venters sigldi þar í marga mánuði, sigtaði sjó og raðgreindi erfðaefni sem einangraðist úr honum (MicrobeWiki).

Mynd af vef MicrobeWiki: The Sargasso Sea Windows to the Universe team. Sargasso Sea. Boulder, CO: ©2000-04 University Corporation of Atmospheric Research (UCAR), ©1995-1999, 2000 The Regents of the University of Michigan,1994. Online. Available: http://www.windows.ucar.edu 

Aðalatriðið er það að lífheimurinn er gríðarlega fjölbreytilegur. Við þekkjum nokkrar miljónir tegunda, plantna, sveppa og dýra (aðallega bjöllur!). En samt höfum við bara lýst hluta þeirra tegunda sem lifir á jörðinni. Margar örverur er ekki hægt að rækta og rannsaka með hefðbundnum aðferðum, og þá er gripið til þess að raðgreina bara DNA í ákveðnu sýni (úr Þanghafinu, maga sjúklings, gíg Grímsvatna eða af steinum í hlíðum Everest fjalls). 

Hermilíf

Hitt stóra verkefni Venters er hermilíf (synthetic biology). Hugmyndin er að setja saman lífverur með æskilegum eiginleikum, með því að raða inní erfðaefni þeirra genum sem gefa þeim t.d. ákveðna efnaskiptahæfni. Árið 2010 var tilkynnt að Venter og félagar hefðu smíðað litning heillar bakteríu í tilraunaglasti (Ekta gervi), og komið honum fyrir inn í DNA-snauðri frumu. Og fruman lifði, skipti sér og allt gekk vel. Þetta var fyrsta skrefið í átt að hermilífi, þar sem hægt væri að hanna litninga, skeyta inn genum, fella út gen og leiðrétta gölluð gen.

Nú stefna Venter og félagar, m.a. nóbelsverðlaunahafinn Hamilton Smith (1978 fyrir skerðiensím) og Clive A Hutchison III sameindalíffræðingur, að því að búa til minnsta lífvænlega erfðamengi. Þeir báru saman erfðamengi margra örvera og fundið sameiginlegt sett gena, sem þeir spá fyrir um að sé minnsta mögulega mengi gena sem lífvera þurfi til að lifa af. Þeir eru að reyna að hanna lífveru með slíkt genasett, og búa hana til. Svara þarf fjölmörgum spurningum og yfirstíga marga þröskulda til að það geti tekist (sumir þeirra virðast mér óyfirstíganlegir). En ímyndið ykkur símtalið, "Kæri forseti Obama, við höfum skapað líf". 

Erfðatækni framtíðar

Hugmyndin sem rekur Venter áfram er sú að vandamál heimsins verði ekki leyst með hefðbundum lausnum og hefðbundnum landbúnaði. Hann segir í viðtali við NY Times:

Agriculture as we know it needs to disappear, .... We can design better and healthier proteins than we get from nature.

If you can produce the key ingredients with 10 or 100 times the efficiency, .... that’s a better use of land and resources.

Með erfðatækni  er hægt að gera hluti sem tekur mjög langan tíma með hefðbundinni ræktun, eða jafnvel óhefðbundinni ræktun á örverum. Þrautin er alltaf sú sama, að finna rétta samsetningu gena og genaafbrigða fyrir það vandamál sem fyrir liggur. Viljum við búa til fitusnautt svín, eða örveru sem lifir á plasti, prótín sem ræðst á krabbamein eða örverur sem framleiða fjölómettaðar fitusýrur?

Á þessari stundu er ómögulegt að spá fyrir um hvaða möguleikar eru raunhæfir, heppilegir, eða hagkvæmir. Frumkvöðlar eins og Craig Venter halda samt áfram að setja markið hátt, skilgreina spurningar, hanna lausnir og vinna í að framkvæma þær. Ég veit að sumir hræðast erfðatækni og þá líklega líka hermilíf, en held einnig að þegar fólk kynnist tækninni betur, nýtir sér afurðirnar og sér möguleikana þá muni samfélagið taka henni betur. 

Ítarefni og athugasemdir

Grein þessi var innblásin að miklu leyti af grein um Craig Venter í New York Times Magazine, Craig Venter’s Bugs Might Save the World - rituð af WIL S. HYLTON, birt 30. maí 2012.

Guðmundur Eggertsson, 2000 Vísindavefurinn: Hvernig eru gen flutt milli lífvera, óháð skyldleika ...

Guðmundur Eggertsson, 2003 Vísindavefurinn: Hver er opinber skilgreining á líftækni?

Þuríður Þorbjarnardóttir. „Hvernig virkar vaxtarhormón?“. Vísindavefurinn 7.11.2006. http://visindavefur.is/?id=6364. (Skoðað 5.6.2012).

Ian Sample í The Guardian 20 maí 2010 - Craig Venter creates synthetic life form og grein okkar um sama efni Ekta gervi

 *Þessi listi var bara með dæmum um það sem fólk veitir oft meiri tíma, fé og tilfinningum í, en alvöru vandamálum. Þar að auki hef ég andstyggð á kóngafólki.