Poop er intet mindre enn et vitenskapelig mirakel. Det hjelper forskere å forstå diettene til dinosaurer, spore spredningen av eldgamle sykdommer og gjenkjenne parasittinfeksjon. Fersk menneskelig avføring gir også et direkte vindu inn i tarmen vår og milliardene av mikroskopiske critters der, som hjelper med å fordøye maten vår, beskytte oss mot sykdom og til og med påvirke humøret.
Relatert innhold
- Alle poops. Noen dyr spiser det. Hvorfor?
- Hvordan mirakuløse mikrober hjelper oss med å utvikle seg bedre, raskere, sterkere
Det var ideen som drev Rob Knight, en av grunnleggerne til tarmmikrobiomforskning, til å starte American Gut Project i 2012. Knight brukte crowdfunding-plattformen FundRazr for å lokke mer enn 9000 frivillige til først å donere penger, og deretter sende prøver av bæsjen deres gjennom posten. Et team av forskere sonderte disse prøvene for bakteriell DNA for å opprette den første folketellingen for 40 billioner bakterier som kaller tarmen deres hjem.
Det han lærte, var avslørende. Men uansett hvor informativ, opplysende og rett og slett kjølig bæsj var, manglet det fortsatt noe: Hvor kommer alle de billionene bakteriene fra? Det viser seg at vi for det meste frivillig legger dem i munnen rundt tre ganger om dagen. "Du får et kontinuerlig innspill av mikrober fra miljøet ditt - mikrober du spiser på maten selv, " sier Knight, som er direktør for Center for Microbiome Innovation ved University of California i San Diego.
Et av mysteriene som ble utløst av American Gut Project, var grunnen til at to personer som hevdet å følge samme kosthold, kunne ha så forskjellige samfunn av tarmmikrober. For studien hadde frivillige selvrapportert dietten sin, med de aller fleste etter altetende dietter, og under 3 prosent identifiserte hver som "vegetarianer" eller "vegansk." Da forskere knuste tallene, fant de imidlertid ingen synlige korrelasjoner mellom tarmsamfunn og de med tilsynelatende like dietter.
"Kostholdskategorier var helt ubrukelige og korrelerte ikke med mikrobiomsamfunnene i det hele tatt, " sier Knight.
Med andre ord, bakteriene i bæsj fortalte en annen dietthistorie enn menneskene som lager den bæsj. "Du kan være en veganer som stort sett spiser grønnkål, eller du kan være en veganer som stort sett spiser pommes frites, " forklarer Knight. “De har helt andre konsekvenser for mikrobiomet ditt.” Hvem som helst kan hevde å være en dysterhard tilhenger av Paleo-dietten, ser det ut til, men dataene antydet at mikrobiomet husker alle de midnattis-iskremovertredelsene.
Knight innså at resultatene fra American Gut Project manglet noe avgjørende: Et dypere dykk ned i maten vi spiser. Å fylle dette gapet ville bety å analysere all maten som går inn, og se hvordan den korrelerte med mønstrene i det som kommer ut. Men mens det å samle bæsj var på en eller annen måte greit - hver person "sender inn en prøve" på samme måte - å samle opp alle de mange matvarene folk spiser ville være mye mer ambisiøst.
Hver gang du inntar, endrer du det indre landskapet i deg. Fordi hovedparten av bakteriene i mikrobiomet lever i tarmen, når vi mater oss selv, mater vi dem også. Kjemien til det vi spiser, det være seg pommes frites eller grønnkål, endrer tarmenes kjemiske landskap, noe som gjør det koseligere for noen og mindre gjestfrie for andre.
Det blir livligere. Fordi mikrober er overalt - på bordet, i luften, på overflaten av muffinsen du la ut på disken - legger du også nye mikrober til blandingen. Noen rusler gjennom kroppen din som høflige turister. Andre holder seg rundt og samhandler med lokalbefolkningen. Hver bit har potensialet til å endre mikrobiomet, og deretter menneskers helse. Men forskere har ennå ikke funnet ut hvordan.
Det er fordi vi til nå ikke hadde plattformen til å ta fatt på den enorme bestrebelsen med å samle inn og analysere matprøver fra hele verden. Takket være det amerikanske Gut-prosjektet, startet ikke Knight og teamet hans helt fra grunnen av. Til å begynne med planlegger forskerne å samle inn 1.000 prøver fra hver murstein av den kjente matpyramiden, og så åpner de den for publikum å sende inn alle matvarer de er nysgjerrige på.
Sammen med Knight ledes matmikrobiomprosjektet av mikrobiologene Rachel Dutton, som bruker ost som modellsystem for å forstå mikrobielle samfunn og gjæring, og Pieter Dorrestein, som studerer kjemien til biologiske interaksjoner mellom mikrober, begge ved Center for Microbiome Innovation . De tar sikte på å sette i gang dette publikum-initiativet før slutten av året.
"Vi vet om antall kalorier og om forskjellige matvaregrupper, men hele molekylenes og mikroberens verden i maten er en svart boks, " sier Julia Gauglitz, en postdoktorisk forsker ved senteret som vil lede prosjektet. Som det gamle ordtaket går, "vi er det vi spiser, " sier hun. Og likevel, når du kommer ned på det mikroskopiske nivået, "vet vi veldig lite om hva vi bruker."
De andre "black box" -forskerne ønsker å undersøke er matens kjemiske sammensetning. Det viser seg at det er mye mer enn det som er oppført på ernæringsfaktaiketten: Med konvensjonelle teknikker kan bare fett, sukker og vitaminer måles, "men det er bare en liten brøkdel av den totale vekten av mat, " sier Dorrestein. Vi kan overse nye antioksidanter, kreftbekjempende forbindelser eller til og med forbløffende antibiotika.
Ved å bruke massespektrometre - i utgangspunktet fancy skalaer som er presise nok til å veie individuelle molekyler - kan Dorrestein utlede den kjemiske sammensetningen av mat på et nivå som aldri før er oppnådd. Når matprøvene ruller inn, vil Gauglitz vente på laboratoriet. Hun vil ta, for eksempel, en granola-stang, trekke ut alt arvestoffet fra mikrober som koloniserer det, og deretter bruke DNA-sekvensering for å finne ut av critters identitet.
Hun vil deretter løpe en bit av den granola-stangen gjennom massespektrometeret for å erte hvert eneste molekyl som det er laget av. Til slutt vil hun sitte igjen med en veldig, veldig detaljert granola bar oppskrift. Disse molekylene utgjør landskapet der matmikrober bor, og påvirker sannsynligvis hvem som er der og hva de gjør.
Jeg spurte Gauglitz hvordan hun vil skille mellom den kjemiske sammensetningen av mikrober som lever på granola bar og kjemikalier laget av mikrober. "Jeg ville tenke litt på tankene dine, " sier Gauglitz og stemmen hennes vokser filosofisk. "Det som ligger i granola bar er også mikrobielle metabolitter." Sagt på en annen måte, granola bar er mikrober.
Alt vi spiser er det kumulative produktet fra kjemien og mikrober i jorda der den ble dyrket, fabrikken der den ble behandlet, og hva du enn rørte rett før du spiste den. Hvorfor er det viktig? Til slutt håper teamet, hvis avmystifisering av mikrobielle mønstre i maten vil hjelpe oss med å konstruere diettene våre bedre for å forbedre helsen og avverge sykdom.
Knight trekker en historisk parallell til oppdagelsen av essensielle næringsstoffer. I det forrige århundre regnet forskere ut at industrielt bearbeidede matvarer hadde blitt næringsutarmet. Ved å kunstig tilsette vitaminer og mineraler inn igjen, ble mangelsykdommer som rakitt og beriberi i stor grad eliminert fra den vestlige verden. På samme måte kan det å forstå helseeffektene av mikrobiomet gjøre det mulig for oss å konstruere de manglende mikrober tilbake i måltidene våre.
"Det er ganske sannsynlig at vår moderne livsstil striper ut en hel del levende mikrober som vi trenger for å opprettholde helsen, " sier Knight. "Å få en forståelse av det kan være like viktig som forståelsen av at vitamin C er nødvendig og sørge for at alle fikk nok av det."
Teamet har allerede plukket ut 1000 matvarer til den første undersøkelsen, inkludert stifter som brød og ost. "Vi ønsker å inkludere rå matingredienser, alle slags frukt eller grønnsaker, kjøtt, snacks, babymat, " sier Gauglitz. Men de ønsker også å sammenligne mikrobielle samfunn i mat produsert av økologisk og konvensjonell jordbruk, i tillegg til å se dypere på produkter som er avhengige av mikrobiell gjæring, som kaffe, sjokolade og pølse.
Prosjektet kan også løse noen av de medisinske mysteriene som ble reist av den forrige mikrobiomforskningen. For eksempel siktet noen av testene i American Gut Project gjennom hver fekale prøve for spormengder av antibiotika. Merkelig nok, av menneskene som hadde påvisbare antibiotika i prøvene, hadde nesten halvparten av dem rapportert at de ikke hadde tatt noen antibiotika det siste året.
Dorrestein mener dette er brukt antibiotika vi tar opp fra maten vi spiser, tilsetningsstoffer eller ting som er igjen fra husdyrfôret. Dette er bekymringsfullt, fordi deres tilstedeværelse kan føre til spredte antibiotikaresistente bakterier. Ved å erte kjemien fra hver prøve, vil teamet kunne finne ut om han har rett, og begynne å finne ut hva disse resterende medisinene kan gjøre for tarmen vår.
Verdsettelsen for kraften i mikrobiomet vokser, delvis takket være initiativ som American Gut Project og bøker som Ed Yongs I Contain Multitudes . Det er til og med et spirende felt dedikert til mikrobiomet i det bygde miljøet og hvordan våre mikroskopiske romkamerater som bor i luften og på livløse gjenstander samhandler med oss. Mennesker er ikke unike i denne forbindelse; studier av mikrobiomer i critters fra korallrev til honningbier viser at helsen til enhver organisme er nært knyttet til mikrober som kaller det hjem.
Som et resultat begynner mikrober å snu omdømmet. De er ikke bare truer i en kimaverse kultur. I løpet av det siste tiåret anerkjente "ernæringsfysiologer viktigheten for tarms helse og menneskers helse for å ha sunne mikrober i tynntarmen vår, " sier Helena Pachón, senior ernæringsforsker ved Emory University som ikke er involvert i matmikrobiomprosjektet.
Pachón påpeker at i dag har de historiske mangelsykdommene som Knight refererer til blitt overgått av plager fra det 21. århundre som overvekt, diabetes og hjertesykdommer. "Det er et begrep som kalles 'globesity', " sier Pachón. "Potensialet som mikrober kan ha noe med dette å gjøre er helt uutforsket, og det kan være at de er veldig beslektede."
Ridder er enig. "Det ville være fantastisk å komme frem til en vei gjennom mat for å eliminere dem på samme måte som de kroniske sykdommene for et århundre siden har vært, " sier han. For å gjøre det, "trenger vi hjelp fra tusenvis av mennesker til å samle det hele."
