Ed Yong w książce “Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem” prezentuje wpływ, jaki wywierają mikroby na życie innych istot. I to nie tylko współcześnie – ich znaczenie dla naszej planety sięga znacznie głębiej, bo aż do początków życia na Ziemi.


Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światemChociaż umyjemy skórę mydłem antybakteryjnym, przetrzemy ręce alkoholowymi środkami odkażającymi, wypłuczemy gardło płynem do płukania jamy ustnej, wyszorujemy blaty kuchenne mleczkiem zawierającym chlor, zdezynfekujemy nasze łazienki i łykniemy garść antybiotyków – one i tak powrócą. I zawsze będą. Dotyczy to zwłaszcza naszych ciepłych, wilgotnych ciał, które są pokryte, wewnątrz i na zewnątrz, milionami mikroorganizmów. I wbrew pozorom to jest dobra wiadomość.

Albowiem mikrobiom – czyli cała pula obecnych w naszym ciele mikroorganizmów i ich części, składająca się z niezliczonych rodzajów bakterii, wirusów, archeonów, fragmentów DNA i innych drobnych fragmentów drobnoustrojów pomaga trawić nasze pożywienie i przyswajać minerały, produkuje witaminy i niezbędne aminokwasy, rozkłada toksyny i niebezpieczne substancje chemiczne, kieruje naszym rozwojem embrionalnym, wspomaga nasz układ odpornościowy, prawdopodobnie wpływa na nasze zachowanie i wiele innych czynności naszego ciała.

Ed Yong w książce “Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem” systematyzuje naszą współczesną wiedzę i zrozumienie tego, jak ważne są mikroby – bakterie i wirusy, dla życia na Ziemi. Wiemy już, że to one pomogły ukształtować naszą planetę przez miliardy lat, są współodpowiedzialne za taki a nie inny kształt flory i fauny, współdziałanie licznych ekosystemów, a nawet za cały tlen w ziemskiej atmosferze. Yong pokazuje także, w jaki sposób zwierzęta ewoluowały, by używać mikrobów do własnych celów, a w ekstremalnych przypadkach uzależniły się tak dalece od współpracy z bakteriami, że dosłownie nie mogą bez nich żyć.

“Mikrobiom” to fascynująca książka o mikrobach żyjących w ludziach i zwierzętach, zawierająca wiele ciekawostek i przykładów symbiozy mikrobów ze środowiskiem i ze sobą, ewolucyjnie ukształtowanych zależności np. owadów i bakterii. Yong opisuje szczegółowo kilkadziesiąt niesamowitych związków – symbioz – między mikrobami i dużymi organizmami, głównie zwierzętami i ludźmi. Jak pisze autor – dzisiaj, po latach badań wiemy już, w jak dużym stopniu drobnoustroje są niezbędne do działania naszego przewodu pokarmowego, układu odpornościowego i wielu innych funkcji. Jak się okazuje każdy z nas ma własną populację drobnoustrojów, która żyje z nami od urodzenia, choć z czasem zmienia się pod wpływem kontaktu ze środowiskiem i innymi osobami i przedmiotami. Każdy rozprowadza też własne mikroby wokół siebie, szacuje się, że każdego dnia deponujemy w otoczeniu 30 milionów bakterii poprzez oddychanie, dotykanie przedmiotów i wydalanie.

“Mikrobiom” to fascynująca książka o mikrobach żyjących w ludziach i zwierzętach, zawierająca wiele ciekawostek i przykładów symbiozy mikrobów ze środowiskiem i ze sobą

Większość drobnoustrojów nie jest szkodliwa dla ludzi. Ale rozróżnienie między szkodliwym a nieszkodliwym i pomocnym dla organizmu nie zawsze jest oczywiste. Drobnoustroje w naszych jelitach pomagają w trawieniu, ale jeśli przenikną do krwiobiegu, mogą być śmiertelne. Na szczęście przez miliony lat ewolucji wykształciło się wiele mechanizmów regulujących wzajemne stosunki dużych organizmów i mikrobów.

Yong przytacza sporo ciekawostek, cytując badania opublikowane w ostatnich latach: probiotyczne pokarmy i suplementy nie okazały się tak skuteczne jak zakładali producenci jogurtów, zbyt często sprzątane toalety paradoksalnie są bardziej narażone na rozwój chorobotwórczych bakterii, sale szpitalne z zamkniętymi oknami zawierają więcej śmiertelnych drobnoustrojów niż te często wietrzone. Niektórzy naukowcy uważają także, że mikroby są w jakimś stopniu odpowiedzialne za otyłość czy wysokie ciśnienie krwi. Autor zwraca także uwagę na szeroko dyskutowane aspekty nadmiernego i nieuzasadnionego stosowania antybiotyków, przynoszącego więcej szkód niż pożytku oraz sposoby wykorzystania własnych bakterii do utrzymania ciała w dobrej kondycji i zdrowiu. Przykładowo: możemy poprawić nasze zdrowie poprzez pielęgnowanie „pomocnych” bakterii w układzie pokarmowym – na przykład te, które pobudzają nasz układ odpornościowy, lubią dużo błonnika w diecie swojego “gospodarza”. Albo: dla dzieci korzystnym jest posiadanie w domu psa, ponieważ przynosi on mikroby z zewnątrz a wystawianie dziecka na działanie większej liczby mikroorganizmów uodparnia i zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia alergii.

“Mikrobiom” to znakomicie udokumentowana książka, obszernie cytująca liczne prace naukowców zgłębiających temat mikrobów na przestrzeni lat, dobrze napisana, przyjemna w lekturze, a przy tym pełna subtelnego humoru i niezwykle pouczająca. Agnieszka Kantaruk

Ed Yong, Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem, Przekład: Magdalena Rabsztyn-Anioł, seria: #Nauka, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Premiera: 14 marca 2018
 
 

Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem

Ed Yong
Mikrobiom. Najmniejsze organizmy, które rządzą światem
Przekład: Magdalena Rabsztyn-Anioł
seria: #Nauka
Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego
Premiera: 14 marca 2018
 

3
BUDOWNICZOWIE CIAŁA

 – To, czego pan wypatruje, jest wielkości piłki golfowej – mówi Nell Bekiares.
Znajduję się w laboratorium Uniwersytetu Wisconsin–Madison i zaglądam uważnie do niewielkiego akwarium. Wygląda na puste. Nie widzę niczego, co byłoby wielkości piłki golfowej. W ogóle niczego nie widzę z wyjątkiem warstwy piasku. Bekiares delikatnie przesuwa zanurzoną w wodzie dłoń i nagle coś wypada ponad powierzchnię, wyrzucając z siebie obłok kleistej czarnej wydzieliny. To kałamarnica hawajska ­Euprymna scolopes, samiczka wielkości mojego kciuka. Bekiares przekłada kałamarnicę do małego naczynia, a ta krąży po nim ruchem odrzutowym, upiornie biała ze wzburzenia, z wyciągniętymi ramionami i wściekle bijącymi wodę płetwami. Gdy w końcu się uspokaja, podwija ramiona pod siebie i snuje się na nich, zmieniając kształt ze strzałki w duży żelek. Zmienia się także jej skóra. Punkciki koloru szybko rozszerzają się do płaskich dysków ciemnego brązu, czerwieni i żółci, upstrzonych opalizującymi drobinkami. Kałamarnica już nie jest biała. Teraz wygląda jak jesienny pejzaż pędzla pointylisty Seurata.
 – Kiedy są brązowe, tak jak teraz, to są zadowolone – tłumaczy Bekiares. – Brązowy jest całkiem w porządku. Na ogół to samce są bardziej wkurzone. Będą raz za razem strzelać sepią i latać jak odrzutowce. Gdy wystrzeliwują człowiekowi wodę na twarz czy klatkę piersiową, zdecydowanie wygląda to na zamierzone działanie.
Jestem zauroczony. Ta kałamarnica ma charakter. I jest przepiękna.
W naczyniu nie ma innych zwierząt, ale kałamarnica nie jest w nim sama. Dwie komory na spodzie jej ciała – narządy świetlne – są wypełnione bakteriami luminescencyjnymi o nazwie Vibrio fischeri, które rzucają poświatę pod ciało zwierzęcia. Ta poświata jest zbyt słaba, żeby dało się ją dostrzec pod laboratoryjnymi świetlówkami, ale będzie wyraźniejsza na płyciznach raf wokół Hawajów, gdzie żyje ten głowonóg. W nocy światło bakterii dopasowuje się do światła księżyca padającego z góry, dzięki czemu sylwetka kałamarnicy jest niewidoczna dla polujących na nią drapieżników. To zwierzę nie rzuca cienia.
Może i kałamarnica jest niewidoczna od dołu, ale łatwo ją dostrzec z góry. Wystarczy tylko polecieć na Hawaje, poczekać do zmroku, po czym z czołówką i siecią brodzić w wodzie sięgającej kolan. Przy dobrym refleksie do wschodu słońca można nałapać z pół tuzina tych zwierząt. A kiedy już zostaną złowione, równie łatwo je trzymać, karmić i rozmnażać. „Skoro są w stanie żyć w samym środku Wisconsin, to mogą żyć wszędzie” – mówi Margaret McFall-Ngai, zoolożka, która prowadzi to właśnie laboratorium. Dostojna, elegancka i wylewna, McFall-Ngai bada tę kałamarnicę i jej luminescencyjne bakterie od niemal trzydziestu lat. Uczyniła z niej symbol symbiozy i jednocześnie sama stała się symbolem. Współpracownicy opisują ją w zależności od okoliczności jako zdeklarowaną obrazoburczynię, nie-spodziewaną entuzjastkę jazdy na deskorolce oraz niestrudzoną orędowniczkę mikroorganizmów, na długo zanim określenie „mikro-biom” stało się modne. „Ona mówi o »Nowej Biologii« i w jej ustach są to wielkie litery” – zdradził mi jeden z biologów. Nie zawsze tak uważała. To właśnie ta mała kałamarnica zmieniła jej przekonania.
Kiedy McFall-Ngai była doktorantką, badała rybę, która również przenosiła luminescencyjną bakterię. Była nią urzeczona, ale sfrustrowana. Okazało się, że ta ryba nie chce rozmnażać się w laboratorium, więc każdy badany osobnik był już skolonizowany przez bakterie. Nie mogła zatem znaleźć odpowiedzi na żadne z pytań, którą ją rzeczywiście intrygowały. Co się dzieje, gdy obie strony spotykają się po raz pierwszy? Jak nawiązują kontakt? Co powstrzymuje inne mikroby przed skolonizowaniem gospodarza? I wtedy jeden ze współpracowników powiedział do niej: „Ej, a słyszałaś o tej kałamarnicy?”.
Euprymna scolopes była znana embriologom, a jej luminescencyjna bakteria mikrobiologom, jednak partnerstwo pomiędzy dwoma organizmami było całkowicie ignorowane – a tymczasem wyłącznie ono liczyło się dla McFall-Ngai. Aby je badać, sama potrzebowała partnera, kogoś ze znajomością tematu bakterii, która dopełniłaby jej wiedzę zoologiczną. Tą osobą okazał się Ned Ruby. „Wydaje mi się, że byłem trzecim mikrobiologiem, do którego przy-szła, i pierwszym, który powiedział tak” – opowiada Ruby. Między tą dwójką powstała więź zawodowa, a wkrótce potem romantyczna. Yin wyluzowanego surfera dopełniło yang zasadniczej urzędniczki. Między nimi panuje, jak powiedział mi jeden z ich znajomych, „praw-dziwa symbioza”. Dziś prowadzą sąsiadujące laboratoria i dzielą się kałamarnicą.
Zwierzęta żyją w zbiornikach stojących wzdłuż wąskiego korytarza. Jednocześnie może ich być dwadzieścia cztery. Kiedy pojawia się nowa partia, Bekiares, kierowniczka laboratorium, wybiera literę i studenci nadają kałamarnicom imiona. Samiczka, którą poznałem, nazywa się Yoshi. W pobliskich akwariach mieszkają Yahoo, Ysolde, Yardley, Yara, Yves, Yusuf, Yokel oraz (Mr) Yuk. Samiczki co dwa tygodnie idą na „nocną randkę”. Po kopulacji trafiają do żłobka ze zbiornikami pełnymi rurek z PCW, do których składają setki jaj. Po kilku tygodniach zaczną się z nich wykluwać małe. Kiedy odwiedza-my żłobek, na półce stoi plastikowy kubek z kilkudziesięcioma podskakującymi w wodzie małymi kałamarnicami – każda ma nie więcej niż kilka milimetrów długości. Dziesięć samiczek jest w stanie wydać na świat sześćdziesiąt tysięcy młodych rocznie – to jeden z powodów, dla których są to tak fenomenalne zwierzęta laboratoryjne. A oto drugi: młode wykluwają się całkowicie sterylne. W środowisku naturalnym w ciągu kilku godzin zostałyby skolonizowane przez V. fischeri. W swoim laboratorium McFall-Ngai oraz Ruby mogą kontrolować kontakt świeżo wyklutych kałamarnic z jakimikolwiek symbiontami. Mogą oznaczyć komórki V. fischeri fluorescencyjnymi białkami i śledzić ich drogę do narządów świetlnych zwierzęcia. Mogą śledzić formowanie się partnerstwa.
Zaczyna się od fizyki. Powierzchnia narządów świetlnych kałamarnicy pokryta jest śluzem i polami rzęsek zwanych cilia, których ruch przypomina uderzenia biczem. Rzęski te tworzą rwący prąd, który przyciąga drobinki wielkości bakterii, ale nie większe. Mikroorganizmy, w tym również V. fischeri, gromadzą się w śluzie. Teraz fizyka ustępuje miejsca chemii. Kiedy jedna komórka V. fischeri do-tknie kałamarnicy, nie dzieje się nic. Dwie komórki: nadal nic. Ale jeżeli z ciałem ośmiornicy zetknie się pięć komórek, wówczas aktywuje się zapis genetyczny kałamarnicy. Niektóre z tych genów kodują wytwarzanie koktajlu antymikrobiotycznego, który nie robi krzywdy V. fischeri, ale tworzy nieprzyjazne środowisko dla innych mikroorganizmów. Inne geny odpowiadają za produkcję enzymów rozkładających śluz, uwalniając substancję, która przyciąga jeszcze więcej V. fischeri. Te zmiany wyjaśniają, dlaczego to V. fischeri szybko dominuje w warstwie śluzu, choć początkowo inne bakterie przewyższają ją liczebnie w stosunku tysiąc do jednego. To ona, i tylko ona, jest w stanie przekształcić powierzchnię ośmiornicy w miejsce, które przyciąga więcej przedstawicielek jej gatunku i zniechęca konkurencję. Zupełnie jak protagoniści powieści science fiction, którzy przekształcają niegościnne planety w wygodne, przypominają-ce Ziemię i nadające się do zamieszkania, domy – tyle że tu obiektem przekształcania jest zwierzę.
Kiedy już V. fischeri zmieni kałamarnicę na zewnątrz, zaczyna przemieszczać się do jej środka. Wślizguje się tam poprzez jeden z kilku otworów w narządzie świetlnym zwierzęcia, podróżuje długim kanałem, przeciska się przez zwężenie i w końcu dociera do kilku krypt pozbawionych wyjścia. Przybycie bakterii jeszcze bardziej zmienia kałamarnicę. Owe krypty są wyścielone przypominającymi wypustki komórkami, które teraz stają się większe i gęściej rozmieszczone, zamykając pojawiające się mikroorganizmy w ciasnym uścisku. W miarę jak bakterie dostosowują się do przekształconych wnętrz, drzwi do krypt zamykają się. Wejście ulega zwężeniu. Podobnie długie kanały. Pola rzęsek obumierają. Narząd świetlny osiąga dojrzałą formę. Kiedy już został skolonizowany przez odpowiednie bakterie – i znowuż: V. fischeri to jedyne bakterie, które kiedykolwiek pokonują tę trasę – nie zostanie nigdy skolonizowany ponownie.
No dobrze, ale co z tego? Wydaje się to jedynie dostępną dla wtajemniczonych masą szczegółów dotyczących życia jednego, mało znanego zwierzęcia. Jednakże za tymi szczegółowymi danymi dotyczącymi kałamarnicy kryje się ważna implikacja – którą McFall-Ngai natychmiast dostrzegła. W 1994 roku, po ukończeniu pierwszej fali badań nad kałamarnicą, napisała tak: „Wyniki niniejszych badań to pierwsze dane doświadczalne dowodzące, że konkretny symbiont bakteryjny może odegrać istotną rolę w rozwoju zwierzęcia”.
Innymi słowy, mikroorganizmy kształtują zwierzęce ciała.