คำเตือน: เรื่องนี้อาจทำให้คุณรู้สึกแย่
เป็นเรื่องเกี่ยวกับแมลงขนาดเล็กที่อาศัยอยู่ทั่วร่างกายของคุณ – บนผิวหนัง ในปาก ในจมูก และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในทางเดินอาหารของคุณ แมลงเหล่านี้มีมากมายจนมีจำนวนมากกว่าเซลล์ของคุณเองถึง 10 เท่า คุณเป็นจุลินทรีย์มากกว่ามนุษย์อย่างมากมาย
ก่อนที่คุณจะรู้สึกขยะแขยงจนหยุดอ่าน ให้พิจารณาสิ่งนี้: แมลงเหล่านี้มีความสำคัญต่อชีวิตของคุณพอๆ กับเซลล์ของคุณเอง จุลินทรีย์เหล่านี้มีอยู่ตั้งแต่ก่อนที่มนุษย์จะมีตัวตน และร่างกายของเราได้พัฒนาเพื่อปรับตัวให้เข้ากับการปรากฏตัวของพวกมันเช่นเดียวกับที่พวกมันได้ปรับตัวเข้ากับของเรา
พวกเขายังอ้างผู้เชี่ยวชาญคนหนึ่งซึ่งเป็น “พรมแดนสุดท้าย” ของการวิจัยทางการแพทย์ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของสุขภาพของเราที่นักวิทยาศาสตร์ไม่ค่อยได้พิจารณาจนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในความท้าทายที่น่ากลัวที่สุดที่นักชีววิทยาเผชิญอยู่ในปัจจุบัน
Bruce Birren ผู้อำนวยการร่วมของ Genome Sequencing and Analysis Program ที่ Broad Institute กล่าวว่า “เราไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับจักรวาลทั้งหมดที่เราโฮสต์นี้” ซึ่งเป็นความร่วมมือด้านการวิจัยระหว่างนักวิทยาศาสตร์ของ Harvard และ MIT “ราวกับว่าเรากำลังมาที่ดาวดวงนี้เป็นครั้งแรกและถามว่า: เราพบอะไร?”
สิ่งที่ผู้เชี่ยวชาญอย่าง Birren กำลังค้นพบคือบทบาทอันทรงพลังของแมลงตัวเล็ก ๆ เหล่านี้ที่อาจมีบทบาทในชีวิตของเรา จุลินทรีย์กว่า 1,000 สายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในลำไส้ของเราควบคุมการย่อยอาหาร และอาจมากกว่านั้นอีกมาก มีการเชื่อมโยงอย่างยิ่งกับการเพิ่มขึ้นของโรคภูมิแพ้และโรคหอบหืดและปัญหาทางเดินอาหาร เช่นโรคโค รห์น และอาการลำไส้ใหญ่บวม พวกมันยังมีอิทธิพลต่อระบบภูมิคุ้มกัน และมีหลักฐานเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ที่บ่งชี้ว่าจุลินทรีย์ในลำไส้อาจมีอิทธิพลต่อความเสี่ยงต่อมะเร็ง พวกเขายังสามารถกำหนดได้ว่าเราบรรจุน้ำหนัก เกิน หรือเป็นโรคเบาหวาน
และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าหนูที่ปราศจากเชื้อโรคมีความเสี่ยงต่อความเครียดมากขึ้น หนู 2 สายพันธุ์ที่ขึ้นชื่อเรื่องบุคลิกที่แตกต่างกัน ตัวหนึ่งอบอุ่นและเป็นมิตร อีกสายพันธุ์ก้าวร้าวและขัดแย้งกันได้เปลี่ยนลักษณะนิสัยเมื่อได้รับจุลินทรีย์ในลำไส้ของกันและกัน การศึกษาอื่น ๆ ได้เปลี่ยนแปลงการตอบสนองของหนูต่ออาการหัวใจวายโดยการเปลี่ยนจุลินทรีย์ในลำไส้ที่พวกเขาได้รับก่อนการโจมตี และกลุ่มของหนูที่เลี้ยงด้วยอาหารที่มีโปรตีนสูงมีจุลินทรีย์ในลำไส้ที่แตกต่างกันและมีทักษะความจำที่ดีกว่าหนูที่กินอาหารทั่วไป
“เราไม่สามารถเข้าใจสุขภาพของมนุษย์ได้อย่างแท้จริงหากไม่เข้าใจว่าเราโต้ตอบกับจุลินทรีย์เหล่านี้อย่างไร” Birren กล่าว
ตัวแบ่งรหัส
ในปีนี้ จะเห็นจุดสุดยอดของโครงการสำคัญสองโครงการที่พยายามทำความเข้าใจละครแมลงที่ตกเป็นอาณานิคมของเราให้ดีขึ้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่าไมโครไบโอม ในปี 2550 รัฐบาลสหรัฐฯ ได้เปิดตัวโครงการ Human Microbiome มูลค่า 157 ล้านดอลลาร์ ซึ่งใช้เวลา 5 ปี โดยมีเป้าหมายเพื่อจัดลำดับจีโนมของประชากรจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในปาก ลำไส้ รักแร้ และช่องปากอื่นๆ ของชาวอเมริกันที่มีสุขภาพดี 300 คน
ในปีต่อมา คณะกรรมาธิการยุโรปได้เปิดตัวโครงการมูลค่า 29 ล้านดอลลาร์ที่เรียกว่าMetagenomics of the Human Intestinal Tractหรือ MetaHIT ซึ่งมุ่งเน้นไปที่แบคทีเรียในลำไส้เท่านั้น ผลการวิจัยเบื้องต้นจากความพยายามทั้งสองถูกนำเสนอในการประชุม International Human Microbiome Congress ในกรุงปารีสเมื่อเดือนที่แล้ว Dusko Ehrlich ผู้ประสานงานของ MetaHIT และผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของสถาบันวิจัยการเกษตรแห่งชาติในฝรั่งเศสกล่าวว่า “ทั้งสองมีความก้าวหน้าอย่างมากอย่างแน่นอน”
แม้ว่านักวิจัยบางคนจะระมัดระวังไม่ให้ผลลัพธ์เกินจริง แต่ Ehrlich กล่าวว่าเขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ มีความมั่นใจในศักยภาพของการวิจัยไมโครไบโอมของมนุษย์ มากกว่าที่เคยเป็นเมื่อ 10 ปีที่แล้วเมื่อมีการพูดคุยกันทั้งหมดเกี่ยวกับจีโนมมนุษย์ “มันยากที่จะเป็นผู้เผยพระวจนะ” เออร์ลิชกล่าว “แต่เราเห็นศักยภาพในจีโนมมนุษย์-อื่น ๆ มากกว่าในจีโนมของเราเอง”
เขาอ้างเหตุผลสองประการสำหรับการมองโลกในแง่ดีของเขา: ความหลากหลายทางพันธุกรรมและการรักษา จีโนมของคนคนหนึ่งแตกต่างจากคนอื่นเพียง 0.1%; ในขณะที่จีโนมในลำไส้ของพวกเขาอาจแตกต่างกันไป 50% “เนื่องจากมีความแปรปรวนมาก จึงมีโอกาสมากขึ้นที่เราจะสามารถเชื่อมโยงความแตกต่างกับโรคได้” เขากล่าว และเสริมว่าการรักษาจุลินทรีย์ในลำไส้น่าจะง่ายกว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม และเขายังรู้สึกตื่นเต้นกับความสามารถในการทำนายโรคได้อีกด้วย บางทีสักวันหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงของข้อบกพร่องในลำไส้ของใครบางคนอาจเป็นสัญญาณบ่งชี้ถึงการเจ็บป่วยที่กำลังจะเกิดขึ้น ทำให้การเปลี่ยนแปลงในอาหารหรือยารักษาโรคเพื่อฟื้นฟูสมดุลของจุลินทรีย์ก่อนที่จะนำไปสู่ปัญหาสุขภาพที่ร้ายแรง
กระทืบตัวเลข
แต่ในขณะที่ข้อมูลหลั่งไหลเข้ามา ให้เริ่มการอภิปราย หนึ่งในการอภิปรายหลักในการประชุมเมื่อเร็วๆ นี้เกี่ยวกับการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้ว ซึ่งชี้ให้เห็นว่าผู้คนแบ่งออกเป็นสามประเภทหรือ enterotypes ตามที่ทราบ ขึ้นอยู่กับกลุ่มแบคทีเรียในลำไส้ที่อาศัยอยู่ที่นั่น แนวคิดในการมีกรุ๊ปเลือดรุ่นแมลงที่สามารถทำนายความเสี่ยงต่อโรคของบุคคลนั้นเป็นสิ่งที่น่าสนใจ แต่ผลการติดตามผลที่นำเสนอในปารีสแนะนำว่าขอบเขตระหว่างประเภทอาจคลุมเครือกว่าที่คิด
Ehrlich กล่าวว่าวิธีเดียวที่จะแก้ปัญหานั้นคือการศึกษาคนหลายพันคน “จำนวนนับ” เขากล่าว พร้อมเสริมว่านักวิจัยในยุโรป จีน สหรัฐอเมริกา และที่อื่น ๆ จำเป็นต้องร่วมมือกันเพื่อให้แน่ใจว่าขนาดตัวอย่างของพวกเขามีขนาดใหญ่พอที่จะสะท้อนความแตกต่างที่มีความหมายในไมโครไบโอม นอกจากนี้ยังหมายความว่านักวิจัยทั่วโลกจำเป็นต้องพัฒนาโปรโตคอลเพื่อให้พวกเขาทั้งหมดศึกษาสิ่งต่าง ๆ ในลักษณะเดียวกันและผลลัพธ์ของพวกเขาสามารถเปรียบเทียบได้
การติดตามไมโครไบโอมของมนุษย์ยังเกี่ยวข้องกับการจัดการข้อมูลมากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยรับมือมาก่อน จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่สามารถอาศัยอยู่ในจานเพาะเชื้อเท่านั้น เมื่อพวกเขาค้นพบวิธีแยกจุลินทรีย์ออกจาก DNA ของมนุษย์ พวกเขาก็เริ่มค้นพบสปีชีส์ใหม่หลายสิบชนิด แต่พวกเขากำลังรวบรวมข้อมูลลำดับดีเอ็นเอจากประชากรที่ซับซ้อนหลายพันล้านเบส หรือกิกาเบส และการหาว่าส่วนใดของ DNA ที่รวมกันเป็นเพียงส่วนหนึ่งของปริศนา คุณจะอนุมานได้อย่างไรว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นกำลังทำอะไรอยู่? พวกเขาทำงานร่วมกันเป็นระบบนิเวศได้อย่างไร? สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับสุขภาพของมนุษย์อย่างไร – ไม่ว่าจะเป็นสภาวะปกติหรือโรค – และคุณทราบได้อย่างไรว่าจุลินทรีย์ก่อให้เกิดอาการดังกล่าวหรือว่าตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไปหรือไม่?
Curtis Huttenhower ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้าน Computational Biology and Bioinformatics จาก Harvard School of Public Health กล่าวว่า ความสมดุลของจุลินทรีย์มีความสำคัญมากกว่าแต่ละสายพันธุ์ ตัวแสดงที่ไม่ดีสองสามอย่าง เช่น ซัลโมเนลลาจะทำให้คุณป่วยได้แม้ในระดับความเข้มข้นเพียงเล็กน้อย แต่ส่วนใหญ่แล้ว แบคทีเรียที่ดีจะคอยตรวจสอบสิ่งเลวร้าย ฮัตเทนฮาวร์ผู้ศึกษาโรคลำไส้อักเสบ และพวกเราหลายคนมีแบคทีเรีย Clostridium difficile อยู่ในตัวเราตลอดเวลาโดยไม่มีผลร้าย หลังจากการเปลี่ยนแปลงของประชากรจุลินทรีย์ กล่าวคือ หลังจากใช้ยาปฏิชีวนะแบบหนักหน่วงที่ทำลายสมดุล ซึ่งจะเห็นพลังการทำลายล้างของ C. difficile ทำให้เกิดอาการต่างๆ ตั้งแต่ท้องเสียไปจนถึงการอักเสบที่คุกคามถึงชีวิต ลำไส้ใหญ่
ถ่ายอุจจาระ
รูธ อาจารย์ประจำวิทยาลัยในย่านชานเมืองนิวยอร์ก รู้เรื่องนี้เป็นอย่างดี เด็กหญิงวัย 55 ปีรายนี้ ซึ่งขอให้ระบุชื่อเธอด้วยชื่อจริงเท่านั้น ได้เข้ารับการรักษาด้วยยาปฏิชีวนะในช่วงปลายปี 2549 สำหรับการติดเชื้อในกระเพาะปัสสาวะ ไม่กี่เดือนต่อมา เธอต้องการยาปฏิชีวนะอีกครั้ง คราวนี้สำหรับการทำหัตถการ และนั่นคือตอนที่ปัญหาของเธอเริ่มต้นขึ้น เธอมีอาการท้องร่วงอย่างรุนแรง และเริ่มลดน้ำหนักและแข็งแรง ปัญหาหนักใจที่สุดสำหรับผู้หญิงคนหนึ่งที่นักเรียนยังให้เครดิตกับเธอว่า “ร้อนแรง” ในระบบการให้คะแนนออนไลน์: ผมของเธอเริ่มร่วงเป็นชิ้นๆ ภายในเดือนพฤษภาคม 2550 เธอได้รับการวินิจฉัยว่าติดเชื้อ C. difficile และเริ่มใช้ยาปฏิชีวนะเพื่อรักษา มากกว่าหนึ่งปีต่อมา เธอยังคงใช้ยาปฏิชีวนะ – ในปริมาณที่สูงขึ้นมาก – และยังคงป่วยทุกครั้งที่เธอหยุด
เธอรู้สึกสิ้นหวังมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อทำการค้นคว้าทางอินเทอร์เน็ต เธอได้พบกับแนวคิดเรื่องการปลูกถ่ายอุจจาระ ในการปลูกถ่ายอุจจาระ อุจจาระจากคนที่มีสุขภาพดีจะถูกสอดเข้าไปในลำไส้ใหญ่ของอีกคน แนวคิดก็คือแมลงจากคนที่มีสุขภาพดีจะฟื้นฟูสมดุลของจุลินทรีย์ของผู้ป่วย
แม้ว่าแนวคิดของการปลูกถ่ายอุจจาระอาจดูน่าขยะแขยงในตอนแรก แต่การติดเชื้อ C. difficile นั้นแย่กว่ามาก “ความขุ่นเคืองของมันลึกซึ้ง คุณรู้สึกสกปรกและเป็นโรคติดต่อจริงๆ คุณกำลังเดินไปรอบ ๆ รู้สึกเหมือนตัวประหลาด” การปลูกถ่ายอุจจาระไม่ใช่เรื่องใหญ่หลังจากต้องรับมือกับ C. difficile เป็นเวลานาน
ผู้บริจาคอุจจาระซึ่งมักจะเป็นสมาชิกในครอบครัวหรือบุคคลอื่นที่มีความสำคัญ ได้รับการตรวจคัดกรองโรคติดเชื้อ เช่น เอชไอวีและซิฟิลิส และสำหรับรูปแบบการใช้ชีวิตที่อาจเป็นอันตรายต่อผู้รับ เช่น กิจกรรมทางเพศที่มีความเสี่ยงสูง
รูธบอกว่าเธอรู้สึกไม่เหมือนเดิมเกือบจะในทันทีหลังการปลูกถ่าย ซึ่งทำระหว่างการตรวจส่องกล้องตรวจลำไส้ใหญ่ และรู้สึก “เกือบจะปกติ” ภายในสามสัปดาห์ ในที่สุดเธอก็สามารถเลิกใช้ยาปฏิชีวนะได้ และความสิ้นหวังที่เธอรู้สึกเป็นเวลาหลายเดือนก็ค่อยๆ หายไป วันนี้ผมของเธองอกขึ้นใหม่ และเธอก็ฟื้นตัวเต็มที่แล้ว
Lawrence Brandt แพทย์ของเธอ ศาสตราจารย์และหัวหน้ากิตติคุณด้านระบบทางเดินอาหารที่วิทยาลัยแพทยศาสตร์ Albert Einstein ในนิวยอร์ก ได้ทำการปลูกถ่ายอุจจาระมาตั้งแต่ปี 1990 เขาบอกว่าเขารู้สึกประทับใจกับความสำเร็จของกระบวนการที่ประสบความสำเร็จ ราคาไม่แพง และปลอดภัยอย่างเห็นได้ชัด – ไม่มี รายงานอาการไม่พึงประสงค์ที่สำคัญ งานวิจัย ของเขา ซึ่งบางส่วนยังไม่ได้เผยแพร่ ชี้ให้เห็นว่าการปลูกถ่ายอุจจาระมีประสิทธิภาพ 91% ในหลายร้อยกรณีทั่วโลก ยังไม่มีการศึกษาเรื่องการปลูกถ่ายอวัยวะที่ควบคุมด้วยยาหลอกแบบมาตรฐานทองคำ แบบปกปิดสองทาง และควบคุมด้วยยาหลอก แต่มีความเห็นเป็นเอกฉันท์มากขึ้นเรื่อยๆ ว่าการปลูกถ่ายอุจจาระเป็นความคิดที่ดีสำหรับผู้ที่ติดเชื้อ C. difficile แบบถาวร
สักวันหนึ่งเขาคาดการณ์ว่าขั้นตอนจะได้รับการทดสอบและใช้กับความเจ็บป่วยอีกมากมายเช่นกัน และในที่สุด บริษัทยาจะหาวิธีบรรจุแบคทีเรียที่ถูกต้อง และไม่จำเป็นต้องปลูกถ่ายอุจจาระ เขากล่าว “วันนี้ เราใช้อุจจาระ เนื่องจากเรายังไม่ได้ศึกษาสูตรผสมของสิ่งมีชีวิตที่บกพร่องในแต่ละโรคที่เรากำลังพูดถึง”
การเปลี่ยนแปลงของประชากร
แน่นอนว่าการปลูกถ่ายอุจจาระไม่ใช่วิธีเดียวที่จะเปลี่ยนจุลินทรีย์ในลำไส้ ดังที่รูธมีประสบการณ์ ยาปฏิชีวนะ – โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลักสูตรที่ทำซ้ำๆ กัน – สามารถปรับสมดุลได้ เช่นเดียวกับการเจ็บป่วยที่รุนแรงและการเปลี่ยนแปลงของอาหาร ยีนอาจทำให้คุณเสี่ยงต่อการติดเชื้อแบคทีเรียไม่มากก็น้อย Huttenhower กล่าว “หากคุณมีแนวโน้มและชุมชนจุลินทรีย์ของคุณเข้าสู่สภาวะที่มีความเสี่ยงสูงโดยบังเอิญ ปัจจัยเหล่านั้นอาจรวมกันทำให้เกิดโรคได้”
โดยส่วนใหญ่ ประชากรที่คุณมีในวัยเด็กจะอยู่กับคุณไปตลอดชีวิต Graham Rook ศาสตราจารย์กิตติคุณด้านจุลชีววิทยาทางการแพทย์ที่ University College London กล่าวว่าแม้หลังจากที่จุลินทรีย์ถูกรบกวนด้วยยาปฏิชีวนะ พวกเขามักจะกลับไปเป็นค่าพื้นฐาน
เหตุการณ์ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเริ่มต้นของชีวิต อาจส่งผลต่อเส้นพื้นฐานนั้น ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วพบว่าทารกที่คลอดโดย C-section มีจุลินทรีย์ในลำไส้ที่แตกต่างจากที่คลอดทางช่องคลอดอาจเป็นเพราะว่าพวกมันได้สัมผัสกับแมลงต่างๆ บนเส้นทางของพวกเขา Ehrlich จาก MetaHIT ชี้ไปที่การวิจัยอื่น ๆ ที่ชี้ให้เห็นว่าจำนวนจุลินทรีย์ของทารกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องจนถึงอายุประมาณ 2 ขวบ ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนว่าความแตกต่างตั้งแต่แรกเริ่มนี้ หรือการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในวัยเด็กตอนต้น มีผลกระทบต่อสุขภาพในระยะยาวหรือไม่
นักวิจัยเชื่อว่าจุลินทรีย์ของคนที่อาศัยอยู่ด้วยกันจะเริ่มมีความคล้ายคลึงกัน Gary Huffnagle นักภูมิคุ้มกันวิทยาและศาสตราจารย์ด้านภูมิคุ้มกันวิทยาและศาสตราจารย์ของ Gary Huffnagle กล่าวว่า “คุณจะแบ่งปันกันและกันมากกว่าเมื่อเทียบกับคนที่อาศัยอยู่ในชิคาโก อายุรศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน “ยิ่งคุณอยู่ร่วมกันนานเท่าไหร่ ทฤษฎีก็คือคุณจะเริ่มดูเหมือนกันและกันมากขึ้นเท่านั้น”
จากนั้นมีโยเกิร์ตและเครื่องดื่มโปรไบโอติกนับไม่ถ้วนวางตลาดภายใต้คำกล่าวอ้างว่าการบริโภคจุลินทรีย์ที่ “เป็นมิตร” ของพวกมันนั้นดีต่อสุขภาพของคุณ ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วชี้ให้เห็นถึงผลกระทบที่อาจจะเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น การเปรียบเทียบตัวอย่างอุจจาระ DNA จากฝาแฝดที่เหมือนกันที่กินโยเกิร์ตโปรไบโอติกกับคนที่ไม่ได้แสดงความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในการแต่งหน้าของแบคทีเรียในลำไส้ของพวกมัน แต่การศึกษาในหนูพบว่าโยเกิร์ตโปรไบโอติกส่งผลต่อการทำงานของยีนที่ทำให้แบคทีเรียในลำไส้สลายตัว คาร์โบไฮเดรต
นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าบางคนอาจตอบสนองต่อโปรไบโอติกและการเปลี่ยนแปลงของอาหารได้ดีกว่าคนอื่นๆ หรือไม่ Ehrlich กล่าวว่า “สัญญาอันยิ่งใหญ่แห่งอนาคต” คือการเปลี่ยนแปลงทางโภชนาการที่เรียบง่ายสามารถจัดการกับความสมดุลของข้อบกพร่องในลำไส้ของเราก่อนที่โรคจะพัฒนา เมื่อถึงเวลานั้นไม่อาจคาดเดาได้ เขากล่าว แต่อย่างน้อย Human Microbiome Project และนักวิทยาศาสตร์ MetaHIT เริ่มรู้ว่าจะถามคำถามใด
จนกว่าจะถึงเวลานั้น นักวิจัยอายุ 69 ปีอาจมีข้อเสนอแนะที่แปลกใหม่สำหรับคนหนุ่มสาว ถ้าเขาอายุ 18 ปีอีกครั้ง เขาบอกว่าเขาจะแช่แข็งตัวอย่างอุจจาระที่ biobank อย่างลึก เผื่อในกรณีที่เขาจำเป็นต้องปลูกถ่ายอุจจาระ เห็นไหม ฉันบอกคุณแล้ว เรื่องนี้จะทำให้คุณทึ่ง
