Σαφάρι στη ζούγκλα των στοματικών σου μικροβίων Understand article

Μετάφραση από: Πάνο Δημητρίου (Panos Dhmhtriou) – Φοιτητής Βιολογίας, ΕΚΠΑ και Παναγιώτη Κ. Στασινάκη (Panagiotis K. Stasinakis) - Εκπαιδευτικός, Βιολόγος, MEd, PhD, Πανελλήνια Ένωση…

Luis Bejarano
Ο Luis στο εργαστήριο
Εικόνα ευγενική χορηγία του
Luis Bejarano

Τραβώντας μακριά τα χείλη, ανοίγεις τα μάτια σου και χαμογελάς στα όμορφα μάτια μπροστά σου. Αλλά αυτό το φιλί δεν αφήνει και στους δυο απλώς ένα θερμό συναίσθημα, μια κοινή στιγμή: με αυτό το φιλί αυτό ανταλλάχτηκαν μικρόβια από το ένα στόμα στο άλλο. Μπορεί να ακούγεται αηδιαστικό, αλλά κάθε φιλί –μαζί με κάθε τσιγάρο, γεύμα ή αντικείμενο που βάζεις στο στόμα σου – μπορεί να αλλάξει  ελαφρώς  τον μικροβιακό πληθυσμό στο στόμα σου και τελικά την υγεία σου.

Για δυόμιση μήνες το 2015, ο ερευνητής  Luis Bejarano ταξίδεψε πάνω από 7000 χιλιόμετρα στην Ισπανία, συλλέγοντας δείγματα σιέλου από δεκαπεντάχρονα σε 40 σχολεία για ένα ερευνητικό πρόγραμμα με την ονομασία Saca la lengua (Βγάλε τη γλώσσα σου έξωw1). Με μόλις ένα φορτηγάκι εξοπλισμένο με έναν φυγοκεντρωτή και έναν καταψύκτη, ο Bejarano συνέλλεξε περισσότερα από 1600 δείγματα. «Είναι  το μεγαλύτερο επαγγελματικό ταξίδι που έχω κάνει», επισημαίνει o Luis χαμογελώντας.

«Στόχος μας είναι να κατανοήσουμε τη σύνδεση μεταξύ συγκεκριμένων συμπεριφορών ή περιβαλλόντων και ορισμένων μικροοργανισμών», εξηγεί ο Toni Gabaldon, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας στην οποία ο εργάζεται ο Luis, στο Κέντρο Γονιδιωματικής Ρύθμισης, στη Βαρκελώνη. Για αυτό το σκοπό, η ομάδα του δημιουργεί έναν κατάλογο με τις συνήθειες των μαθητών και των μικροοργανισμών που βρέθηκαν στα στόματά τους, συμπεριλαμβάνοντας  βακτήρια και μύκητες.

Η ερευνητική εργασία όχι μόνο εμπλέκει τους μαθητές σε πραγματική έρευνα, αλλά επιπλέον προσφέρει μια τεράστια συλλογή δειγμάτων για τους ερευνητές. «Χάρη στη συνεργασία των μαθητών, διεξάγουμε μια από τις μεγαλύτερες σε κλίμακα μελέτες που έχουν γίνει ως τώρα, σχετικά με τα στοματικά μικρόβια», προσθέτει ο Luis.

tongue out
Εικόνα ευγενική χορηγία της Scarleth Blanco 

Μικροβιακή ζούγκλα

Οι μονοκύτταροι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των βακτήριων, πρωτοανακαλύφθηκαν το 17ο αιώνα από τον Ολλανδό έμπορο και επιστήμονα Antonie Van Leeuwenhoek, όταν κοίταξε με το μικροσκόπιο το σάλιο του και τη στοματική του πλάκα. Σήμερα γνωρίζουμε πως τα στόματά μας είναι μια πραγματική ζούγκλα: μια γειτονιά από συνυπάρχοντα είδη, για τα οποία οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον όρο στοματικό μικροβίωμα.  Κάθε χιλιοστόλιτρο (mL) σιέλου περιέχει περίπου 140 εκατομμύρια μικρόβια, με πάνω από 700 διαφορετικά είδη μικροβίων μόνο στο στόμα σου.

Στην πραγματικότητα, τα μικρόβια είναι αναπόσπαστο κομμάτι μας, εσωτερικά και εξτωτερικά, και όλοι αποτελούμε οικία για τεράστιο αριθμό από αυτά. Με συνολικό βάρος περίπου 1,5 κιλό τα μικρόβια στο στόμα, έντερο και δέρμα αποτελούν το 90% όλων των κυττάρων  του σώματός μας (He et al, 2015). Κατά κάποιο τρόπο είμαστε περισσότερο μικροβίωμα παρά άνθρωπος.

Η ισορροπία ανάμεσα στα διαφορετικά μικρόβια συνεχώς μεταβάλλεται και οι μεταξύ τους μάχες είναι συνηθισμένες: τα αντιβιοτικά τα οποία σήμερα σώζουν ζωές σε όλο τον κόσμο, είναι βασισμένα στα όπλα που χρησιμοποιούν τα μικρόβια για να συναγωνιστούν το ένα το άλλο, για εδαφική επικράτεια και τροφή.

Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν ότι το στοματικό μικροβίωμα δεν αποτελείται μόνο από μικρόβια  που προκαλούν τερηδόνα, αλλά επίσης συνδέεται ξεκάθαρα με διάφορες παθήσεις, όπως παγκρεατικός καρκίνος, αθηροσκλήρωση (μορφή καρδιοπάθειας), διαβήτη και παχυσαρκία (δες το πλαίσιο και He et al, 2015). Είναι τα μικρόβια στο στόμα, η αιτία ή το αποτέλεσμα αυτών των παθήσεων; Και πώς οι μικροοργανισμοί επηρεάζουν τα απομακρυσμένα όργανα; Οι επιστήμονες μέχρι τώρα δεν γνωρίζουν τις απαντήσεις  αυτών των ερωτημάτων, αλλά αν το στοματικό μικροβίωμα αλλάζει στα πρώιμα στάδια μιας ασθένειας, εντοπίζοντας αυτές τις αλλαγές με μία εξέταση σιέλου θα βοηθούσε  τους γιατρούς να διαγνώσουν αυτές τις παθήσεις  με μια απλή μέθοδο δειγματοληψίας: ένα στοματικό διάλυμα. Αυτές οι ερωτήσεις ήταν που οδήγησαν τον Luis έξω στον δρόμο για να επισκεφθεί σχολεία και να ζητήσει από τους μαθητές τη βοήθεια – και το σάλιο τους.

«Βγάλε τη γλώσσα σου έξω»

O Luis παρέμενε τρεις με τέσσερις ώρες σε κάθε σχολείο, εξηγώντας την ερευνητική εργασία και μιλώντας για τη ζωή ενός επιστήμονα. «Προσπάθησα να δείξω στους μαθητές ότι η επιστήμη μπορεί να γίνει αρκετά διασκεδαστική», εξηγεί. Και προσθέτει: «Εγώ απολαμβάνω πολύ να εργάζομαι στο εργαστήριο». Μετά την εισαγωγή, οι εθελοντές-μαθητές συμπλήρωσαν ένα ανώνυμο ερωτηματολόγιο με ερωτήσεις που αφορούσαν τον τρόπο ζωής τους. Πολλές από τις ερωτήσεις προήλθαν από τους ίδιους τους μαθητές, οι οποίοι, μήνες νωρίτερα, είχαν βοηθήσει να προσδιοριστούν οι μεταβλητές του τρόπου ζωής που επρόκειτο να δειγματιστούν και να αναλυθούν. Χάρις σε αυτό τον συλλογικό καταιγισμό ιδεών, οι επιστήμονες  συνέλλεξαν δεδομένα με ένα μεγάλο αριθμό ενδιαφέροντων συνηθειών τις οποίες δεν είχαν σκεφθεί να συμπεριλάβουν στην αρχική τους μελέτη, όπως το δάγκωμα των νυχιών, το δάγκωμα των στυλό ή το φιλί στο στόμα. Στη συνέχεια, οι μαθητές εν τάχει ξέβγαζαν το στόμα τους με ένα αλατούχο ρυθμιστικό διάλυμα (σύστημα ελέγχου του pH),  και απόθεταν το περιεχόμενο του στόματός τους σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα, δίνοντας το δείγμα τους.

Στο δρόμο
Εικόνα ευγενική χορηγία του Luis Bejarano

Στο εργαστήριο, οι ερευνητές  πρέπει να είναι  εφευρετικοί για να ταυτοποιήσουν όλα τα μικροβιακά είδη σε κάθε δείγμα. «Τυπικά, η μελέτη των μικροοργανισμών γίνεται καλλιεργώντας τους σε ένα τρυβλίο, στο εργαστήριο», επισημαίνει ο Toni, «αλλά αυτό είναι αδύνατο για περίπου το 50% των μικροβίων που ζουν μέσα στο στόμα μας, απλά γιατί δεν αναπτύσσονται. Αντίθετα, η ομάδα στράφηκε  στην γονιδιωματική ανάλυση για να ταυτοποιήσει όλα τα είδη, χρησιμοποιώντας το μικροβιακό DNA. Η ερευνητική ομάδα θα αναζητήσει για συγκεκριμένες, χαρακτηριστικές αλληλουχίες DNA τις οποίες και θα συγκρίνει μεταξύ των οργανισμών για να προσδιορίσει ποια είδη βρίσκονται μέσα σε κάθε στόμα.

Η περιπέτεια συλλογής δειγμάτων για τον Luis τελείωσε τον Απρίλη του 2015 και από τότε το εργαστήριο είναι απασχολημένο με τα δείγματα, ώστε να αποκτήσει και να διαβάσει τις γενετικές  πληροφορίες. Οι μαθητές και το ευρύ κοινό  βοηθούν στην παρούσα φάση με την ανάλυση και την ερμηνεία των δεδομένων: κάνοντας στατιστικές αναλύσεις των απαντήσεων της έρευνας και προτείνοντας νέους τρόπους οπτικοποίσης των δεδομένων, μέχρι εκτελώντας βιοπληροφορικές αναλύσεις παρόμοιες με αυτή που περιγράφεται στο Tenorio (2014). Οι συμμετέχοντες που παρέχουν ιδέες ενδέχεται να εμφανιστούν ως συν-συγγραφείς στις παραγόμενες επιστημονικές δημοσιεύσεις, καθώς και να νικήσουν ένα ταξίδι για το 2016 στη Βαρκελώνη, ώστε να επισκεφθούν αυτοπροσώπως το εργαστήριο.

«Πιστεύω ότι οι μαθητές που έλαβαν μέρος σε αυτή την ερευνητική εργασία, το διασκέδασαν αρκετά: ήταν μια εντελώς καινούρια και διαφορετική δραστηριότητα», καταλήγει ο Luis. Αν μη τι άλλο, οι μαθητές θα έχουν πια ξεκάθαρη αντίληψη για το τι σημαίνει να φιλάς κάποιον, από μικροβιακή σκοπιά.

Στοματικό μικρόβια: τα καλά, τα κακά και τα άσχημα

Την ώρα που οι ερευνητές ακόμα συνδέουν μεταξύ τους τα περίπλοκα μικροβιώματα από όλα τα δείγματα που συλλέχθηκαν στην Ισπανία αυτή τη χρονιά, εμείς γνωρίζουμε ήδη ότι η περίσσεια  ή η έλλειψη συγκεκριμένων μικροβίων στο στόμα συνδέεται με ποικίλα φαινόμενα.

  • Στα δόντια: o Streptococcus mutans και διάφορα άλλα βακτήρια προκαλούν κοιλότητες/τρύπες στα δόντια, αλλά κάποια άλλα όπως το Streptococcus spp. εμποδίζουν την αποίκιση  μικροβίων τα οποία προκαλούν περιοδοντίτιδα (ασθένεια των ούλων). Το κάπνσιμα  είναι γνωστό ότι είναι ένας αρνητικός παράγοντας για περιοδοντίτιδα, πιθανόν επειδή εξασθενεί την προστατευτική λειτουργία του Streptococcus spp. (He et al, 2015).
  • Στη γλώσσα: η άσχημη αναπνοή (δυσοσμία στόματος) είναι το επακόλουθο της απελευθέρωσης πτητικών χημικών ενώσεων θείου και δύσοσμων λιπαρών οξέων που παράγονται κατά την διάρκεια της αποσύνθεσης αμινοξέων και πρωτεϊνών  από διάφορα μικρόβια (Solobacterium moorei, Atopobium parvulum και Eubacterium sulci). Επίσης, σε κάποιους ανθρώπους η δυσοσμία του στόματος οφείλεται στην έλλειψη ορισμένων μικροβίων τα οποία βρίσκονται φυσιολογικά πάνω στη γλώσσα, συμπεριλαμβανομένων των Streptococcus salivarius και Rothia mucilaginosa (He et al, 2015).
  • Στη σίελο: η παρουσία των Neisseria elongata και Streptococcus mitis μπορεί να προβλέψει την παρουσία καρκίνου του παγκρέατος, με ακρίβεια μεταξύ 80% – 90% (Michaud & Izard, 2014), και το Selenomonas noxia έχει συνδεθεί με την παχυσαρκία (Yoshizawa et al, 2013). 

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

Author(s)

Ο Jose Viosca  είναι νευροεπιστήμονας  που έχει στραφεί στην επιστημονική ενημέρωση, με ενδιαφέρον στους ανθρώπους, την εκπαίδευση της επιστήμης και οτιδήποτε προσελκύει την προσοχή του. Αφού ολοκλήρωσε τη μεταδιδακτορική του έρευνα στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας στο Ιταλικό Monterotondo, βρίσκεται πια ως συντάκτης στο Science in School. Βρείτε τον στο twitter @jviosca


Review

Αυτό το άρθρο είναι μία καλή αφετηρία για την παρουσίαση της βιολογίας ως επιστήμη και την σύνδεση της ανάμεσα σε όλες  τις φυσικές επιστήμες,  συμπεριλαμβανομένων των μαθηματικών. Η ουσία είναι πως η βιολογία αποτελεί το κέντρο ενός δικτύου στο οποίο όλες οι άλλες επιστήμες μπορούν να είναι συνδεμένες μεταξύ τους, αν απαιτείται. Tέτοιο δίκτυο είναι απαραίτητο για να εξηγηθούν ποικιλία φυσικών φαινομένων και το άρθρο αποδεικνύει ότι κάποιος πρέπει να χρησιμοποιήσει πολλές προσεγγίσεις από διαφορετικές επιστήμες για να καταλήξει σε ένα συμπέρασμα.

Καθηγητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το άρθρο ως μια εισαγωγή στα πρώτα μαθήματα της Βιολογίας, τα οποία προσφέρονται για μαθητο-κεντρική διδασκαλία. Ο εκπαιδευτικός θα μπορούσε επίσης να καθοδηγήσει τους μαθητές να μελετήσουν μια επιστημονική εργασία ως μέρος μιας άσκησης κατανόησης, επιτρέποντάς τους να κατανοήσουν τα δεδομένα και να διατυπώσουν ερωτήσεις για να εξερευνήσουν τα ερευνητικά ζητήμα, διατυπώνοντας ερωτήσεις και απαντήσεις. Θέματα συζήτησης θα μπορούσαν να αναπτυχθούν από τους μαθητές, ενώ ο εκπαιδευτικός θα πρέπει παρεμβαίνει ελάχιστα, παρά μόνο για να θέτει άμεσα τα θέματα.


Friedlinde Krotscheck, Austria




License

CC-BY-NC-ND