Tarmbakterienes økologiske dynamikk

Vi vet alle at tarmens bakterieflora er svært viktig for oss. Den påvirker vesentlige fysiologiske prosesser som næringsopptak, utvikling og immunitet. Ubalanser i tarmfloraen er videre knyttet til sykdommer som diabetes, sykelig overvekt, inflammatoriske tarmsykdommer samt visse typer kreft. Det er derfor av potensielt stor nytte å få en mer dyptgående forståelse av hvordan de ulike populasjonene i tarmens bakteriesamfunn reguleres.

Naturlige økologiske systemer består av populasjoner av organismer som forholder seg til hverandre og det abiotiske (ikke-levende) miljøet de lever i. Interaksjonene fører til at populasjonene endrer seg i tid og rom; vi har med andre ord en økologisk dynamikk.

I knapt 40 år har jeg arbeidet med å forstå den økologske dynamikken hos arter som lemen, hare og gaupe. Dette har jeg gjort blant annet ved å analysere data som er registrert over svært mange år, og som beskriver hvordan antall individer av disse artene varier over tid innen et bestemt område.

De siste årene har jeg anvendt de statistiske analyseteknikkene fra denne forskningen for å forstå den økologiske dynamikken i tarmens bakteriesamfunn. Dette systemet består av flere tusen milliarder celler – i menneskekroppen finnes det faktisk flere bakterie- enn menneskeceller – som representerer hundrevis av arter. Det finnes ingen grunn til å anta at tarmfloraen kontrolleres av prinsipper som er annerledes enn i de økologiske systemene jeg nevner ovenfor.

Min tidligere PhD-student, nå post doc. Pål Trosvik og jeg startet dette arbeidet for 5 år siden. Vi utviklet nye metoder for å «telle» antall bakterier innen de enkelte bestander i sammensatte systemer og anvendte økologiske analyseteknikker på data samlet over tid. Det har ikke vært trivielt å generere denne typen data fordi bakteriecellene er små, ofte vanskelige å skille fra hverandre visuelt, og forekommer i svært høye antall. De DNA-baserte metodene vi utviklet gjør det relativt enkelt å følge hvordan bakteriesamfunn varierer over tid.

Hos friske, voksne mennesker er tarmfloraens struktur av en slik beskaffenhet at den forholder seg nokså stabil, men dynamikken kan også være sterkt variabel og tilsynelatende kaotisk, slik vi gjerne ser hos spedbarn. I tillegg kan vi observere avvikende dynamikk i forbindelse med mageproblemer og annen sykdom. Slike dynamiske endringer bunner i endrede økologiske interaksjoner, til dels artene imellom og til dels med hensyn til hvordan det kjemiske miljøet påvirker disse interaksjonene.

Ved å beskrive – matematisk – hvordan bakteriene som lever sammen i tarmen gjensidig påvirker hverandre, og hvordan disse interaksjonene påvirkes av det kjemiske miljøet i tarmen, har vi dannet grunnlaget for å endre dynamikken på en forutsigbar måte. Å innarbeide denne type økologisk kunnskap i farmasøytisk forskning og industri vil kunne gi mer effektiv behandling av tarmproblemer enn hva vi har i dag.

Mer om dette kan du finne i disse artiklene:

Pål Trosvik, Knut Rudi, Tormod Næs, Achim Kohler, Kung-Sik Chan, Kjetill S. Jakobsen & Nils Chr. Stenseth (2008): Characterizing mixed microbial population dynamics using time-series analysis. ISME Journal, Juli 2008 (publisert on-line 03.04.08).

Pål Trosvik, Nils Chr. Stenseth & Knut Rudi (2010): Convergent temporal dynamics of the human infant gut microbiota. ISME Journal, Februar 2010 (publisert on-line 27.08.10).

Powered by Labrador CMS