10 sätt parasiter, virus och bakterier har hjälpt människor

Parasiter, bakterier och virus har varit mänsklighetens gissel så länge vi har varit här, men sjukdomen har omformat vår historia och påverkat vår utveckling. Parasiter hjälpte våra immunförsvar att öka det som krävdes för att komma igång, och den ödmjuka bakterien har hjälpt diktera den form som denna planet har tagit. Ibland verkar det som om vi människor bara är leksaker i sina händer, men de har inte bara varit lurfulla styrkor som kasta oss som luggdockor. Dessa mikroorganismer har också gjort otroliga saker för att hjälpa mänskligheten.

10 Virusen vi utförde från Afrika hjälpte oss att överleva

Tack vare vetenskapen om viral molekylär genetik vet vi nu ganska lite om de buggar som infekterade oss längs vår evolutionära väg, och vi har funnit att dessa hitchhikers har gjort en hel del för att hjälpa oss på vägen. Det var till exempel det evolutionära trycket de ställde på vårt immunsystem som gjorde det så robust som det är idag. Dessutom kan virus ha spelat en roll i förlusten av specifika receptorer som vi en gång hade på ytan av våra celler att smittsamma medel kunde låsa på och användas för att orsaka sjukdom. Genom att rida människokroppen av denna sjukdomskälla skapade virus en säkrare miljö för sig själva, vilket gynnar alla involverade.

Men de kan också ha spelat en roll för att se till att det var bland konkurrerande hominida arter Homo sapiens som kom ut på toppen. Medan vår art utvecklades, uppmuntrade sjukdomar och parasiter genetisk mångfald och uttorkade det oförmögna. En gång den första Homo sapiens lämnade kontinenten, de tog med sig sina smittsamma organ och parasiter. Om du har läst om nordamerikanska och europeiska koppor vet du hur det går.

Medan det inte skulle ha varit den enda faktorn, skulle virusparasiter sprida sig till andra hominider som Homo neanderthalensis (Neanderthals), som inte skulle ha haft någon tidigare exponering för de nya buggarna och hade en nasal struktur som var mindre effektiv vid filtrering av luft och att hålla nya virus i sträck. De skulle ha förstört andra hominida arter, eftersom buggarna var primed att leva i liknande miljöer, men hominiderna var inte primed för att ta emot dem. Modeller har visat att om Neanderthals hade en dödlighet som bara var 2 procent högre än människa skulle det ha varit tillräckligt för att de skulle utrotas efter 1000 års konkurrens. Medan sjukdomen otvivelaktigt inte var den enda faktorn, skulle det verkligen ha spelat en stor roll.

De flesta modellerna för utveckling av mänskliga sjukdomar hävdar att de huvudsakligen utvecklats under den neolitiska eran, efter att mannen flyttade från Afrika och befolkningen ökade, så det finns några bevis på detta selektiva virala tryck. Många av dessa tidiga virus har till och med varit så framgångsrika att deras gener bokstavligen har blivit en del av vårt DNA. Till exempel har det humana genomet visat sig innehålla gener från Borna virus som uppnåddes för omkring 40 miljoner år sedan. Faktum är att forskare har isolerat cirka 100 000 delar av mänskligt DNA som har kommit från virus, mestadels inom det som kallas vårt Äujunk DNA. De virus som utgör majoriteten av vårt skräp-DNA kallas endogena retrovirusar, och de är så mycket en del av oss som en vetenskapsman nyligen förde med, Äback till livet, och även infekterade hamstrar och katter med den.

9Modern-dag medicinska användningar av lek och maggots

I tusentals år har den europeiska leken (Hirudo medicinalis) användes i medicin för blodsömningsändamål och behandlade ett brett spektrum av störningar från hemorrojder till öroninfektioner. Övningen går så långt tillbaka i tiden som en egyptisk målning från 1500 B.C. avbildar deras användning. Några nationer har aldrig slutat använda dem, men praktiken föll i favör i västvärlden med kunskap om bakterier och efterföljande fokus på kiemteori för medicinsk behandling.

På 1970- och 1980-talet gjorde emellertid leeches återkommande. Kosmetiska och rekonstruktiva kirurger fann att de var en effektiv metod för att tömma blod från svullna ansikten, svarta ögon, lemmar och siffror. De är också användbara för att återmontera små kroppsdelar som öron och flikar i huden, eftersom de drar bort blod som kan sticka och avbryta läkningsprocessen. Leeches har räddat människor från amputationer och kan till och med lindra smärta av artros. Även veterinärer använder dem ibland.

Maggots, å andra sidan, är naturens städpersonal. De är bra för att äta bort dött eller infekterat kött, vilket avslöjar den hälsosamma vävnaden nedan i en process som kallas debridement. De har också visat sig vara en effektiv behandling av sår, gangre, hudcancer och brännskador bland annat.

Maggots och leeches, så brutna som de är, är så effektiva att FDA klassificerade dem som de första medicinska medicinen i 2010, vilket banar väg för en hel bransch som kallas bioterapi. En organisation som heter Bioterapeutics Education and Research Foundation (BTERF) har till och med sprungit upp för att öka medvetenheten om de nya användningarna för dessa gamla critters, och det finns flera företag som säljer dem.

8 parasiter och våra immunsystem kan ha utvecklats för att skydda oss från allergier

Forskare som studerar effekterna av gastrointestinala parasiter har kommit med en förvånande teori: Efter parasiter först koloniserade våra gastrointestinala system utvecklades de under miljontals år förmågan att undertrycka våra immunförsvar. Samtidigt utvecklades våra egna kroppar för att delvis kompensera för effekten.

Den förvånande delen och vad det här betyder för människors hälsa är att när parasiter och ofarliga mikroorganismer som finns i vatten och jord i stor utsträckning har avlägsnats från sin naturliga miljö inom oss i utvecklade länder genom användning av modern medicin, överlever våra immunförsvar faktiskt för deras förlust, vilket leder till allergier och till och med ökade chanser för astma och eksem.

Denna "gamla vänners" hypotes (ibland kallad "hygienhypotesen", men det är faktiskt mer av en komplementär teori) har fått mer stöd de senaste åren när vi identifierar nya sätt som mikroorganismer har hjälpt oss att överleva över eonerna. Kliniska prövningar har utförts med användning av maskar för att testa mot multipel skleros, IBD och allergier.

Den främsta förespråkaren av den gamla vänskapshypotesen är Graham A.W. Rook av University College London. Han föreslog det först 2003, och sedan dess har det också föreslagits som en möjlig orsak till vissa former av stress och depression.

Vissa människor har tagit den gamla vänskapshypotesen till sin ultimata logiska slutsats att om vi tar bort våra parasiter från samhället, har vi fått hälsoproblem. Under 2008 genomförde University of Wisconsin professor i neurologi John Fleming en klinisk studie där han infekterade multipel sklerospatienter med parasitära maskar för att testa deras effektivitet mot sjukdomen. Under en period av tre månader reducerades patienter som hade i genomsnitt 6,6 aktiva lesioner runt hjärnans nervceller till i genomsnitt två. När försöken var över, sköt antalet skador upp till 5,8 inom två månader. I tidigare försök såg parasiterna positiva effekter på ulcerös kolit och Crohns sjukdom också.

Parasitterapi är dock fortfarande i försöksfaserna och har förmodligen negativa effekter som uppväger de positiva. Från och med nu har FDA klassificerat maskarna som biologiska produkter som inte kan säljas förrän det är säkert. Endast en art, Trichuris suis, har godkänts för testning under Investigational New Drug (IND) status.

7Virotherapy

En av de mest spännande och lovande grenarna av medicin de senaste decennierna är viroterapi, en bioteknikteknik för att omprogrammera virus för att behandla sjukdomar. År 2005 meddelade forskare vid UCLA att de hade vridit en av mänsklighetens dödligaste fiender till en cancermördare när de omprogrammerade en modifierad stam av HIV för att jaga och förstöra cancerceller. Runt samma gång, forskare på Mayo Clinic i Rochester, Minnesota modifierade mässlingviruset för att göra detsamma.

Tekniken liknar den som används för att odla genetiskt konstruerade växter, genom att ett virus används som ett genleveransmedel. Det har länge erkänts som det mest effektiva sättet för genöverföring. Detta system används för produktion av användbara proteiner i genterapi och har stor potential för behandling av immunologiska störningar såsom hepatit och HIV.

Virus har varit kända för att ha potential att behandla cancer sedan 1950-talet, men tillkomsten av kemoterapi saktade dess framsteg. Idag visar virotherapy att vara extremt effektiv mot tumörer utan att skada de friska cellerna kring det. Kliniska prövningar av onkolytisk viroterapi har visat låg toxicitet och lovande tecken på effekt. År 2013 blev ett läkemedel som kallades talimogen laherparepvec (TVEC) det första läkemedlet baserat på ett tumördödande virus för att lyckas vid test i sena steg.

En av de största utmaningarna för forskare är hur man levererar viruset där det kommer att göra det bästa innan kroppen känner igen det som en inkräktare och monterar ett försvar. Nuvarande forskning ser på att hitta naturliga tumörinriktade "bärare", celler som kan leverera viruset utan att cellen eller viruset förlorar sina normala biologiska funktioner.

6 Använda virus för att bota bakterieinfektioner

Bakteriofager är virus som specifikt angriper bakterier. Först erkänd av Frederick Twort 1915 och Felix d'Herelle två år senare, har de varit vana att studera många aspekter av virus sedan 1930-talet. De är särskilt vanliga i marken, där många bakteriearter gör sitt hem.

Eftersom fager stör bakteriens ämnesomsättning och förstör dem har det länge erkänts att de kunde spela en roll vid behandling av ett brett spektrum av bakteriella sjukdomar. På grund av innovationen av antiobiotika var fagterapi dock mestadels tills uppkomsten av antibiotikaresistenta bakterier genererade ett förnyat intresse för fältet.

En enskild fagart är i allmänhet endast effektiv mot ett litet antal bakterier eller till och med en specifik art (dess primära värdart), som ursprungligen ses som en nackdel. Som vi har lärt oss mer om de fördelaktiga aspekterna av vår naturliga flora har det emellertid kommit att erkännas som fördelen att det är. Till skillnad från antibiotika, som tenderar att döda bakterier oskäligt, kan bakteriofager attackera de sjukdomsframkallande organismerna utan att skada andra bakterier som lever inuti oss.

Medan bakterier kan utveckla resistens mot både antibiotika och fager, tar det bara några veckor i stället för några år att utveckla nya stammar av fager. Fager kan också ha en lättare tid att tränga in i kroppen och lokalisera sitt mål, och när målbakterien förstörs upphör de att reproducera och snart dö ut.

5Vaccines

Från och med 1790-talet, när Edward Jenner utvecklat världens första vaccin mot smittkoppor med en mindre virulent stam kallad kox för att inokulera patienter, har vacciner sparat otaliga miljoner liv. Sedan dess har flera olika typer av vacciner utvecklats.Försvagade eller, Älive. "De vacciner använder levande virus som har försvagats eller förändrats så att de inte orsakar sjukdom, medan inaktiverade eller" Älskade ". De innehåller döda mikroorganismer eller toxiner som vanligtvis används mot bakterieinfektioner. Vissa vacciner, inklusive subunit- och konjugatvacciner, samt rekombinanta och genetiskt manipulerade vacciner, använder endast ett segment av smittämnet.

När ett vaccin injiceras går patogen till jobbet, men det finns inte tillräckligt med att replikera med den takt som behövs för att kunna ta tag i. Kroppen monterar ett immunsvar, dödar patogenen eller bryter ner toxinet som är ansvarigt för sjukdomen. Kroppens immunförsvar vet nu hur man ska bekämpa sjukdomen och kommer, Ämember, om det kommer över det igen. Med andra ord har forskare funderat på hur man får en patogen för att hjälpa sitt eget mål att försvara sig mot det. De har till och med tagit de första stegen mot att utveckla vacciner för flera former av cancer, med tre vacciner godkända av FDA för hepatit B-viruset (vilket orsakar levercancer), humana papillomavirus typ 16 och 18 (vilket orsakar livmoderhalscancer) och metastatisk prostatacancer hos vissa män.

Tack vare vacciner har flera sjukdomar drivits till virtuell utrotning. Smittkoppor är det mest kända exemplet, men polio, men inte helt utrotad, kommer in på en nära sekund. Flera andra sjukdomar kan vara borta nu om vacciner inte var så svåra att komma i de underutvecklade nationer som fortfarande kämpar med dem. Sakerna blir värre istället för bättre, med sjukdomar som kommer in från en oväntad källa: välbärgade, utbildade västerlänningar som borde veta bättre.

Tyvärr gör anti-vaccinationsrörelsen återkommande i regioner där dessa sjukdomar en gång var under kontroll. Före introduktionen av mässlingvaccin 1963 var cirka 500 000 människor per år infekterade i USA, varav 500 av dem - mestadels barn - hamnade döda. År 1983 rapporterades endast 1 497 fall och efter en kort återuppkomst i 80- och 90-talet rapporterades fall till bara 37 år 2004. Efter att anti-vaccinationsrörelsen började få traktion, rapporterades 118 fall i USA ensam 2011. Det numret fortsätter att växa, matas av resenärer som kommer in från områden med högre priser och att finna mindre motstånd. Hoppande hosta, som en gång trodde vara borta för alltid i USA, är också på väg.

4Bakteriell avfallshantering

Några av de minsta och enklaste av varelserna på jorden spelar några av de viktigaste rollerna för att skydda hela livet. Bakterier har kanske den viktigaste rollen för alla: nedbrytning och återvinning av avfall.

De döda kvarlevorna av djur och växter, tillsammans med utrotningen av alla organismer, innehåller viktiga näringsämnen och lagrad energi. Utan ett sätt att återvinna dessa näringsämnen skulle de tillgängliga källorna snabbt bli utarmade. Lyckligtvis matar många bakteriearter på dessa energikällor, bryter dem ner till sina minsta molekyler och återvänder dem till jorden, där de återinför matkedjan.

Så bra som denna process redan är, har människor funnit många sätt att utnyttja det för en mängd ännu fler fördelar. Bakterier används vid avloppsrening, hantering av industriavfall och rengöring av oljesprutor, läckage av läkemedel och avloppsvatten. De har också varit användbara vid utveckling av vattenbruk, algereglering och vattenlösa toaletter. Forskare och ingenjörer undersöker för närvarande deras potentiella användning vid produktion av miljövänliga bioplaster, lim och byggmaterial. De kan till och med användas för att bryta ner plastavfall.

3We skulle snabbt dö utan våra gutbakterier

Svårt förstått fram till nyligen (och det är fortfarande en hel del forskning som ska göras), de naturliga bakterierna som lever i vårt tarmar arbetar med vårt immunförsvar för att driva ut patogener, producera vitamin K, stimulera peristaltis och kanske viktigast, smälta vår mat. Utan våra tarmbakterier skulle vi inte kunna utföra någon av dessa funktioner, och vi skulle snabbt dö.

Ju mer vi lär oss om fördelaktiga stammar av tarmbakterier, desto mer kan vi införliva den kunskapen till ett hälsosamt liv. Efter det bestämdes att vissa tarmbakterier kan spela en roll i fetma, blev probiotika allt raseri. Probiotika är bakterierna som ligger i fermenterade livsmedel och säljs nu som tillägg. Bakterier som vissa arter av bifidobakterier, som finns i de flesta yoghurt, kan skapa en mycket sur miljö där mindre fördelaktiga mikroorganismer inte kan överleva. Fettmat och stress kan också spela en roll i vår mageflora och döda fördelaktiga bakterier samtidigt som det gynnar den mer skadliga typen som orsakar gas, uppblåsthet och Åleaky gut syndrom.

I ett stort genombrott i studien av våra tarmbakterier och vad de gör har ett team av kinesiska och danska forskare nyligen utvecklat ett nytt sätt att identifiera dessa mikroorganismer med DNA-sekvensdata. De identifierade över 500 arter av godartade bakterier och 800 nya virusart som kunde leva av dem, vilket gav hopp om nya sätt att behandla sjukdomar som hör samman med dem, såsom diabetes, fetma och astma.

2Skin bakterier tjäna som vår första linje av immunförsvarssystem

Det ögonblick du kom ifrån din mammas livmoder var du inställd på. De trampade dig i blotta ögonblick och koloniserade varje tum av din hud, och de har varit med dig sedan dess. De är prokaryoter och andra bakterier, och utan de evolutionära partnerskapsmänniskorna smidda med dem för många år sedan, skulle du ha varit död strax efter att ha blivit född.

En av de vanligaste hudbakterierna är Staphlococcus epidermis, en bugg som vi nu vet spelar en roll för att bekämpa Leishmania majororsaken till en otäck sjukdom som kallas leishmaniasis som resulterar i koka i huden och öppna sår som inte läker. Den goda buggen utlöser ett immunsvar som heter IL-1 som kroppen inte kan producera på egen hand, vilket gör Staphylococcus en nödvändig del av människokroppen, så viktig för vår existens som något organ.

Prokaryoter, som också koloniserar matsmältningsorganet, täcker varje yttre yta på huden. Tillsammans med resten av vår fördelaktiga hudmikrobiota blev de en del av oss när de började tävla mot mindre välvilliga mikroorganismer för fastigheter. Tillsammans med immuncellerna i vår hud skyddar de oss mot både patogena bakterier och opportunistiska svampar som försöker invadera. Detta gör det möjligt för våra kroppar att spendera mindre energi som försvarar våra exteriörer och fokuserar mer på saker som att bekämpa virus och precancerösa celler.

Medan det fortfarande finns mycket att lära sig innan vi verkligen kan använda den här kunskapen i våra hälsoprojekt, ser vi redan fram till en framtid som innebär en avsiktlig användning av hudbakterier. En start-up baserad i Massachusetts kallad AOBiome, till exempel, har skapat en kroppsspruta gjord av levande odlade kemoautotrofa bakterier som heter Nitrosomonas. De hävdar att deras spray kan "fylla friska hudbakterier" och till och med ersätta duscha, eftersom bakterierna lever av ammoniak i vårt svett.

1Life som vi vet att det inte skulle vara här utan cyanobakterier

Cyanobakterier eller blågröna alger är kanske den äldsta levande arten på jorden, med fossiler som går tillbaka till 3,5 miljarder år. De är encelliga bakterier som växer i kolonier, och om det inte var för dem, skulle du inte vara här, och inte heller skulle nästan alla andra former av liv.

Cyanobakterier var världens första fotosyntetiserare. De använde energi från solen tillsammans med kemikalier i primordiala oceaner och inert kväve i atmosfären för att göra deras mat. Som en avfallsprodukt genererade de syre, ett gift för nästan alla andra former av liv på den tiden och orsaken till tidiga massutrotningshändelser. Under en period på ungefär 300 miljoner år hjälpte hela denna syregenerering till atmosfären som vi känner till under arkeiska och proterozoiska eroderna.

Det var inte det enda sättet som bakterierna startade livet som vi vet. Någon gång under proterozoisk eller tidig kambriansk tid bildade de ett symbiotiskt förhållande med vissa eukaryotceller, vilket gjorde mat till cellen mot en stabil miljö att ringa hem. Dessa var de första växterna, liksom ursprunget till eukaryotiska mitokondrier, vilket är nödvändigt för djurlivet. Denna riktigt titaniska händelse är nu känd som endosymbios.

Medan flera former av cyanobakterier är toxiska, nämns en art Spirulina var en viktig matkälla för aztekerna och ätas regelbundet av många asiatiska nationer. Idag säljs det ofta i pulver- eller tablettform som ett hälsokosttillskott.