Ta en dyp pust og si hei til ditt eksponens


Stanford-forskeren Michael Snyder viser enheten som ble brukt til å overvåke mikrober, kjemikalier og partikler som kliniske forsøksdeltakere ble utsatt for da de gikk om deres daglige liv. I de siste årtier har forskere åpnet den ekstraordinære verden av mikrober som bor på og i menneskekroppen, og knytter sin innflytelse til alt fra revmatoid artritt til sunn hjernefunksjon. Likev

Stanford-forskeren Michael Snyder viser enheten som ble brukt til å overvåke mikrober, kjemikalier og partikler som kliniske forsøksdeltakere ble utsatt for da de gikk om deres daglige liv.

I de siste årtier har forskere åpnet den ekstraordinære verden av mikrober som bor på og i menneskekroppen, og knytter sin innflytelse til alt fra revmatoid artritt til sunn hjernefunksjon. Likevel kjenner vi forholdsvis lite om den rike bouillon av mikrober og kjemikalier i luften rundt oss, selv om vi innånder dem med hvert pust.

Dette traff Stanford University genomforsker Michael Snyder som et stort kunnskapsgap, da han forfulgte langsiktig forskning som involverte bruk av biologiske markører for å forstå og forutsi utviklingen av sykdom hos mennesker. "Den eneste tingen var deres eksponering" for mikrober og kjemikalier i luften, sier Snyder. "Menneskers helse er tydelig avhengig, ikke bare på genomet eller mikrobiomet, men på miljøet. Og prøvetaking av miljøet var det store hullet. "

I en ny studie publisert 20. september i Cell beskriver Snyder og hans medforfattere deres innsats for å fikse det. De tar sikte på å gjøre det med en bærbar enhet som overvåker en persons daglige eksponering for luftbårne bakterier, virus, protozoer, sopp og kjemikalier - den såkalte eksponensen. Lignende studier i det siste har i stor grad vært avhengig av noen få faste prøvetakingsstasjoner; Stanford forskerne i stedet endret en eksisterende overvåkingsenhet, størrelsen på en stor kjøkkenkamper, å bli festet til en persons overarm eller holdt i nærheten. Enheten sippede kontinuerlig luften rundt de 15 testpersonene hjemme, på jobb og på veien, og passerte luften gjennom separate filtre for å samle både biologiske og kjemiske forbindelser. DNA-sekvensering, sammen med sammenligninger av resultatene mot en referansegenomdatabase på 40.000 arter, indikerte at de 15 deltakere hadde blitt utsatt for 2560 biologiske arter - mer enn tusen av dem etter at de hadde på seg enheten i bare tre måneder.

Massespektrometrianalyse ga 3 300 kjemiske signaler til blandingen. Forskerne var i stand til å identifisere færre enn en tredjedel av dem - men de merker at alle kjemikaliene hadde passert gjennom et porrstørrelsesfilter for den biologiske analysen og dermed potensielt kunne nå dypt inn i en persons nedre luftveier. Nesten alle disse prøvene inneholdt dietylenglykol, brukt i produkter fra bremsevæske til hudkrem. Insektresistenten DEET dukket også opp overalt, tilsynelatende en artefakt av prøvetaking hovedsakelig i San Francisco-områdets insektvennlige vår. Studien kaller dette "en tidligere ukjent type potensielt farlig eksponering", og bemerker at ingen myndigheter har vurdert mulige helserisiko forbundet med innånding av slike forbindelser.

Snyder og hans medforfattere antyder at enhver gitt persons eksponens er et produkt av to separate, men interaggerende "skyer" - et uttrykk som er redolent av den støvete skyggen rundt karakteren Pig-Pen i Peanuts- tegneserien. En sky er miljømessig og deles med nærmeste naboer; den andre er mer personlig, bestående av humane og pet-sentriske bakterier, sopp, parasitter og protozoer. Prøvepersonene levde spredt over Bay Area, men samspillet mellom disse to skyene betydde at individuelle eksponeringer ofte var påfallende forskjellige.

Snyder eksponens viste for eksempel relativt lav eksponering for pyridin, tilsynelatende fordi malingen i hans hus mangler dette vanlige antifungal additivet. Dermed lever Snyder også med en rik soppflora som et resultat. Ved å sammenligne tidspunktet for mild allergi med sine eksponeringsresultater, oppdaget han også at pollen som forårsaket symptomene hans ikke kom fra furutrærne i hans hage, som han hadde mistanke om, men fra en eukalyptus.

Utover menneskers helse, sier studiens første forfatter, Chao Jiang, en postdoktoralforsker i Snyder's lab, exposomemonitoren ", er et godt verktøy for å studere evolusjonen og økologien til tingene som bor rundt oss for å utforske livets mangfold." Det kan selv gi innsikt i våre egne skjulte følelser. Mange av studiens eksempler inneholdt for eksempel geosmin - den kjemiske forbindelsen som er ansvarlig for den jordiske lukten som får oss til å puste inn dypt, og ofte med glede når regn kommer etter en tørke. "Det handler ikke bare om ting som kan drepe oss, " sier Jiang.

David Relman, en mikrobiolog fra Stanford som ikke var involvert i studien, beskrev den nye forskningen som "fascinerende for det settet av spørsmål det reiser, mer enn hva som helst som det kan svare." Miljøhelsestudier kan ofte ikke forklare forvirrende variabilitet i individuelle helse blant mennesker som bor i samme område og utsatt for de samme forurensningene, sier han. Den konvensjonelle forklaringen er en slags epidemiologisk trekk: Kanskje opplevde noen forskjellige doser? Kanskje de var genetisk utsatt for å være sårbare?

Eksponentovervåking, derimot, muliggjør massivt parallell innsamling av data, sier Relman. "Og det betyr at vi kan se etter kombinasjoner av miljøfaktorer som er tilstede på samme sted eller tid, og det kan ha synergistiske eller til og med antagonistiske effekter for menneskers helse." Tenk deg at en gruppe mennesker er utsatt for samme giftige kjemikalie, han antyder. Det kan vise seg at alvorlige symptomer bare forekommer hos de ofrene som også er utsatt for en viss soppspor samtidig, for eksempel, og ikke hos personer som ikke støter på den spesielle soppen.

"Teknologien er flott. Evnen til å samle både mikrobielle og kjemiske komponenter du er utsatt for, er strålende, "tilføyer University of Chicago microbiome forsker Jack Gilbert, som heller ikke var involvert i studien. "Jeg vil ha teknologien. Jeg vil ha det til min egen forskning. "

Men Gilbert legger til at "den generelle utformingen av studien ikke var ideell", hovedsakelig fordi han mener at det var for få testemner og for få replikasjoner i sammenlignbare forhold. En bedre design, foreslår han, kan innebære at man sammenligner de daglige exposomene i løpet av en måned for 10 eller 20 helsepersonell på sykehuset, i motsetning til et likeverdig hjemme-basert antall. Gilbert legger til at Snyder "har vært veldig åpen om at mengden data i studiedesignet ikke var perfekt, " hovedsakelig av budsjettmessige årsaker.

Hver overvåkingsenhet koster $ 2.700 før modifisering, ifølge studien, og test av prøver var enda dyrere. Men Snyder sier at laget hans nå håper å distribuere en miniatyrisert versjon av skjermen - denne om størrelsen på en liten lommekampkasse - på 1000 testpersoner hvert år, med det endelige målet om å kommersialisere en smartwatch-versjon av exposomemonitoren .

Snyder legger til at han for tiden har åtte forskjellige overvåkingsenheter, inkludert tre smartwatches, enten for å samle inn data eller for å evaluere ny teknologi. Den første versjonen av exposomemonitoren var "litt clunky", innrømmer han. "Og når de blir eldre, brenner de mer. Min kone merker det. Det er tider da hun sier, 'Må du ha den tingen?' "Men han legger til i intervjuet at det er på skrivebordet-still-overvåking mens han snakker.