Milch ist mehr als nur eine Nahrung für Babys. Muttermilch hat sich so entwickelt, dass sie Tausende verschiedener Moleküle liefert, darunter Wachstumsfaktoren, Hormone und Antikörper sowie Mikroben.

Elizabeth Johnson, Molekulare Ernährungswissenschaftlerin an der Cornell University, untersucht die Auswirkungen der Ernährung von Säuglingen auf das Darmmikrobiom. Diese Studien könnten Hinweise auf schwierige Fragen im Bereich der öffentlichen Gesundheit für Kinder und Erwachsene liefern. In dieser Folge des Podcasts „The Joy of Why“ interviewt Co-Moderator Steven Strogatz Johnson über die mikrobiellen Bestandteile, die Muttermilch zu einem der wundersamsten Bioflüssigkeiten der Natur machen.

Hör zu Apple Podcasts, Spotify,  TuneIn oder Ihre Lieblings-Podcasting-App, oder Sie können streamen Sie es von Wie viel.

Abschrift

[Themenspiele]

STEVEN STROGATZ: Milch ist eine so heimelige, vertraute Substanz, dass sie vielleicht zu gewöhnlich erscheint, um irgendwelche Geheimnisse zu bergen. Doch in Wirklichkeit sind Milch und das Stillen außergewöhnliche biologische Innovationen, die Forscher immer noch zu verstehen versuchen.

Es ist allgemein bekannt, dass Muttermilch zur Gesundheit gestillter Säuglinge beitragen kann, aber diese Vorteile sind nicht nur auf den Nährstoffgehalt der Milch zurückzuführen. Milch ist nicht nur eine Nahrungsquelle, sondern schützt auch vor Keimen, regt die Entwicklung des Säuglings an und ermöglicht Mutter und Kind die Möglichkeit, alle möglichen chemischen Gespräche zu führen. Muttermilch enthält Tausende verschiedener Moleküle, darunter Wachstumsfaktoren, Hormone, Antikörper und Mikroben. All dies wirkt zusammen, um menschliche Babys mit dem zu versorgen, was sie für ein normales Wachstum und eine normale Entwicklung benötigen. Aber wie genau?

Ich bin Steve Strogatz und das ist „The Joy of Why“, ein Podcast von Quanta Magazine, wo meine Co-Moderatorin Janna Levin und ich abwechselnd einige der größten unbeantworteten Fragen in Mathematik und Naturwissenschaften von heute untersuchen.

In dieser Folge sprechen wir mit einem Molekularbiologen Elizabeth Johnson über die Geheimnisse der Milch und wie wir uns so sehr von dieser allmächtigen, völlig natürlichen Substanz abhängig gemacht haben.

[Thema endet]

Liz ist Assistenzprofessorin für molekulare Ernährung an der Cornell University in der Abteilung für Ernährungswissenschaften und Freeman-Hrabowski-Stipendiatin des Howard Hughes Medical Institute. Sie ist auf genomische und metabolomische Ansätze zur Untersuchung spezialisiert Auswirkungen der Ernährung auf das Darmmikrobiom, mit besonderem Interesse an Säuglingsernährung und dem Darmmikrobiom von Säuglingen. Liz, willkommen bei „The Joy of Why“.

ELIZABETH JOHNSON: Danke, dass du mich hast, Steve.

STROGATZ: Freut mich. Ich bin sehr glücklich dich zu sehen. Ich glaube nicht, dass das wirklich relevant ist, aber ich kann nicht umhin zu sagen, dass wir fast Nachbarn sind. Zwischen uns liegt ein Haus. Liz ist meine sehr gute Freundin und geschätzte Kollegin.

JOHNSON: Ja, nein, ich denke, das ist ein guter Punkt.

STROGATZ: Nun gut, da die Offenlegung nun aus dem Weg ist, muss ich gestehen, dass ich nicht das Geringste über Milch als wissenschaftliches Thema weiß. Ich war schockiert, als ich für diese Show ein wenig recherchierte, wie viele Rätsel es noch zu lösen gibt. Als ich als kleines Kind nach der Schule nach Hause kam, aß ich Milch und Kekse; vielleicht hätte ich Erdnussbutter und Gelee. Aus dieser Sicht ist Milch also nur eine andere Art von Lebensmittel. Lassen Sie uns zunächst über Essen sprechen. Was sind die grundlegenden Nährstoffbestandteile von Milch?

JOHNSON: Der Kontext, über den Sie sprechen, war derselbe, in dem ich früher über Milch nachgedacht habe. Nicht, dass es Nahrung für Babys war, sondern dass es einfach nur Nahrung war, etwas, das ziemlich gut schmeckte.

Wenn man älter wird und einem klar wird, wie speziell Milch sein kann, vor allem, wenn man ein Kind hat, das Milch braucht, und man anfängt, über Muttermilch nachzudenken, dann wird einem klar, dass Milch mehr beinhaltet, als ich wirklich dachte, als ich sie getrunken habe Kekse und Milch als Kind.

Was es wirklich ist, besteht aus Dingen, die für die Ernährung von Babys für einen kurzen Zeitraum benötigt werden. Und es ist ein sehr charakteristisches Merkmal aller Säugetiere, die ihre Babys mit Milch ernähren. Und wenn man darüber nachdenkt, was wirklich drin ist, dann sind es Zucker, also Kohlenhydrate. Es gibt Fette. Es gibt Proteine. Es gibt Mineralien. Und in der Muttermilch und vielen anderen Milchprodukten gibt es andere Faktoren, wie Immunfaktoren und andere Zellen sowie Nukleinsäuren und ähnliches, die ebenfalls nicht nur für das Wachstum, sondern auch für das Wachstum zuständig sind die Entwicklung in dieser Zeit von Zeit. Wenn Sie also ein kaltes Glas Milch in die Hand nehmen, ist es wirklich darauf ausgelegt, viel mehr zu leisten, als es gerade tut.

STROGATZ: Damit haben Sie nun die Tür zu dieser größeren Rolle geöffnet, die Milch spielen kann, dass sie viel mehr als nur ein Lebensmittel ist. Es ist alles, worüber Sie jemals in Ihrem Biologielehrbuch gelesen haben, stimmt das? Enzyme, Hormone, Antikörper, Stammzellen, Mikroben, Dinge, die nicht einmal wirklich menschlich sind?

JOHNSON: Ja genau. Und es ist eine großartige Nahrungsquelle. Sie denken über etwas nach, das das schnellste Wachstum und die schnellste Entwicklung eines Menschen außerhalb der Gebärmutter ermöglicht, oder?

Aber Sie denken doch, dass es hier auch eine wirklich tolle Gelegenheit zur Kommunikation gibt, oder? Viele der vorhandenen Informationen können durch das Stillen übertragen werden. Und das ist eine sehr wichtige Sache, die wir vergessen, wenn wir es einfach als Verbraucherprodukt oder als etwas zur Deckung des Energiebedarfs betrachten.

STROGATZ: Können Sie uns anhand der Informationen hier ein Beispiel für welche Art von Informationen geben? Handelt es sich um eine wechselseitige Kommunikation? Reden sie alle miteinander?

JOHNSON: Ja, es gibt Hinweise darauf, dass es zweierlei sein kann. Im Babyspeichel können Speichelinformationen enthalten sein. Sie können sich vorstellen, dass dort ein Virus oder andere Partikel vorhanden sind, die möglicherweise mit der Brustdrüse oder der Brust interagieren. Und dann kommt noch alles hinzu, was durch die Milchgänge in die Milch gelangt – Laktation ist also die Produktion von Milch und dann das Ausstoßen von Milch – also ist alles, was dort ausgeschieden wird, möglicherweise etwas, das der Säugling konsumieren wird, und dann die Zellen und Organe Der Körper des Säuglings kann das dann verarbeiten. Und einiges davon können wir als Information bezeichnen.

Dabei kann es sich um kleine Moleküle oder andere chemische Signale handeln, die für Wachstum und Entwicklung in diesem Zeitraum wirklich wichtig sind. Wir versuchen immer noch zu verstehen, was das ist, weil wir verstehen wollen, ob sie für die Gesundheit notwendig sind. Was passiert, wenn Sie einige dieser Signale nicht sehen, und wie denken wir darüber nach, Babys mit dieser Art von Informationen optimal zu ernähren?

STROGATZ: Beginnen wir damit, einiges davon zu erkunden. Lassen Sie uns zum Beispiel einfach über die Unterschiede zwischen den einzelnen Personen sprechen. Es liegt auf der Hand, dass die Zutaten nicht von Person zu Person genau gleich sind. Möglicherweise ändert sich der Fettgehalt oder die übertragenen Antikörper sind unterschiedlich. Aber gibt es bei der Milch von Mensch zu Mensch noch größere Unterschiede? Sagen wir, im Laufe der Zeit, im Laufe des Stillens?

JOHNSON: Oh, auf jeden Fall. Das bekannteste Beispiel hierfür ist Kolostrum. Dies ist eine „Erstmilch“, eine sehr proteinreiche, dichte Milch. Es sieht aus wie Gold, ist wie flüssiges Gold und kommt in sehr kleinen Mengen vor. Und das ist die Ernährung, die das Baby in den ersten Augenblicken seines Lebens erhält.

Aber dann kommt es in den nächsten fünf bis sieben Tagen zu einer Reifung der Milch, bei der man von dieser sehr proteinreichen Substanz zu einer wässrigen, zuckerhaltigeren Art von Milch übergeht, die möglicherweise die Milch ist, die in den nächsten Monaten das Wachstum aufrechterhalten wird . Und so findet dieser biologische Prozess statt, der für die Laktation charakteristisch ist.

Aber ich glaube nicht, dass wir überhaupt eine Vorstellung davon haben, wie viel Milch sich von Tag zu Tag von Mensch zu Mensch unterscheiden kann. Und genau das versucht mein Labor. Wenn man sich beispielsweise an jedem einzelnen Tag der Stillzeit die Milch anschaut, ist sie dann sehr ähnlich oder ändert sie sich bei vielen Lebensereignissen, die in den ersten sechs Lebensmonaten auftreten können?

Es gibt einige wirklich erstaunliche Studien, die zeigen, dass die Ernährung einen Einfluss hat. Die einzelnen Dinge, die in die Milch gelangen, können also davon abhängen. Und Sie können sich vorstellen, dass es dabei einige regionale Besonderheiten gibt, die es ermöglichen würden, dass die Milch bestimmter Populationen ähnlicher aussieht als die anderer Populationen. Sie werden immer noch Abweichungen sehen, nicht nur zwischen einzelnen Personen, sondern es gibt auch individuelle zeitliche Abweichungen im Laufe des Tages. Es gibt auch Zeit des Feeds. Es gibt also eine „Vormilch“ und eine „Hintermilch“.

STROGATZ: Ich kenne diese Begriffe nicht. Vormilch und Hintermilch?

JOHNSON: Ja, wenn sich ein Baby anschnallt, kann die Fütterung zwischen fünf und 30 Minuten oder sogar länger dauern. Und im Laufe dieser Fütterung kann sich die Makronährstoffzusammensetzung der Milch ändern. Die Milch zu Beginn der Fütterung wird eine andere Makronährstoffzusammensetzung haben, und das ist die Vordermilch, als die Hintermilch, die am Ende der Fütterung kommt. Ich nenne es immer „das interessanteste Biofluid der Natur“, weil es so viele Komplikationen gibt, wie wir es verstehen. Aber wenn wir sie richtig behandeln, lernen wir tatsächlich viele Informationen.

STROGATZ: Oh, das ist toll. Ich kann mir nicht vorstellen, welches andere Biofluid damit konkurrieren könnte. Blut ist kompliziert, nehme ich an, aber Milch könnte der Champion sein.

JOHNSON: Ja. Ich möchte gerne ein Wort für Milch einlegen. Das Faszinierende an Milch im Hinblick auf das Verständnis der menschlichen Gesundheit ist, dass alles, was man zur Ernährung eines menschlichen Babys braucht, in dieser einen Substanz enthalten ist, die wir quantifizieren können. Und wir können hinsehen und müssen nicht raten, die Antworten sind da. Und wir haben dann die Möglichkeit, einige dieser Antworten zu entschlüsseln, wenn wir besser darin werden, Milch zu analysieren und die richtigen Fragen zu verstehen.

Aber es ist etwas ganz anderes als die Art und Weise, wie Sie und ich uns ernähren, wo wir unsere eigenen Entscheidungen treffen, und wir können gute und schlechte Entscheidungen treffen, und diese können gute oder schlechte Folgen für unsere Gesundheit haben. Aber wenn wir im Säuglingsalter an die Muttermilch denken, ist das Gute da und wir müssen nur verstehen, warum.

STROGATZ: Sie haben vorhin von der Ernährung der Pflegekraft gesprochen. Und wenn ich gerade dabei bin, sage ich hier „Betreuer“, um Mütter einzubeziehen, aber denken wir auch an andere Menschen – Ammen, Muttermilchspender, Transsexuelle, jeden, der möglicherweise Milch spendet.

JOHNSON: Normalerweise sage ich Betreuer oder stillende Eltern. Wenn man sich Familieneinheiten anschaut, ist da viel los. Deshalb ist es wirklich wichtig, alles zu berücksichtigen, was in dieser Zeit passiert, wenn wir an die Ernährung von Babys und all die vielen Menschen denken, die Babys füttern.

STROGATZ: Bezüglich dieser Frage der Ernährung: Wie wirkt sich die Ernährung der Pflegekraft auf die Zusammensetzung der Milch aus, die sie produziert?

JOHNSON: Ich denke, wir versuchen immer noch zu verstehen, wie das genau funktioniert. Sie können sich das also im Makromaßstab vorstellen. In meinem Labor konzentrieren wir uns auf den Fettanteil der Milch. In der Muttermilch ist es ein faszinierender Teil der Milch, den es zu untersuchen gilt, da er tatsächlich für alle Kalorien verantwortlich ist. Es ist auch für viele kleine Moleküle und chemische Signale verantwortlich, die nicht quantifiziert wurden und äußerst wichtig sind.

Wenn wir also über die verschiedenen Arten von Fetten nachdenken, die in der Milch enthalten sind, können sie aus vielen verschiedenen Quellen stammen. Sie können entweder in der Brustdrüse synthetisiert werden. Sie können aus dem Umlauf stammen. Aber diejenigen, die aus dem Blutkreislauf stammen, können in direktem Zusammenhang mit dem stehen, was die jeweilige Mutter oder der stillende Elternteil tatsächlich zu sich nimmt, da dies das Profil der Fettstrukturen in der Milch verändern kann.

Zu den bekanntesten gehören vielleicht, wenn Sie zum Beispiel viel fetten Fisch, mehrfach ungesättigte Fettsäuren, Omega-3-Fettsäuren und ähnliches essen. Basierend auf der Aufnahme dieser Nährstoffe in der Nahrung können Sie unterschiedliche Profile der in der Milch enthaltenen Nährstoffe erstellen.

Wir lernen also – und einige Leute leisten wirklich großartige Arbeit – wir wollen ein eindeutiges „Wir wissen, was Sie gegessen haben“. Wir wissen, dass es in die Milch gelangt ist, und wir wissen, dass es das ist, was dem Baby ausgesetzt wird. Und ich denke, wenn wir die Werkzeuge bekommen, um dies immer besser zu machen, können wir besser verstehen, wie sich unsere Ernährung darauf auswirkt, wie wir Milch synthetisieren.

STROGATZ: Interessant. Ja, ich hatte nicht wirklich darüber nachgedacht, dass es sich um eine Ganzkörperproduktion handelt. Es ist nicht nur die Brustdrüse. Sie haben die Durchblutung erwähnt, aber natürlich auch die Ernährung. Gibt es noch andere Dinge, die wir beachten sollten?

JOHNSON: Es gibt viele Faktoren, die die Stillzeit erschweren oder erleichtern, wie zum Beispiel die Gesundheit der Eltern. Was bei Infektionen oder anderen Krankheiten oder Störungen passiert, kann sich auch darauf auswirken, was in die Milch gelangt.

Und bekommen Sie nicht nur einen besseren Überblick über die Nährstoffe, sondern auch über die Einnahme von Tylenol oder bestimmte andere Dinge? Vieles versuchen wir noch zu verstehen, aber ich denke, das Tolle daran ist, dass wir einige Blaupausen haben, wie wir diese Fragen stellen können, und jetzt geht es nur noch darum, sie zu stellen.

STROGATZ: Sie haben also erwähnt, dass ein Großteil Ihrer Arbeit in Ihrem Labor mit dem Fettgehalt zu tun hat. Und insbesondere gibt es ein Molekül oder eine Molekülklasse, von der ich noch nie gehört hatte, bis ich versuchte, mich darauf vorzubereiten, mit Ihnen darüber zu sprechen. Werde ich es richtig sagen? „Sphingolipide?“

JOHNSON: Ja, du hast es richtig gesagt. Ich wollte sagen: Sagst du es richtig? Ja!

[STROGATZ lacht]

JOHNSON: Wenn der Zweck darin besteht, dass mehr Menschen über Sphingolipide Bescheid wissen, wäre das großartig. Es hat einen so ahnungsvollen Namen, aber es handelt sich tatsächlich um eine Klasse von Lipiden, die an vielen Prozessen im Körper beteiligt sind. Sie sind Teil der Zellmembran. Sie können als Strukturmoleküle und auch als Signalmoleküle fungieren. Das Coole an Sphingolipiden ist für uns jedoch, dass sie im Fettanteil der Milch enthalten sind. Sie werden von bestimmten nützlichen Mikroben produziert, und auch in uns Menschen gibt es viele Signalwege, die diese Signale tatsächlich annehmen können. Wenn wir also darüber nachdenken, wie Ernährung, Mikrobiom und Wirtsinteraktionen die Gesundheit unterstützen, ist dies möglicherweise tatsächlich einer der Metaboliten oder chemischen Signale, die uns einige dieser Hinweise geben könnten.

STROGATZ: Das Wort selbst ist ein wenig abstoßend und einschüchternd. Sphingolipide. Warum würdest du sie so nennen?

JOHNSON: Ja, ich denke, das liegt alles daran, wie schwierig es ursprünglich war, diese Lipide zu untersuchen. Sie hatten den Ruf, sehr schwer fassbar und rätselhaft zu sein, genau wie die Sphinx. Und das blieb hängen, auch wenn es jetzt viel einfacher ist, einige dieser Lipide zu messen.

Und je mehr Menschen Zugang zu der Möglichkeit haben, Sphingolipide zu messen, desto mehr entdecken sie, wie sie wirklich mit so vielen Aspekten unserer Biologie verbunden sind. Und sie sind in vielen Prozessen, die wir zu verstehen versuchen, mechanistisch sehr wichtig. Sobald Sie das Wort und die Sphingolipide kennengelernt haben, können Sie sie nicht mehr aus Ihrem Leben verbannen. Du wirst sie überall sehen, also musst du mich wissen lassen, ob das wahr ist.

STROGATZ: Es scheint eine so vielschichtige und vielseitige Rolle zu spielen. Sie sagten, man könne es als Bausteine ​​verwenden, etwa als Strukturkomponenten. Es kann zur Informationsvermittlung genutzt werden. Kann es zum Aufbau von, wie Sie erwähnten, Zellmembranen verwendet werden?

JOHNSON: Zellmembranen, wirklich wichtiger Teil der Zelle. Und ich denke, man kann auch sagen, dass bestimmte Strukturen von Sphingolipiden als chemische Signale zwischen Zellen und sogar zwischen Mikroben und Zellen im Körper verwendet werden können. Und das ist es, worüber wir eigentlich nachdenken wollten: Wie können wir wissen, wohin etwas in der Ernährung gelangt?

Mein Labor hat wirklich darüber nachgedacht, wie wir wissen können, welche Nährstoffe mit dem Mikrobiom interagieren, damit wir wissen, welche wichtigen Mikroben von der Ernährung beeinflusst werden und welche die Konsequenzen dieser Interaktionen? Wir haben also diese Mikroben, die möglicherweise diese Nährstoffe aufnehmen und umwandeln. Was produzieren sie und wie wirkt sich das auf unsere Gesundheit aus? Und ich denke, das ist im Säuglingskontext wirklich wichtig, denn ein großer Teil der Milch besteht aus Molekülen, die mit dem Darmmikrobiom des Säuglings interagieren.

Sie haben Schätzungen, dass fast 10 % der Trockenmasse der Muttermilch für die Kommunikation mit dem Darmmikrobiom bestimmt sind. Und wir versuchen herauszufinden, ob es noch mehr Moleküle gibt, die das tun? Und was sind die Konsequenzen, wenn einige der auftretenden chemischen Signale nicht vorhanden sind? Sie müssten eine wohltuende Funktion haben, könnte man postulieren.

STROGATZ: Wir melden uns nach dieser Nachricht umgehend zurück.

[Pause für Anzeigeneinfügung.]

STROGATZ: Willkommen zurück bei „The Joy of Why“.

Wenn ich Sie richtig verstehe, war Milch als Nahrungsmittel die naivste Ansicht. Jetzt sehen wir, dass Milch nicht nur ein Nahrungsmittel zum Aufbau starker Zähne, Knochen und dergleichen ist. Was ich von Ihnen höre, ist, dass diese Sphingolipide nur ein Beispiel für die coolen Arten von Molekülen in Milch sind. Sie könnten ein Weg sein die Mutter, mit diesen Bakterien zu sprechen die das Mikrobiom ausmachen.

JOHNSON: Möglicherweise, ja, das versuchen wir herauszufinden. Und nicht nur Sphingolipide. Wir haben uns auch mit dem vielleicht beliebtesten oder unbeliebtesten Nährstoff mancher Menschen befasst: Cholesterin. Wenn wir diese Lipide konsumieren, interagieren sie dann mit dem Mikrobiom? Und wie hängt unsere Gesundheit davon ab, was wir essen?

Und so sind wir wirklich in der Phase, in der wir versuchen herauszufinden, wer wichtig ist und warum sie in einem solchen System wichtig sind. Welche Bakterien sind also für ihre Auswirkungen auf unsere Gesundheit von Bedeutung und warum? Was sind die Mechanismen?

Also, wenn ich Ihnen etwas zeigen kann?

STROGATZ: Oh, willst du mir etwas zeigen?

JOHNSON: Kann ich dir etwas zeigen, Steve? Denn ich denke, wir haben versucht, es so zu gestalten, dass man dies tatsächlich sehen kann.

JOHNSON: Was wir hier sehen, ist ein Bild des Mikrobioms. Und das Mikrobiom ist eine Ansammlung von Mikroben, und in diesem Fall handelt es sich um Bakterien. Also sehr kleine Dinge. Und dieses Bild wurde mit einem Mikroskop aufgenommen, das wir im Labor haben.

Und was Sie sehen können, ist, dass es einige Mikroben gibt, die blau sind, und einige Mikroben, die rot sind. Und bei denen, die rot sind, konnten wir tatsächlich eine Nährstoffkennzeichnung einführen. In diesem Fall handelt es sich um Cholesterin. Und dieses Cholesterin wurde verbraucht. Und dann können wir diesem Etikett folgen. Und das Etikett wird rot. Jede Mikrobe, die Sie sehen und die rot ist, hat also Cholesterin aufgenommen. Und jeder, der blau ist, hat zu diesem Zeitpunkt kein Interesse an Cholesterin.

STROGATZ: Sie sprechen von einer Etikette im Sinne einer radioaktiven Kennzeichnung?

JOHNSON: Das gleiche Konzept, aber das ist Fluoreszenz. Das Rot ist also eine rote Fluoreszenz. Und das ist für uns wichtig, weil wir so tatsächlich die Mikroben identifizieren können, die mit dem, was Sie essen, interagieren, und diejenigen, die das nicht tun.

STROGATZ: Sehr cool. Lassen Sie mich das nur unterstreichen, denn in der Biologie geht es zu einem großen Teil darum, Dinge zu sehen, die schwer zu sehen sind, aber in der Neurobiologie und jetzt offenbar auch in der Ernährung ist es eine enorme Hilfe, dass man mit diesen Etikettierungstricks etwas Unsichtbares erkennen kann Jetzt verfolgen und sehen, was los ist.

JOHNSON: Ja, das ist der Grund, warum sie den Nobelpreis für diese Dinge verleihen, weil es Menschen wie mir hilft, die Fragen zu stellen, die wir stellen wollen. Es scheint wirklich einfach zu sein, aber es gibt uns einen kleinen Hinweis darauf, dass wir in die richtige Richtung gehen. Und dann können wir viele Dinge fragen, die vielleicht nicht vom Fluoreszenzsignal abhängen, uns aber ermöglichen, Einblick in einige der daran beteiligten chemischen Wege zu erhalten. Und dann haben wir Maschinen, mit denen wir sie physisch trennen und alle roten Mikroben identifizieren können.

Sie denken vielleicht, dass das trivial ist, aber es hilft uns tatsächlich dabei, die Grundlage für einige der Fragen zu schaffen, über die wir sprechen. Sind diese Nährstoffe wichtig für das Mikrobiom? Wenn sie konsumiert und umgewandelt werden, haben sie zumindest irgendeine Wirkung.

STROGATZ: Okay, die ganze Sache mit dem Mikrobiom ist für Dich vielleicht gar nicht so neu. Aber viele von uns da draußen in der Öffentlichkeit haben erst in den letzten ein oder zwei Jahrzehnten oder so, ich weiß nicht, wirklich über das Mikrobiom nachgedacht.

JOHNSON: Das Coole daran, das Mikrobiom zu studieren und es hier an der Cornell zu unterrichten, ist, dass die Leute einem glauben, wenn man einen Kurs betritt. Sie sagen: „Das Mikrobiom ist wichtig.“ Das musst du nicht verkaufen. „Meine Darmgesundheit ist meine ganze Gesundheit.“ Wenn ich die Schüler in der Klasse frage: „Wie viele von Ihnen haben ein Probiotikum eingenommen?“ oder „Wie viele haben Sie schon gemacht, wie viele von Ihnen haben ein Präbiotikum gegessen?“, schießen alle Hände in die Höhe.

Man hat also das Gefühl, dass es sehr wichtig ist, aber was ist konkret wichtig? Was ist es, das wir essen, das tatsächlich diese Auswirkungen hat? Und so lässt es uns wissen ... Weißt du, Steve, ich weiß nicht, hast du jemals ein Probiotikum genommen?

STROGATZ: Ich denke ich habe. Ich bin damit vor allem deshalb vertraut, weil ich sie oft meinem Hund Murray gebe.

JOHNSON: Ja. Wenn Murray diese Probiotika und ähnliches einnimmt, wie entscheiden wir dann, welches davon nützlich ist? Um diese Antworten zu geben, müssen wir mit den Grundlagen beginnen: Ich möchte es nicht zu sehr vereinfachen, aber: Was sind die guten Mikroben und in welchem ​​Kontext wirken sie gesundheitsfördernd oder nicht? Wenn wir also wissen wollen, dass das von uns eingenommene Probiotikum bei uns wirkt, müssen wir meiner Meinung nach einige dieser sehr spezifischen Wechselwirkungen auf molekularer und biochemischer Ebene kennen.

STROGATZ: Zählt es nun, dass ich Joghurt esse?

JOHNSON: Das zählt. Du hast dein Probiotikum, Präbiotikum. In den Ernährungswissenschaften denken wir wirklich darüber nach, dass Ernährung und Mikrobiom sehr gut miteinander verbunden sind, denn manchmal kann es Mikroben geben, aber sie brauchen bestimmte Nährstoffe, um im Darm zu überleben, und wenn man diese nicht liefert, hat es keinen Sinn möglicherweise dieses Probiotikum einnehmen.

Und dann gibt es noch die Nährstoffe, die Sie möglicherweise zu sich nehmen, und Sie denken vielleicht, dass sie eine positive Wirkung haben, aber wenn Sie nicht über die Mikroben verfügen, die tatsächlich auf diese Nahrungssubstanz einwirken, werden Sie diese auch nicht bekommen gesundheitliche Wirkung. Ein berühmter Fall wären Ballaststoffe.

Deshalb fragen wir oft: „Wer und was haben sie getan?“ Und das gibt uns tatsächlich viele Einblicke in das, was für die Förderung der Gesundheit wichtig sein könnte, wenn wir über die Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Mikrobiom nachdenken.

STROGATZ: Wenn ich also über Ballaststoffe spreche, möchte ich einen kleinen Blick auf eine andere Studie werfen, die aus Ihrem Labor stammt und sich mit der Diagnose von Säuglingskrankheiten anhand ihres Kots befasst [lacht], wenn ich das so sagen darf.

JOHNSON: Du hast es richtig gemacht, Steve. Du bist ein Elternteil. Sie haben sich im Laufe der Jahre einige Windeln angeschaut. Und sahen sie alle gleich aus? Nein sie waren nicht.

Und wenn wir über das Füttern von Babys und die Betreuung von Babys sprechen, ist eines der großen Dinge, dass sie einem nicht immer so sagen, was sie brauchen, und zwar so, dass man es verstehen kann. Aber diese Windeln enthalten eine Fülle von Informationen, bei denen es sich im Wesentlichen um Mikroben und Metaboliten handelt. Und wenn wir verstehen, was hier vor sich geht, dann könnten wir Hinweise darauf haben, wie sich die Gesundheit von Babys in Echtzeit verändert. Dann können Therapeutika vielleicht besser reagieren, wenn wir mehr Informationen darüber haben, was eine gesunde Windel ist und was eine nicht ganz so gesunde Windel ist.

Wir alle haben vielleicht schon einmal gegoogelt: „Ist Grün in Ordnung?“ Was ist denn hier los?" Es ist tatsächlich eine der beliebtesten Elternsuchen, die es gibt. Und wir glauben, dass wir hier etwas strenger vorgehen können, weil wir über die Werkzeuge verfügen, um tatsächlich festzustellen, ob das in Ordnung ist oder nicht. Das Tolle ist, dass es Ihnen nie an Mustern mangelt. Unsere Gruppe und viele andere Gruppen auf der ganzen Welt konnten also tatsächlich damit beginnen, diese Fragen zu stellen: „Wie verstehen wir die Gesundheit von Säuglingen?“ durch die Entwicklung des Mikrobioms in den ersten Lebensmonaten.

STROGATZ: Welche Art von Studium würden Sie genau machen? Sie sammeln also etwas Kot und was würden Sie dann tun, um ihn zu analysieren?

JOHNSON: Wir können die Mikrobe isolieren und dann mithilfe der DNA-Sequenzierung verstehen, welcher Klassifizierung diese Mikrobe entspricht. Und dann können wir uns auch alle kleinen Moleküle oder Chemikalien ansehen, die darin enthalten sind. Das ist also vielleicht eine Kombination aus Dingen, die verdaut wurden, Dingen, die nicht verdaut wurden, Darmzellen. Wir können das auch messen und versuchen zu interpretieren, was das im Säuglingskontext bedeuten könnte.

Eines der bekanntesten Beispiele hierfür ist, dass bei bestimmten Lebererkrankungen bei Säuglingen die Produktion von Galle eingestellt wird. Wenn Sie also die Galle messen können und sie da ist, dann ist das großartig, und wenn Sie die Galle messen können und sie nicht da ist, ist das ein Hinweis darauf. Außerdem verfärbt sich der Stuhl völlig anders, wenn keine Galle vorhanden ist. Aber im Alltag fehlen uns wahrscheinlich viele Informationen, nur weil wir sie noch nicht entschlüsseln konnten.

STROGATZ: In Ordnung. Es hört sich also so an, als könnten wir viele Sendungen über das Mikrobiom selbst verbringen. Aber ich wollte noch einmal auf die Milch zurückkommen, denn hier gibt es so viele faszinierende Dinge mit Ihnen zu besprechen. Wie lange dauert es normalerweise, auf diese Weise zu füttern? Wann ist es an der Zeit, auf andere Arten von Nährstoffen umzusteigen?

JOHNSON: Das ist eine gute Frage, denn ich finde es gut, sich daran zu orientieren. Daher würden die Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation und des CDC darin bestehen, sechs Monate lang ausschließlich Muttermilch zu ernähren. Und dann die Einführung von Beikost. Verschiedene Menschen haben unterschiedliche Arten, es zu tun. Aber Milch bleibt noch eine Zeit lang die Hauptkalorienquelle für den Säugling, und dann wird möglicherweise Kuhmilch im Alter von einem Jahr eingeführt. Und dann auch die Förderung jeglicher Muttermilchfütterung, wenn das für Sie funktioniert. Es gibt also keinen wirklichen Zeitpunkt, an dem Sie unbedingt damit aufhören müssen.

Aber ich glaube, Sie stellen mir gleich die Billionen-Dollar-Frage: Welche langfristigen gesundheitlichen Folgen hat der Kontakt mit Muttermilch im Vergleich zum Kontakt mit Säuglingsnahrung? Verhindere ich allergisches Asthma in fünf Jahren, wenn ich heute Babymilch gebe? Oder gibt es Entwicklungsprozesse, die wirklich zeitabhängig sind, die sehr wichtig sind und zu lebenslanger Gesundheit führen können? Und könnten wir tatsächlich bestimmen, um welche es sich dabei handelt, sodass sie in jeder einzelnen Form der Säuglingsnahrung enthalten sind? Ich denke viel darüber nach, darüber, was wichtig ist.

Sogar als Eltern denken Sie: „Mensch, wenn ich sie gestern auf den Kopf fallen ließ, war das wichtig?“ Oder war es das nicht?“ Oder „Nein, das haben sie vom Boden aufgeleckt!“ War das wichtig?“ Was sind die Dinge, über die ich mir wirklich Sorgen machen muss, wenn es darum geht, das richtige Umfeld zu schaffen, um sie auf den Erfolg in der Zukunft vorzubereiten?

Und die Antwort lautet wahrscheinlich: Babys sind sehr robust, deshalb machen wir uns vielleicht mehr Sorgen, als wir sollten.

STROGATZ: Und ist es noch zu früh, eine dieser Fragen zu den langfristigen Auswirkungen zu beantworten? Ist das Thema noch zu jung oder haben wir schon erste Hinweise?

JOHNSON: Ich denke, es gibt einige Hinweise. Ich meine, es gibt epidemiologische Studien, die Korrelationen zwischen der Ernährungsweise und den Ergebnissen oder sogar der Zusammensetzung des Mikrobioms basierend auf der Ernährungsweise und den Ergebnissen zeigen. Aber ich denke, dass es noch zu früh ist, da solche Studien äußerst schwierig durchzuführen sind. Das wirkliche Problem bei manchen Studien ist, dass es sehr schwierig ist, Babys zu ernähren.

Es ist normalerweise nicht wie Muttermilch versus Säuglingsnahrung oder dies versus jenes. Es gibt unterschiedliche Zeitpunkte, z. B. sind es drei Monate, vielleicht sind es sechs Monate, oder es gibt eine ausschließliche Fütterung für einen Monat.

Es gibt so viele Variationen, die wir erfassen müssen, wenn wir diese Fragen wirklich richtig beantworten wollen. Und dann müssen wir in der Lage sein, Kohorten über einen längeren Zeitraum sehr intensiv zu verfolgen, um einige dieser Fragen beantworten zu können. Das kostet viele Ressourcen.

STROGATZ: Was wäre also, wenn wir in einem breiteren Kontext als nur der Muttermilch über andere Arten von Säugetiermilch sprechen würden? Viele von uns trinken zum Beispiel ständig Kuhmilch, und wie unterschiedlich ist das? Erledigt die Milch einiger anderer Tiere Aufgaben, die menschliche Milch nicht erfüllt, und umgekehrt?

JOHNSON: Ja, ich denke, dass es einige Ähnlichkeiten gibt, aber es gibt auch viele Unterschiede. Wenn Sie über die Funktion der Milch nachdenken, besteht sie darin, ein Baby dieser bestimmten Art großzuziehen, und Kühe und Babys sind unterschiedlich groß und haben unterschiedliche Wachstumsverläufe. Sie können sich also vorstellen, dass sich das in der Milch widerspiegeln kann.

Wenn Sie also an Kuhmilch denken, ist sie proteinreicher als Muttermilch, die sehr kohlenhydratreich ist. Es gibt viele unterschiedliche Strategien für die Übertragung von Nährstoffen in die Milch verschiedener Tierarten. Aber Kuhmilch enthält viele Dinge, die die Bausteine ​​der Muttermilch sind. Wenn wir also darüber nachdenken, Kuhmilch als Alternative zu verwenden, kann das sehr sinnvoll sein.

STROGATZ: Normalerweise trinken wir pasteurisierte Milch. Es gibt Leute, die das nicht tun, oder? Ich schätze, der Unterschied besteht darin, dass man, wenn es pasteurisiert ist, alle oder die meisten Mikroben abgetötet hat, die mit von der Partie sind. Möglicherweise sind noch einige Nährstoffe vorhanden.

JOHNSON: Und es gibt pasteurisierte menschliche Spendermilch. Es gibt also eine ganze Überlegung darüber, wie wir über Spendermilch denken und welche lebenswichtigen Faktoren in der Spendermilch enthalten sind und welche Dinge bei Hitze denaturieren können. Moleküle können ihre Konformation bei verschiedenen Arten von Pasteurisierungsmethoden ändern. Es gibt viele wirklich kluge Leute da draußen, die darüber nachdenken, welche Konsequenzen das haben wird.

STROGATZ: Ein anderes Thema, das sicher vielen unserer Zuhörer in den Sinn kommt, hat mit der Laktoseintoleranz zu tun. Ich habe irgendwo gelesen, dass die Fähigkeit erwachsener Menschen, Laktose abzubauen, die natürlich der Hauptzucker in tierischer Milch ist, eine relativ moderne Eigenschaft ist. Erst vor etwa 6,000 Jahren begannen wir, dazu in der Lage zu sein. Historisch gesehen verfügten nur Säuglinge über das Enzym Laktase, das es ihnen ermöglichte, Muttermilch zu verdauen.

Meine Frage lautet also wohl: Wenn Erwachsene vor 10,000 Jahren überhaupt keine Milch trinken konnten, die meisten von uns heute aber mit wenigen Ausnahmen Milch trinken konnten, haben wir dann eine Ahnung, was diese Veränderung ausgelöst hat? Glauben wir, dass es eine genetische Mutation gab, die günstig war und sich zu verbreiten begann?

JOHNSON: Ja. Nach meinem Verständnis steht Laktase unter einem neonatalen Promotor. Das ist also ein Gen, das in der Säuglingsphase exprimiert wird und sich dann abschaltet. Aber dann kann es zu einer Mutation kommen, die das nicht ausschaltet. Und das kann dazu führen, dass Laktase bis ins Erwachsenenalter exprimiert wird. Einige Leute haben wirklich gute Arbeit über die Verbreitung dieser besonderen Fähigkeit geleistet, indem sie die Genetik dieser besonderen Mutation zurückverfolgten. Einige Ihrer Mikroben können auch Laktose verstoffwechseln. Zurück zum Darmmikrobiom: Welchen Einfluss hat das auf die Laktasepersistenz usw.?

STROGATZ: Interessant. Sie haben das bereits ein wenig angesprochen, aber Sie haben Milch versus Säuglingsnahrung angesprochen. Sicherlich werden viele Eltern oder Betreuer darüber nachdenken. Gibt uns Ihre Recherche einen Einblick in dieses wichtige Gespräch?

JOHNSON: Ja, ich denke, wenn du in mein Labor kommst, Steve, wir haben jede Art von Formel analysiert, die wir in die Finger bekommen können. Wir reden über Säuglingsnahrung als eine Sache, aber es gibt viele verschiedene Formulierungen. In unserem Labor quantifizieren wir also die Milchmenge, die wir erhalten, und wir quantifizieren auch alle Milchnahrungen, die die Betreuer verwenden.

Und Sie können die Unterschiede in den Nährstoffprofilen zwischen den verschiedenen Arten von Säuglingsnahrung und auch zwischen Säuglingsnahrung und Muttermilch sehr deutlich erkennen und versuchen wirklich zu verstehen, ob es so etwas wie einen essentiellen Satz an Nährstoffen gibt, denen das Mikrobiom ausgesetzt sein muss. Alles, was Sie einem Baby füttern, messen wir im Labor.

Warum es so schwierig ist, über das Thema zu sprechen, liegt daran, dass jeder es beurteilt. Als ich diesen Vortrag bei der Pew-Sitzung gehalten habe und die Leute danach fragten: „Welche Formel? Was habe ich getan?" „Ich habe meine Frau angerufen und ihr gesagt, dass wir alles falsch machen!“ Und ich möchte nicht, dass das die Botschaft ist. Ich möchte, dass die Botschaft eher darin besteht, dass die Menschen die Dinge richtig machen. Und wir wollten einfach mehr Informationen.

STROGATZ: Ich weiß, dass es hier um wichtige Themen für die Medizin, die Bevölkerung, die öffentliche Gesundheit und alles Mögliche geht. Aber was macht Ihnen Freude an Ihrer Forschung, wenn es nur um die Freude am Wissenschaftlerdasein geht?

JOHNSON: Oh, wow, so viele Dinge. Wir dürfen die Fragen stellen, die wir für interessant halten. Und dann arbeite ich auch mit dem Team von Wissenschaftlern zusammen, mit denen ich zusammenarbeite. Die Kreativität und auch die Belastbarkeit zu sehen, denn diese Fragen sind schwierig.

[Themenspiele]

Das Bild, das ich Ihnen zeigen wollte, an dem Tag, an dem wir das Bild bekamen, als wir herumstanden und auf den Computerbildschirm schauten und ich dachte: „Ist es das?“ Ist es das, was wir denken?“ Diese Art von Begeisterung treibt einen Großteil der harten Arbeit an, die in das, was wir tun, steckt.

STROGATZ: Das ist großartig. Vielen Dank. Deshalb haben wir mit der Cornell-Molekularbiologin Liz Johnson gesprochen. Nochmals vielen Dank, Liz, für dieses aufschlussreiche Gespräch über Milch und das Mikrobiom.

JOHNSON: Vielen Dank, Steve, dass du mich hast.

[Themenspiele]

STROGATZ: Danke fürs Zuhören. Weitere Inhalte – einschließlich Liz‘ Bild der Fluoreszenzmarkierung im Mikrobiom – finden Sie bei Quanta Magazine dot org [quantamagazine.org].

Wenn Ihnen „The Joy of Why“ gefällt und Sie noch kein Abonnement haben, klicken Sie dort, wo Sie gerade zuhören, auf die Schaltfläche „Abonnieren“ oder „Folgen“. Sie können auch eine Rezension für die Sendung hinterlassen – das hilft den Leuten, diesen Podcast zu finden.

„The Joy of Why“ ist ein Podcast von Quanta Magazine, eine redaktionell unabhängige Publikation, die von der unterstützt wird Simons Foundation. Förderentscheidungen der Simons Foundation haben keinen Einfluss auf die Auswahl der Themen, Gäste oder sonstige redaktionelle Entscheidungen in diesem Podcast oder in Quanta Magazine.

„The Joy of Why“ wird produziert von PRX-Produktionen; Das Produktionsteam besteht aus Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler und Merritt Jacob. Der ausführende Produzent von PRX Productions ist Jocelyn Gonzales. Morgan Church und Edwin Ochoa leisteten zusätzliche Hilfe.

Aus Quanta MagazineJohn Rennie und Thomas Lin leisteten redaktionelle Leitung, mit Unterstützung von Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana und Madison Goldberg.

Unsere Titelmusik stammt von APM Music. Julian Lin hat sich den Podcast-Namen ausgedacht. Die Episodenkunst stammt von Peter Greenwood und unser Logo stammt von Jaki King und Kristina Armitage. Besonderer Dank geht an die Columbia Journalism School und Bert Odom-Reed von den Cornell Broadcast Studios.

Ich bin Ihr Gastgeber, Steve Strogatz. Wenn Sie Fragen oder Kommentare an uns haben, senden Sie uns bitte eine E-Mail an [E-Mail geschützt] .