Yhteys allergisten sairauksien ja urbaanin elämäntavan yleistymisen välillä on tunnettu jo kymmeniä vuosia. Helsingin yliopistolla tehdyt uudet tutkimukset osoittavat, että ihmisten lisäksi lemmikkikoirat kärsivät allergisista oireista useammin kaupungissa kuin maaseudulla. Lisäksi laboratoriossa elävien hiirten astmaattiset oireet lievenivät kun ne olivat yhteydessä multaan. Uudet, osin vielä julkaisemattomat tulokset ovat jännittäviä, ja antavat ensimmäisiä viitteitä riittävästä luontoaltistuksen määrästä ja laadusta.

Kehon mikrobit suojaavat allergioilta

Allergiset sairaudet, kuten heinänuha, olivat 1800-luvulla ylemmän luokan hienostuneita sairauksia. Allergiat ovat rajusti yleistyneet länsimaistuneissa valtiossa ja yleistyminen näyttää liittyvän elämäntavan ja elinympäristön muutoksiin. On todettu, että astmaa esiintyy huomattavasti enemmän kehittyneissä kuin kehittyvissä maissa (1) ja esimerkiksi korkeasta elintasosta nauttivilla länsisaksalaisilla oli selvästi enemmän atooppisia sairauksia kuin itäsaksalaisilla Berliinin muurin murtumisen aikaan (2).

Viimeisen vuosikymmenen ajan kehossamme asuvan mikrobiyhteisön, mikrobiomin, tutkimus on ollut tieteen kuuma aihe (3). Sekvensointi- ja analyysimenetelmien kehittyminen on mahdollistanut mikrobiyhteisön tutkimuksen, mikä on avannut täysin uuden maailman lääketieteelliselle tutkimukselle. Kiinnostavien löydösten mukaan lähes mitä tahansa elintasosairautta sairastavalla ihmisellä on poikkeava mikrobiomi terveisiin henkilöihin verrattuna. Elintasosairauksiin liittyvät immuunijärjestelmän toiminnan häiriöt ja tulehdus voivat olla seurausta mikrobiomin muutoksista, sillä kehossa elävät mikrobit säätelevät puolustusjärjestelmän toimintaa.

Myös allergiset sairaudet on yhdistetty mikrobiomin muutoksiin, sillä jo aiemmin on todettu, että maatiloilla elävät lapset kärsivät muita vähemmän allergioista. Tällä hetkellä tiedetään, että ensimmäisten elinkuukausien aikainen suoliston mikrobiomi vaikuttaa lapsen myöhempään todennäköisyyteen saada allergisia oireita (4). Oireiden vakavuus liittyy myös mikrobiomiin: mitä vakavammat oireet, sitä alhaisempi oli myös mikrobiomin monimuotoisuus.

Kaupungin mikrobiomi on köyhää

Ihmisen mikrobiomin koostumusta muokkaavat sekä perimä, ruokavalio, että kontaktit muihin ihmisiin ja eläimiin. Lisäksi sosiaalisella asemalla, elämäntavalla ja elinympäristöllä on todettu olevan vaikutusta. Esimerkiksi suomalaisten vauvojen ja lapsien ihon mikrobiomi eroaa maaseudulla ja kaupungissa elävien välillä (5).

Laajat kansainväliset tutkimukset ovat osoittaneet, että mihin hyvänsä alkuperäiskansaan verrattuna yhdysvaltalaisten suoliston mikrobiomi on poikkeuksetta vähemmän monimuotoinen. Eroon vaikuttaa monet tekijät, elinympäristön merkitys oletetaan olevan suuri. Kullakin vapaalla pinnalla on oma mikrobiominsa, ja siten ympäristön mikrobiomi vaihtelee alueen maankäytön suhteen. Rakennetuilla pinnoilla kaupungeissa ympäristön mikrobiomi on luontoympäristöä yksipuolisempi, ja kaikki kaupunkiympäristön näytteet ovat melko samankaltaisia keskenään.

Kaupungin sisälläkin löytyy toki eroja. Puistot ovat vaihtelevat mikrobiomiltaan, ja ovat rakennettuja alueita rikkaampia. Puistojen lähistöjen rakennetut pinnat muistuttavat sen sijaan enemmän muita rakennettuja alueita ympäri kaupungin. Suljetuissa ympäristöissä, kuten metroissa, julkisissa tiloissa ja asunnoissa, runsaina esiintyvät ihmisen iholla mikrobiomia vallitsevat lajit. Kun ihmiset viettävät länsimaissa valtaosan ajastaan sisätiloissa, ja suurin osa väestöstä asuu kaupungeissa, on selvää, että urbaani elämä sisätiloissa väistämättä rajoittaa ihmisen altistusta erilaisille mikrobeille.

Ihmisen ja luonnon mikrobien yhteys

Brittiläinen professori Graham Rook on todennut, että ihmisen puolustusjärjestelmä on syntymän hetkellä kuin tietokone ohjelmiston kanssa, mutta dataa ei ole. Syntymän jälkeinen altistuminen erilaisille mikrobeille tarjoaa dataa, jonka valossa ohjelmiston toimintaa säädellään. Ilman riittävää dataa tämä säätely saattaa mennä vikaan ja johtaa ylireagoivaan immuunijärjestelmään.

Rook selittää nykyistä tulehdusperäisten sairauksien räjähdysmäistä nousua elämäntavan muutoksella, joka on eristänyt ihmisen liiaksi aikaisemmin ihan tavalliselta altistumiselta erilaisille mikrobeille ja parasiiteille. Tätä kutsutaan ’Old Friends’ -mekanismiksi, koska se painottaa evoluution kuluessa läsnä olleiden mikrobien ja ihmisen immuunijärjestelmän vuoropuhelun merkitystä ihmisen terveydelle (6).

Suomalaistutkijoiden teorialle tukea

Rookin teoriaan nojaa myös suomalaisten tutkijoiden, ekologi Ilkka Hanskin (1953–2016) ja allergiatutkija Tari Haahtelan, kehittämä biodiversiteettihypoteesi. Biodiversiteettihypoteesi olettaa, että kaksi aikamme megatrendiä ovat yhteydessä toisiinsa: biodiversiteetin väheneminen kuudennen sukupuuttoaallon seurauksena liittyy tulehdusperäisten sairauksien voimakkaaseen lisääntymiseen (7). Hypoteesi olettaa, että elintapojen muutos ei riitä turvaamaan ihmisen terveyttä, ellei samalla myös lajien säilymistä turvata. Ihmisen toimien aiheuttama sukupuuttoaalto kun hävittää jatkuvasti myös näkymätöntä, eli mikrobien diversiteettiä, mikä saattaa johtaa ihmisen terveyden kannalta keskeisien lajien tai yhteisöjen häviämiseen.

Biodiversiteettihypoteesin mukaan länsimainen elämäntapa vähentää yksilöiden altistumista luonnon mikrobeille, mikä muuttaa yksilön immuunijärjestelmään vaikuttavan mikrobiomin koostumusta. Lopulta mikrobien ja immuunijärjestelmän välisen vuoropuhelun häiriintyminen voi johtaa tulehdusperäisen sairauden kehittymiseen.

DogEnvi (sanoista Dog ja Environment) -tutkimuksessa aihetta tutkitaan lemmikkikoirien avulla. Koiramalli toimii tutkimuksessa ihmisiä paremmin, sillä koirien elämä on yksinkertaisempi ja myös huomattavasti lyhempi kuin ihmisen. Myös koirat kärsivät useista vastaavista sairauksista kuin ihmiset, esimerkiksi allergioista. Viimeisen vuosikymmenen aikana koirien allergiat ovat lisääntyneet hämmästyttävästi. Kun allergioita on, niitä ei tarvitse keinotekoisesti luoda, kuten tavallisissa koe-eläintutkimuksissa esimerkiksi hiirillä usein tehdään. Lisäksi koirat jakavat elinympäristönsä ja osin elämäntapansa ihmisen kanssa.

DogEnvi-tutkimuksessa 170 koiran ja heidän omistajien verinäytteet ja ihon mikrobiomi näytteet tutkittiin. Lisäksi selvitettiin koiran ja omistajan allergiset oireilut, elämäntapa ja elinympäristö kodin ympäristön maakäyttö huomioiden. Tulokset tukivat biodiversiteettihypoteesia: lemmikkikoirien ihon mikrobiomi vaihteli elinalueen mukaan, aivan kuten lapsillakin tutkimusryhmän aikaisemmassa tutkimuksessa (5). Allergia oli yleisintä kaupunkialueilla, ja niin allergisien kuin kaupungissa asuvien koirien iholla ihmisen ihon mikrobit olivat yleistyneet.

Vahvistusta tuloksiin tuli myös kyselytutkimuksesta, johon vastasi lähes 6 000 suomalaista koiranomistajaa: kaupunkilaiskoirilla oli selkeästi enemmän allergiaa kuin maaseudulla elävillä koirilla. Allergiat olivat sitä harvinaisempia, mitä enemmän perheenjäseniä ja muita eläimiä koiran kotona asui. Allerginen koira oli todennäköisemmin allergisen henkilön omistuksessa kuin terve koira. Siten ihmisillä ja koirilla, tai yleisemmin nisäkkäillä, allergiset sairaudet vaikuttavat johtuvan yhteiseen elinympäristöön tai elämäntapaan liittyvistä tekijöistä.

Myös elämäntapa merkitsee

DogEnvi-tutkimuksessa koirat jaettiin elämäntavan mukaan urbaaneiksi ja maalaisiksi. Maalaiskoirat asuivat omakotitaloissa suurissa perheissä, niillä oli paljon yhteyksiä muihin eläimiin ja niiden ulkoilu tapahtui usein takapihalla. Urbaanikoirat asuivat yhden ihmisen kanssa kerrostalossa, sekä harrastivat, lenkkeilivät ja matkustivat paljon. Koirat jaettiin elinympäristön ja elämäntavan mukaan neljään ryhmään eli eri elinympäristön (urbaani tai maalainen) ja elämäntavan (urbaani tai maalainen) eri kokonaisuuksiin.

Kaikissa ryhmissä ihon mikrobiomi erosi. Lisäksi allergian yleisyys vaihteli jokaisessa ryhmässä: allergiset oireet olivat harvinaisimpia koirilla, jotka elivät maalla, ja joilla oli maalainen elämäntapa. Urbaani elämäntapa maalla asuvalla koiralla lähes kaksinkertaisti allergian yleisyyden. Kaikkein yleisintä allergia oli kaupunkiympäristössä elävillä, urbaania elämäntapaa viettävillä koirilla. Siten ympäristön lisäksi yhteys omaan elinympäristöön on tärkeä. Maalaistyyppinen elämäntapa varmistaa laajemman mikrobialtistuksen, sillä yksilö (koira) altistuu lapsien ja muiden eläinten mikrobeille.

Vastaavia tuloksia saatiin myös tutkimuksessa, jossa vertailtiin 5-vuotiaita päiväkotilapsia kolmessa erityyppisessä päiväkodissa. Ensimmäisessä ryhmässä oli lapsia Luonnossa Kotonaan – päiväkodista, jossa lapset viettävät lähes kaiken aikansa ulkona luonnon ympäristöissä läpi vuoden. Toisessa ryhmässä oli lapsia kaupunkien keskustojen päiväkodeista ilman jatkuvaa luontoretkeilyä ja kolmannessa ryhmässä oli lapsia näiden ääripäiden väliin jäävistä ”tavallisista” päiväkodeista. Luontopäiväkotien lapsien iholla oli monimuotoisempi mikrobiyhteisö, jonka lajikoostumus erosi muista lapsista. Eroa oli, vaikka luontopäiväkotien ja tavallisten päiväkotien ympäristö oli samankaltainen. Pelkkä läsnäolo luonnollisessa ympäristössä ei siten riitä, vaan tarvitaan myös lähikosketusta, jotta ihon mikrobiomissa havaitaan muutos.

Päiväkoti-tutkimuksen pienehkö aineisto (68 lasta) jättää kuitenkin sattumalle sijaa, lisäksi kunkin päiväkotiryhmän lasten vanhempien elämäntavat erosivat toisistaan. Luontopäiväkodin lasten vanhemmat harrastivat muutenkin paljon ulkoilua, olivat korkeasti koulutettuja ja hyvätuloisia. Siten tutkimuksen mukaan luonto-orientoitunut elämäntapa, joka sisältää myös päiväkodissa tapahtuvan luontoretkeilyn, voidaan nähdä muutoksena ihon mikrobiomissa.

Enemmän on enemmän

Biodiversiteettihypoteesi on melko uusi, sillä sitä ehdotettiin vasta vuonna 2011 (7). Sen vuoksi tutkimustyö on vasta alussa, niin sanotusti kuvailevassa vaiheessa. Tämä tarkoittaa, että esitetyt tutkimukset kuvaavat ympäristön, allergioiden ja kehon mikrobiomin yhteyksiä, mutta mitään johtopäätöksiä syy-seuraus-suhteista ei voida vielä tehdä. Niiden selvittäminen vaatii kokeellista tutkimusta sekä seurausten tutkimista, eli interventioita (tehdään muutos jollekin ihmisryhmälle ja tutkitaan sen vaikutuksia). Kuitenkin jo aiemmat tulokset ovat niin vakuuttavia, että esimerkiksi allergiaohjelmassa (www.allergiaterveys.fi) suositellaan altistumista luonnonympäristöille.

Kiinnostavassa syy-seuraus-suhteita selvittävässä kokeellisessa tutkimuksessa otettiin varsin yksinkertainen lähestymistapa: astmaattista hiirimallia kasvatettiin laboratoriossa joko tavallisissa olosuhteissa, tai siten, että hiiri altistettiin mullalle. Ryhmien mikrobiomit erosivat selvästi ja lisäksi mullalle altistuneiden hiirten immuunijärjestelmä tuotti enemmän tulehdusta hiljentäviä tekijöitä. Mullalle altistuneiden hiirten keuhkot olivat myös selvästi vähemmän tulehtuneet. Tällaiset tutkimuslöydökset voivat johtaa uusien ratkaisujen syntymiseen. Tulisiko äitiyspakkaukseen lisätä pieni pussi maaperää tai multaa, jolle pienokainen altistettaisiin?

Näyttääkin siltä, että ympäristöaltistuksen osalta enemmän vaikuttaa olevan enemmän. DogEnvi-tutkimus ja päiväkotitutkimuksen löydökset kertovat luonto-orientoituneen ja maalaismaisen elämäntavan merkityksestä. Tämä asettaa suuria haasteita modernille, urbaanille elämäntyylille: Miten maaseutumainen ympäristö ja elämäntapa saataisiin kaupunkiin? Todennäköisesti puistojen lisääminen ei riitä, vaan ihmiset, luonto ja vihreän luonnon mikrobit tulisi saada enemmän kosketuksiin keskenään kaikessa arkipäiväisessä toiminnassa.

Allergiset oireet ovat suomalaisilla lemmikkikoirilla yleisempiä kaupunkiympäristössä kuin maaseudulla. a) Rodun vaikutus on kontrolloitu analyysissä ottamalla mukaan vain rodut, joilla ei ole erityistä allergiataipumusta (n = 3327, logistinen regressio, P = 0.0033). Vaalean harmaat palkit osoittavat allergisia ja tumman harmaat terveitä yksilöitä. b) Kliiniset eläintenhoitajat Sanna Karumaa (vas.) ja Petra Jaakonsaari ottavat DogEnvi-tutkimukseen osallistuneelta koiralta näytettä ihon mikrobiomista.

Teksti: Tohtorikoulutettava Jenni Lehtimäki, Helsingin yliopisto
Kuva ylhäällä: Simon Mugridge (CC BY-NC 2.0)
Artikkeli on julkaistu Naturan numerossa 3/2017.

Kirjoittaja viimeistelee väitöskirjaa Helsingin yliopiston biotieteiden laitoksella. Väitöskirjan otsikko on “The biodiversity hypothesis of allergy: The interrelations between microbiota, allergic diseases and exposure to microbes in residential environments”. Kirjoittaja ottaa suurella innolla vastaan lukijoiden tai oppilaiden ideoita kaupunkiympäristön muutoksesta ihmisen terveyttä tukevammaksi (jenni.lehtimaki(at)helsinki.fi).

Tärkeimpiä lähteitä kiinnostuneille:

1. Beasley, R. et al. 1998. Worldwide variation in prevalence of symptoms of asthma, allergic rhinoconjunctivitis, and atopic eczema: ISAAC. Lancet 351: 9111 (1225-1232).

2. von Mutius, E. et al. 1994. Prevalence of asthma and atopy in two areas of West and East Germany. AJCRRM 149:2.

3. Blaser, M. 2014. The microbiome revolution. JCI 124:10 (4162–4165).

4. Arrieta, M. et al. 2015. Early infancy microbial and metabolic alterations affect risk of childhood asthma. Science Trans. Med. 7:307 (307ra152).

5. Lehtimäki, J. et al. 2017. Patterns in the skin microbiota differ in children and teenagers between rural and urban environments. Scientific Reports 7: 45651.

6. Rook, G. 2013. Regulation of the immune system by biodiversity from natural environment: An ecosystem service essential to health. PNAS 110:46.

7. von Hertzen, L. et al. 2011. Natural immunity. EMBO reports 12 (1089-1093).