Микробиом - что это?

На нашем теле и внутри него обитает огромное количество микроорганизмов. Прежде всего это бактерии, остальные – одноклеточные существа, называемые археями, а также грибы, вирусы и так далее. В совокупности они называются микробиот человека. Микробиом – это весь генетический материал, который содержит микробиот, но два этих термина обычно взаимозаменяемы.

Некоторые из этих микроорганизмов опасны для здоровья. Другие становятся такими только когда их популяция в организме значительно увеличивается или если они попадают в неправильное место. Многие же не просто полезны, но и необходимы человеку. Есть группа бактерий, помогающая младенцу усваивать сахара, поступающие с материнским молоком.

Микроорганизмы играют и другие ключевые роли – программируют иммунную систему, обеспечивают клетки тела полезными веществами и борются с патогенными бактериями и вирусами.

Как микробы попадают в наш организм?

Считается, что плод в утробе матери стерилен, но проходя через родовые пути, новорожденный получает от матери свою первую партию бактерий. Они крайне необходимы для начала самостоятельной жизни.

Ученые выяснили: в период беременности состав микробиома матери меняется, судя по всему, для того, чтобы ребенок получил оптимальнй состав нужных ему бактерий. У детей, рожденных с помощью кесарева сечения, нет возможности получить нужный набор бактерий при рождении; исследования показывают, что такие дети более склонны к аллергиям, астме и диабету 1 типа. Некоторые врачи пытались засевать организм младенцев после кесарева сечения бактериями из вагины матери, но это довольно сомнительная практика с недоказанной эффективностью.

В первые два года жизни микробиом человека стремительно меняется под воздействием микробов в грудном молоке и других внешних факторов. К трем годам состав микробиома стабилизируется, но продолжает претерпевать изменения с течением жизни человека. На него влияют состояние окружающей среды, стресс и лекарства, которые мы принимаем, прежде всего антибиотики.

Сколько внутри нас микробов?

По последним данным, количество бактерий внутри нас и на коже превышает число клеток тела человека приблизительно в 1.3 раза. Но эта цифра не включает вирусов и виральные частицы.

С учетом числа организмов в микробиоме и тесных отношений взаимозависимости, которые у него сформировались с человеческим телом, некоторые исследователи называют человеческий организм холобионтом – сложным симбиозом мириадов живых существ. Ведь даже собственные клетки человека содержат частички бактериальной ДНК.

Клеточные митохондрии, отвечающие за снабжение энергией, являются эволюционными потомками бактерий. Наш генетический код содержит определенные участки, называемые транспозомами, которые в свое время были привнесены вирусами. Так что вопрос, насколько мы ‘человеки’, остается открытым.

Микробы на нашей коже и в кишечнике одни и те же?

Нет. Микроорганизмы, проживающие в разных частях нашего тела, значительно отличаются друг от друга. Кишечная микрофлора среди них наиболее известна, но и другие наши колонисты в последнее время начали пользоваться вниманием исследователей. Есть данные, что разновидность бактерий, часто встречающаяся на коже человека, помогает бороться с раком кожи.

Сильно различается состав микробиомов у разных людей. У двух здоровых людей, проживающих в одном городе, могут быть совершенно неодинаковые микробиомы. Это различие помогает понять, почему люди по-разному реагируют на одну и ту же еду. Польза и вред продуктов питания для человека зависят от состава его микробиома.

Почему микробиом так заинтересовал исследователей?

В последние годы выянилась связь между кишечным (в первую очередь) микробиомом и целым рядом заболеваний, от диабета и аутизма до депрессии и ожирения.

Кишечный микробиом также ответственен за эффективность лекарств, которые мы принимаем, включая химиотерапию при онкологических заболеваниях. Есть предварительные данные, что состав микробиома может влиять на качество ночного сна.

Другие микробиомы также не остаются без внимания. Например, микрофлора влагалища влияет на эффективность вагинальных лекарств для профилактики ВИЧ.

Как ученые доказали эти взаимосвязи?

Частично они выяснились при сравнении микробиомов больных и здоровых людей, но главный инструмент ученых – безбактериальные мыши. Эти грызуны выращиваются в стерильных условиях, и впоследствии им подсаживают те или иные микроорганизмы или группы микробов. Таким образом были выявлены связи между кишечным микробиомом и депрессивными состояниями, а также ожирением.

Такую важную роль играют какие-то конкретные микробы, или дело в общем балансе?

Это сложный вопрос. Некоторые эксперименты показали прямую связь между определенными видами бактерий и заболеваниями, а другие подчеркнули важность разнообразия микробиома и его общей численности.

Каким образом микробиом влияет на наш вес, и даже на состояние мозга?

В отношении ожирения, состав микробиома влияет на аппетит, газообразование, эффективность усвоения пищи, а также на общее состояние иммунной системы и воспалительные процессы в организме.

Есть несколько механизмов, с помощью которых микробиом влияет на наше настроение. Один из них – это нерв вагус, двусторонняя дорога между головным мозгом и другими органами, включая кишечник.

Стоит отметить, что большинство исследований показало скорее корреляцию между составом микробиома и заболеваниями, а не причинно-следственную связь. Кроме того, некоторые из них пока проведены только на безбактериальных мышах, и даже среди них результаты неоднозначны: полученные результаты различаются в зависимости от пола грызунов и даже в разных группах животных. Поэтому говорить о разработке полноценных методов лечения через коррекцию микробиома пока рано.

Есть и другие факторы, которые необходимо учесть. В отношении ожирения выяснилось, что в разных человеческих популяциях у тучных и худых людей найдены разные группы микроогранизмов. Многие исследователи относятся к идее микробиома скептически, и считают, что разница в составе микробиома – это следствие болезни, а не ее причина.

Есть ли какое-то практическое применение исследований микробиома?

Первая ласточка – применение микробиома для лечения C difficile – кишечной инфекции, которая вызывает серьезную диарею и может даже окончиться смертью. Пациенты получают фекальные транспланты от доноров со здоровым микробиомом, чтобы перезапустить колонию микроорганизмов с своей пищеварительной системе. Эта процедура позволяет быстро избавиться от заболевания.

Ведется разработка лечения психологических состояний с помощью микробиома. Для будущей терапии уже придуман термин: психобиотики – вмешательство в микробиом для возвращения душевного здоровья пациенту.

Сторонники идеи микробиома верят, что основанные на нем методы лечения – это завтрашний день медицины, а исследование состава микроорганизмов станет неотъемлемой частью любого медицинского обследования.

Как поддержать свой микробиом в хорошей форме?

Для этого применяют пребиотики и пробиотики. Пребиотики – это специальные вещества, например волокно инулин, которые являются благоприятной средой для пробиотиков – полезных микробов, таких как Lactobacillus и Bifidobacterium.

Пребиотики и пребиотики можно применять в виде пищевых добавок, но эффективность такого приема пока не доказана. Нет конкретных указаний, какие пребиотики или пробиотики нужно принимать при тех или иных заболеваниях. Нет стопроцентной уверенности, что пробиотики приживутся в пищеварительной системе, когда туда попадут, или что уже здоровым людям будет от этого дополнительная польза. В то же время, людям, получающим лечение антибиотиками, рекомендуют параллельно принимать пробиотики, чтобы восстановить кишечную микрофлору.

Вместо пищевых добавок многие врачи рекомендуют сбалансированное питание, в том числе ферментированные продукты – источник пробиотиков, и пищу, богатую пребиотиком-клетчаткой.

Что дальше?

Ученые продолжают исследовать механизмы, которыми микробы связаны со здоровьем человека. Одно из важных направлений – разработка планов питания, которые позволят корректировать состав микробиома и изучение вопроса, как микробиом меняет нашу реакцию на те или иные продукты. Следующий этап – переход от опытов на мышах к клиническим испытаниям на человеке.

Установлено, что когда в кишечник попадает клетчатка из овощей и бобовых, живущие там бактерии активируют Gpr41, который уменьшает кровяное давление на 3.98-6.12 мм рт.ст.

В человеческих почках были найдены обонятельные рецепторы, с помощью которых почки коммуницируют с живущими в кишечнике бактериями.

При распаде длинных молекул углерода, - так называемого диетического волокна, присутствующего в клетчатке, возникают короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) ацетат и пропионат.Человеческий организм неспособен расщеплять клетчатку. За него это делают живущие в кишечнике бактерии. Именно они синтезируют КЖК, которые в свою очередь воздействуют на почечные рецепторы, а те запускают синтез ренина – гормона, повышающего кровяное давление.

Парный рецептор был найден на стенках кровеносных сосудов. В отличие от почечного, он снижает кровяное давление, а не повышает его, и реагирует на более низкие уровни ацетата и пропионата в крови.

Взаимодействие бактерий и рецепторов выглядит следующим образом. Переваривая клетчатку, бактерии кишечника синтезируют КЖК, которые поступают в кровоток. Реагируя на них, сосудистые рецепторы расслабляют стенки сосудов, снижая кровяное давление. Чтобы давление не упало до опасного уровня, почечные рецепторы, уловив присутствие ацетата и пропионата, запускают синтез ренина – гормона, сжимающего стенки сосудов, что приводит к повышению кровяного давления.

Открытие взаимодействия между кишечной микрофлорой и рецепторами, отвечающими за уровень кровяного давления в организме, открывает новые горизонты в лечении гипертонической болезни.

Одним из вариантов лечения могут стать фекальные транспланты. Опыты показали: у крыс с нормальным артериальным давлением, которым пересадили микробиоту от крыс с повышенным давлением, давление было выше чем у крыс, получивших трансплантанты от грызунов с нормальным давлением. При этом оно все-таки оставалось ниже, чем у крыс-гипертоников, то есть микробиом – не единственный способ регуляции давления.

Пересадка крысам-гипертоникам микробиота от здоровых крыс снизила их уровень давления лишь незначительно. Выяснилось, что здоровый микробиот хуже приживается в больных организмах: последующее исследование показало, что пересадка от больных крыс к здоровым прошла более успешно, чем от здоровых крыс к больным.

Тем не менее, прием пробиотиков (прежде всего йогуртов) дает небольшое, но статистически значимое снижение артериального давления на 1-3 мм рт.ст. При клинических исследованиях эффект был более выраженным у больных гипертонией, чем у здоровых людей, и заметен в шести японских исследованиях сильнее, чем в восьми европейских.