Бактерии управляют сознанием людей: миры внутри нас. Микробиом человека
“Благодаря последним исследованиям известно, что мы не единственные, кто питается съеденной нами пищей. На самом деле, первыми, кто получает ее себе на стол, являются микроорганизмы, обитающие в нашем пищеварительном тракте. Эти маленькие бактерии взаимодействуют с каждым органом и системой, включая мозг, иммунную и гормональную систему, влияют на проявление генов, во многом определяя наше здоровье, внешний вид и даже пищевые предпочтения.
Поддержание здорового микробиома необходимо как для профилактики, так и для лечения уже имеющихся проблем со здоровьем — болезней ЖКТ, ожирения, аутоиммунности, пищевой чувствительности, гормональных нарушений, лишнего веса, инфекций, депрессии, аутизм и многих других.
В этой статье я расскажу вам о том, как выбор питания отражается на кишечной микробиоте, а, значит, и на нашем здоровье”.
Юлия Мальцева – нутрициолог и эксперт по оздоровлению кишечника и микробиома, — выступит 10 ноября на
.
Микробиом и здоровое долголетие
Наибольшее влияние на микробную представленность в кишечнике оказывает стиль питания. Для жизнедеятельности и процветания “хороших” бактерий подходит далеко не вся еда, потребляемая нами. Они питаются особыми растительными волокнами, называемыми пребиотиками .
Было доказано, что полифенолы повышают количество бифидо и лактобактерий в микрофлоре кишечника , снижая при этом количество потенциально вредоносных бактерий клостридий.
Основные выводы:
- добавление природных источников полифенолов - фруктов, овощей, чая, какао и вина способствует формированию более здоровой микроботы.
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора.
В случае проблем со здоровьем не занимайтесь самолечением, проконсультируйтесь с врачом.
Нравятся наши тексты? Присоединяйтесь к нам в соцсетях, чтобы быть в курсе всего самого свежего и интересного!
Микробиом кожи – популярная тема. Практически каждую неделю появляются новые данные о том, что те или иные бактерии повинны в развитии дерматологических болезней, таких как акне, розацеа, псориаз и т.д.
А раз враг обнаружен, то его, понятно, следует тут же обезвредить, разработав инновационные косметические формулы и выпустив их на рынок.
Складывается впечатление, что сегодня поверхность кожи исхожена человеком вдоль и поперек, как поверхность Луны.
Почему же мы решили зайти на эту изведанную территорию?
Мы постоянно отслеживаем мировые тенденции в эстетической медицине и дерматологии и в последнее время не могли не отметить появляющиеся controversies вокруг темы микробиома.
В этой статье мы попытаемся разобраться, так ли они обоснованны, и где в этой теме кончается наука и начинается маркетинг?
Но сначала вернемся ненадолго в университет.
Кожа под микроскопом
По данным американских микробиологов (Grice 2011) , на коже находится 1,8 м 2 разнообразных мест обитания микроорганизмов, включая бактерии, грибы, вирусы, клещи.
Микрофлора делится на постоянную – резидентную (около 90 % микробов), факультативную (условно-патогенную) – около 9,5 % и случайную (транзиторную) – 0,5 %.
Согласно доктору медицинских наук Виктору Бондаренко, заведующему лабораторией генетики вирулентности бактерий Института эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи РАМН, около 20 % микроорганизмов от общего числа обитает в полости рта (более 200 видов), 18–20 % приходится на кожные покровы, 15–16 % - на глотку, 2–4 % – на урогенитальный тракт у мужчин и примерно 10 % – на вагинальный биотоп у женщин, а больше всего микроорганизмов (до 40 %) – в желудочно-кишечном тракте (Бондаренко 2007) .
Микробиом кожи определяется такими факторами, как pH, температура, влажность, уровень выработки кожного сала, окислительный стресс, диета, инфекции. Кожа обладает высокой обновляемостью клеток, поскольку она постоянно противостоит воздействию внешних факторов.
Микробиом кожи меняется от человека к человеку. Уникальный профиль микробиоты человека задается в зависимости от «экониши», на него также влияет количество света и влажности/сухости, число волосяных фолликулов, пол и возраст (Krajewska-Włodarczyk 2017) .
Таблица 1. Кожный микробиом
|
Нормальная микрофлора |
Патогенная микрофлора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Известно, что сухие участки кожи на предплечьях, ягодицах и кистях активно заселены бактериями вида Actinobacteria, Proteobacteria, Firmicutes и Bacteriodetes. Удивительной особенностью микробиоты этих зон является обилие граммотрицательных организмов. Когда-то считалось, что они колонизируют кожу редко. Интересно, что на этих участках разнообразие бактерий больше, чем в кишечнике или полости рта одного и того же человека. Кроме того, микроорганизмы «привязаны» к текущему участку тела. И, пересаженные из одной среды обитания в другую, например, с языка на лоб, не способны колонизировать новую территорию или изменить существующее в этой области микробное сообщество (Costello et al. 2009) .
Как этому невидимому и густонаселенному миру удается относительно спокойно и мирно существовать друг с другом на таком ограниченном участке, как наша кожа?
Ответ кроется в гомеостазе.
Гомеостаз кожи
Чтобы эффективно выполнять свою защитную функцию (физического и иммунного барьера при стрессах, внешних вмешательствах или инфекциях), кожа полагается на механизмы непрерывного удаления мертвых клеток.
Это происходит в результате гомеостаза, когда на коже поддерживается баланс между иммунорегуляцией и толерантностью к внешней среде. Если это равновесие нарушается, иммунная система может нанести удар и начать патогенез (Belkaid 2014; Sil et al. 2018) .
Многие механизмы кожного гомеостаза до сих пор не до конца понятны и изучены, а то, что известно, подробно изложено в учебниках. Здесь, чтобы не цитировать страницы, мы опишем лишь некоторые важные открытия на пути к этому пониманию.
Если вы не хотите утомлять себя обилием терминов, то можете без вреда пропустить этот раздел.
Белок AhR и гомеостаз
Рецептор ароматических углеводородов AhR – это белок, который относится к лиганд-зависимым транскрипционным факторам и осуществляет регуляцию ферментов, способствующих метаболизму ксенобиотиков.
Он опосредует многочисленные биологические и токсикологические эффекты, индуцируя транскрипцию различных чувствительных к AhR генов.
Японские ученые исследовали роль этого белка и пришли к выводу, что он оказывает ряд функциональных воздействий на гомеостаз кожи (Furue et al. 2014) .
Они установили следующее:
- AhR участвует в оксидативном стрессе. Например, кератиноциты выделяют AhR-комплекс, который взаимодействует с бензоапиреном и другими факторами окислительного стресса, что приводит к повреждению клеток. Бензоапирен – один из главных ингредиентов, выделяющихся при курении табака, и, возможно, есть связь между AhR и такими индуцированными табакокурением заоблеваниями кожи, как псориаз и пальмоплантарный пустулез.
- AhR связан с эпидермальной функцией. Активация этого белка может приводить к индукции дифференцировки эпидермиса. Это значит, что может повышаться экспрессия филаггрина, лорикрина и хорнерина, а также происходить утолщение эпидермиса. Все это вкупе с нарушением микробиома кожи, связанного с бактериями Propionibacterium acnes, может приводить к развитию акнеподобных состояний кожи.
- AhR может модулировать меланогенез, контролируя экспрессию меланогенных генов.
И это далеко не полный список реакций, в которых принимает участие этот белок, во многом его действие остается загадочным.
Сигнальный путь Wnt и гомеостаз
Немецкие ученые занимались изучением нарушений в передаче сигналов Wnt и его роли в поддержании барьерной функции кожи для ее правильного физического, биохимического и иммунологического функционирования (Augustin 2015) .
Они установили, что кожа является сложным динамическим органом с высоким клеточным обменом, при котором стволовые клетки обеспечивают постоянное обновление кожи. Сигнальный путь Wnt контролирует рост стволовых клеток и участвует в обновлении различных тканей. Нарушение передачи сигналов Wnt в коже вызывает такие нарушения, как алопеция, хронические воспалительные заболевания кожи или рак.
Транскрипционный фактор Foxn1 и гомеостаз
Много исследований было сосредоточено на клеточных и молекулярных механизмах, которые регулируют биологию кожи. Факторы транскрипции являются ключевыми молекулами, которые настраивают экспрессию генов и способствуют или подавляют транскрипцию гена. И эпидермис является ключевым источником транскрипционных факторов, которые регулируют многие функции эпидермальных клеток, такие как пролиферация, дифференцировка, апоптоз и миграция.
В одном из недавних исследований было установлено, что активация эпидермальных факторов транскрипции вызывает изменения в дерме кожи (Bukowska et al. 2018) .
Транскрипционный фактор Foxn1 играет особую роль в биологии кожи. Регуляторная функция Foxn1 связана с физиологическими (развитие и гомеостаз) и патологическими (заживление ран) изменениями. В частности, Foxn1 участвует в способности кожи регулировать образование рубцовой ткани, что может быть перспективно в регенеративной медицине.
Иммунный ответ второго типа
В развитии микробиома и регуляции бактерий, которые колонизируют поверхность кожи, решающее значение имеет иммунная система, а получаемые от микробов сигналы постоянно формируют и устанавливают ответ иммунных реакций.
Канадские ученые установили, что иммунный ответ второго типа лежит в основе развития атопии и аллергии. Микробы модулируют иммунные ответы типа 2 через воздействие на цитокины типа 2, дендритные клетки и регуляторные Т-клетки. Микробная колонизация в кишечнике, легких и коже в ранний период иммунного развития, по-видимому, имеет особое значение для развития толерантности и регуляции иммунных ответов, которые позднее могут быть связаны с аллергией (McCoy et al. 2018) .
Даже вышеприведенных немногочисленных данных достаточно, чтобы прийти к выводу о том, что микромир тонок, неоднозначен и непостоянен, а протекающая в этом мире бурная активность, взаимодействия и регуляция еще не до конца понятны.
Обозначим проблему
Хотя человек и изучил кожу, установил количественное соотношение микрофлоры, классифицировал и присвоил бактериям романтичные названия (вспомним глобальный проект «Микробиом человека», начатый в 2008 году), но нам так и не удалось установить причинно-следственные связи между этими процессами.
Однако набирают популярность мнения, что виной кожных болезней являются нарушения в микробиоме, иначе дисбаланс микроорганизмов.
Но так ли это на самом деле? Корректно ли делить бактерии на «вредных» и «полезных»?
Сначала немного статистики:
- Установлено, что в 90 % случаев при атопическом дерматите происходит колонизация кожи Staphylococcus aureus, причем этому подвержены не только пораженные участки, но и участки здоровой кожи (Kong et al. 2012) .
- При псориазе в очагах поражений обнаруживаются большие колонии Streptococcus и Propionibacterium (Statnikov et al. 2013) .
- Вид Propionibacterium acnes долгое время рассматривался как важный провоцирующий механизм акне. Однако было выявлено, что в воспаленных фолликулах присутствуют не только P. acnes, но и другие бактерии, например Streptococcus epidermidis (Bek-Thomsen et. al 2008).
- На Западе бушует эпидемия кожной аллергии, причем количество случаев, по оценкам ученых, значительно возросло за последние 5–10 лет (Wallen-Russell et al. 2017) .
Мы привели лишь крошечную часть данных. Исследования также показывают, что дисбаланс микрооорганизмов может лежать в корне и таких заболеваний, как синдром Крона, колиты и синдром раздраженного кишечника, аутоиммунные заболевания, склероз или диабет I типа (Campbell 2014) .
Конечно, при таких данных есть соблазн «свалить» всю вину за болезнь на бактерии.
Но почему есть сомнения?
Группа американских ученых (Wallen-Russell et al. 2017) высказала обоснованные сомнения новомодным течениям.
Они отметили следующее:
- До сих пор нет абсолютного способа измерения микробиома и оценки состояния здоровья кожи.
- Как понять, когда микробиом кожи является индикатором болезни кожи, а когда – ее здоровья?
- В природе именно биоразнообразие является гарантией стабильности среды, и при этом факторы окружающей среды также влияют на микробиом. Ученые проследили, например, что у предков человека кожа сильно отличалась от кожи «современного» человека (которая постоянно обрабатывается и улучшается) и показывала беспрецедентные уровни разнообразия бактерий.
Они заявили, что многие исследования причин возникновения кожных болезней были сосредоточены на поиске связей между конкретными типами микробов, обитающими на коже, и специфическими кожными заболеваниями (Wallen-Russell et al. 2017) .
Однако (sic!) на данный момент недостаточно доказательств того, что здоровая или нездоровая кожа определяется наличием специфических доминирующих типов микробиома (Findley et al. 2014) .
Например, рассмотрим акне.
На протяжении десятилетий изучалась роль Propionibacterium acnes в патогенезе болезни, но роль этой бактерии все еще неясна, но установлено, что этот микроорганизм является главным симбионтом нормальной флоры кожи, P. acnes использует липиды кожи для получения короткоцепочечных жирных кислот, которые могут аналогичным образом предотвратить микробиологические угрозы (Grice et al. 2011; Dessinioti et al. 2010) .
Возникает закономерный вопрос: к какой категории тогда следует относить P. Acnes?
Записывать ли ее во врага и кидать все силы на ее истребление?
Или сделать другом?
Стоит ли стремиться к балансу?
Способность кожи противостоять инфекциям и болезням является очень сложным многофакторным процессом.
Это комбинация большого количества систем, которые должны работать в синергизме (Grice et al. 2008; Cogen et al. 2009) . К ним относятся физический барьер, поверхностный рН хозяина и «активный синтез» генетически кодируемых молекул в его организме.
Неграмотно проводить различия между «полезными» и «вредными» микроорганизмами. Можно только опираться на способность самой кожи противостоять болезням и инфекциям, а не пытаться объяснять это «сложным внутренним миром» самих микробов, навешивая на них субъективные ярлыки «отрицательных» или «положительных» героев.
Кроме того, нельзя забывать о связи кожи с иммунной системой.
Микробы на коже могут влиять на поведение иммунных клеток. Недавние испытания показали, что Staphylococcus epidermidis помогает иммунной системе контролировать инфекции, изменяя функцию Т-клеток (ключевой компонент адаптивного иммунного ответа организма) для повышения иммунитета хозяина.
Исследования обнаружили, что различные микробы сообща влияют на составляющие иммунной системы, и то, как они общаются с иммунной системой, очень специфично для каждого микроба (Wallen-Russell et al. 2017) .
Многие из кожных микроорганизмов являются безвредными и в некоторых случаях обеспечивают жизненно важные функции, которые человеческий геном не развил. Симбиотические микроорганизмы занимают широкий спектр кожных ниш и защищают от вторжения более патогенных или вредных организмов. Эти микроорганизмы могут также влиять на миллиарды Т-клеток, которые с их помощью учатся противостоять патогенам.
И вся эта система должна находиться в тонком балансе не только между собой, но еще и «дружить» с организмом-хозяином.
Американцы показали, что разнообразие микробов – это гарантия стабильности и равновесия в организме (Wallen-Russell et al. 2017) .
Вывод: чем разнообразнее микробиом, тем лучше здоровье.
Главный вопрос: что делать?
Стоит ли однозначно полагаться на популярные мнения о том, что микробиотические продукты различной направленности – это средство Макропулоса?
Могут ли эти препараты нарушить спокойствие в микромире?
На первый взгляд, нет.
Но, вот, казалось бы, популярный и безобидный витамин B12, который многие пациенты принимают в качестве биологически активной добавки.
Недавно канадские врачи (Kang et al. 2015) выяснили, что биосинтез этого витамина в присутствии бактерий Propionibacterium acnes значительно снижался у пациентов с угревой болезнью. Они предположили, что человек, принимающий витамин B12, модулирует деятельность микробиоты кожи и способствует патогенезу акне.
Чтобы проверить эту гипотезу, канадцы проанализировали микробиоту кожи у здоровых людей, и дополнили ее витамином B12.
Они обнаружили, что добавка витамина подавляет экспрессию генов биосинтеза витамина B12 у P. acnes и изменяет транскриптомы микробиоты кожи.
В результате у одного из десяти испытуемых появилось акне через неделю после приема витамина.
Кроме того, проанализировав молекулярный механизм, ученые обнаружили, что добавка витамина B12 в культуры P. acnes способствовала производству порфиринов, которые, как уже известно, провоцируют воспалительный процесс.
Это новое свидетельство о роли внешнего провоцирующего фактора, подрывающего тонкий баланс.
А сколько еще предстоит выяснить?
Схожие вопросы возникают и в теме популярных, особенно в России, добавок с пре- и пробиотиками.
Напомним:
Пробиотики – живые микроорганизмы (или лиофилизированные споры), которые, при использовании в определенном количестве, как считается, положительно влияют на здоровье.
Пребиотики не содержат живых микроорганизмов, но стимулируют размножение «хорошей» микрофлоры за счет создания питательной среды.
Есть еще группа синбиотиков , продуктов, совмещающих пробиотики и пребиотики.
Идея использования пробиотиков для восстановления флоры кишечника постулируется очень давно (см., например, Rowland et al. 2009) , и проблема с внутренней средой организма заключается в том, что она недоступна и изолирована от внешней среды и ее сложно изучать и поэтому контролировать (Grönlund et al. 1999) .
С кожей все должно быть проще – она видна невооруженным глазом, ежедневно подвергается внешнему воздействию и не имеет проблемы доступа к микробиому.
Но опять появляется «но».
Американцы установили, что на кожу влияет окружающая среда, которая провоцирует проблемы, и поэтому бессмысленно использовать «пробиотические» средства, если в окружающей среде присутствует что-то, что сразу же нивелирует эффект (см. Wallen-Russell et al. 2017) .
Как только действие пробиотиков заканчивается, кожа сразу же возвращается в привычное состояние.
Кроме того, есть и сложности при производстве пробиотиков.
Мы обратились к эксперту – косметическому химику – и попросили ее рассказать, какие особенности бывают при использовании пробиотических продуктов и когда их уместно применять.
Для использования пробиотиков в косметике есть определенные сложности – бифидо-, ацидо- и лактобактерии не способны образовывать споры и легко разрушаются.
При выборе пробиотического препарата возникает несколько проблемных вопросов.
Первый – выживаемость, так как пробиотическими свойствами обладают только живые микробы. Более того, целым рядом работ было показано, что минимально достаточной дозой, способной осуществлять значимое действие, может считаться доза не менее 107 КОЕ (Saavedra 2001) .
Выживаемость бактерий зависит от технологии производства и условий хранения препарата. Например, добавление бифидобактерий в кефир не гарантирует их сохранности и способности к размножению; жизнеспособность микрофлоры как в жидких, так и в простых сухих формах препаратов может быть утрачена ранее официального срока. Для большинства пробиотиков, особенно для жидких лекарственных форм, требуются особые условия хранения, например, температура.
Следует учитывать разрушительное действие желудочного сока на незащищенную флору. Доказано, что лишь небольшое число штаммов лактобактерий (L. reuteri, L. plantarum NCIB8826, S. boulardii, L. acidophilus, L. casei Shirota) и бифидобактерий обладает кислотоустойчивостью. Большинство микробов погибает в желудке.
По данным Анатолия Безкоровайны (Bezkorovainy 2001) , лишь 20–40 % селективных штаммов выживает в желудке.
Д. Почарт (Pochart et al. 1992) продемонстрировал, что из 108 микр. тел лактобактерий, принятых в кислотоустойчивой капсуле, в кишечнике обнаруживается 107, после приема такого же количества в йогурте – 104 микр. тел, а после приема той же дозы в открытом виде (порошок) микробы в кишечнике не обнаруживаются вовсе. Поэтому предпочтительны пробиотики, заключенные в кислотоустойчивую капсулу.
Впрочем, после того как микробиологическое равновесие в кишечнике будет восстановлено, прием различных кисломолочных продуктов нужен и важен!
По данным публикаций, внутренний прием различных видов пробиотиков эффективен для решения ряда проблем кожи (табл. 2) .
Таблица 2. Штаммы пробиотиков, которые исследовались относительно положительного влияния при лечении различных видов заболеваний
|
Виды пробиотиков |
штамм |
ЖКТ |
Экзема |
Аллергии |
Акне |
Иммуномодуляция |
Бактерии используют очень широко и в продуктах по уходу за кожей. В средствах для волос они работают как укрепляющие и стимулирующие рост. Также на их основе можно делать инновационные консерванты («мертвые бактерии (лизаты) – убивают живые бактерии»).
Вот примеры:
- Aspergillus/Rice Ferment Extract – аспаргилус, плесневый гриб, который называют еще «плесень кодзи». Ценен тем, что может перерабатывать то, что не под силу Saccharomyces – ферментирует крахмал. Используется для производства саке (из рисового зерна), соевого соуса и мисо-пасты. Но самое обширное применение – это использование для получения лимонной кислоты. Для кожи используется как выравнивающий тон компонент, осветляющий пигментацию; также он эффективно отшелушивает кожу, запуская процесс омоложения.
- Leuconostoc Ferment Filtrate – лейконосток, лактобактерия, которая вызывает квашение огурцов и капусты. Натуральная альтернатива консервантам и противомикробным добавкам. Эффективно подавляет все виды патогенных микроорганизмов.
- Saccharomyces/Magnesium Ferment и Saccharomyces/Copper Ferment и Saccharomyces/Iron Ferment и Saccharomyces/Zinc Ferment – смесь дрожжевых «сахарных» грибов, которые росли в присутствии ионов магния, меди, железа и цинка. Необходимые для роста волос минералы, аминокислоты и витамины дрожжей делают комплекс универсальным для решения проблем волос.
- Lactobacillus/Rye Flour Ferment Filtrate – лактобактерии, выросшие на ржаной муке. Регулируют работу иммунной системы кожи; уменьшают количество пропионовых бактерий, потому хорошо себя показывают при лечении проблемной кожи; увлажняют кожу и стимулируют ее заживление.
- Bifida Ferment Lysate – лизат бифидобактерий. Оказывает противовоспалительное и заживляющее действие; применяется как антистрессовая добавка, уменьшающая чувствительность кожи; используется для anti-age препаратов, так как нормализует обменные процессы.
Выводы
Мы написали эту статью, чтобы показать, что все классификации и споры о полезных и вредных бактериях условны.
Когда в 2008 году Национальные институты здравоохранения США затеяли крупный проект Human Microbiome Project, подобный столь же масштабному проекту по расшифровке генома человека, ученые хотели удовлетворить исследовательский интерес.
Тогда амбициозная задача ученых – понять наконец, как изменения в микробиоме сказываются на здоровье человека, – так и не была решена, равно как и расшифровка генома человека не дала окончательных ответов на то, как функционируют гены.
Ответы еще предстоит получить, и можно предположить, что они не будут однозначными.
Однако академические идеи были выхвачены из контекста и из-под чутких рук ученых, вынесены за пределы лабораторий и стали достоянием широкой публики, породив множество мифов и неверных интерпретаций.
То, что мы наносим на кожу «хорошие» бактерии и надеемся с их помощью победить «вредные» или принимаем внутрь препараты и считаем, что они безобидны, может тем не менее колебать баланс микроорганизмов. Вот почему очень важно прислушиваться к своему врачу и использовать правильные продукты и ингредиенты и только тогда, когда это действительно необходимо.
Нет «плохих» или «хороших» бактерий, важен только баланс между ними. И его поддержание в наших руках.
Эмблема проекта
Проект человеческого микробиома был инициативой национальных институтов здравоохранения США (National Institutes of Health, сокращенно NIH) с целью выявления характеристик микроорганизмов, которые встречаются как у здоровых, так и у больных людей.
А с чего все начиналось. Все началось с одного из сюрпризов, обнаруженных при работе проекта «Геном человека». Оказалось, что геном человека содержит только 25000 белок-кодирующих генов. Это примерно пятая часть того, что ожидали найти ученые. Чтобы обнаружить «недостающие части», которые могли бы объяснить это расхождение, исследователи начали искать другие источники генетического материала. Одним из таких источников был человеческий микробиом.
Микробиом — это сложный коллектив микроорганизмов. Причем количество клеток микробов в 3 раза больше клеток нашего тела. Таким образом, для изучения человека как «суперорганизма», состоящего из человеческих и микробных клеток и был запущен проект микробиома человека.
Создан проект в 2008 году. Это было пятилетнее исследование, общим бюджетом115 млн. долл.
Конечной целью этого исследования было проверить, как изменения в человеческом микробиоме связаны со здоровьем человека или болезнью.
Важным компонентом проекта «Микробиом человека» является обширное секвенирование генома, что обеспечивает глубокую генетическую перспективу по некоторым аспектам данного микробного сообщества.
До 2014 года в популярных средствах массовой информации и в научной литературе сообщалось, что в человеческом организме в 10 раз больше микробных клеток, чем в человеческих клетках.
В 2014 году Американская академия микробиологии опубликовала данные, что недавние исследования пришли к новой оценке человеческих клеток — 37 триллионов (против 100 триллионов бактерий). Что немного меняет соотношение — 3:1.
Многие из микроорганизмов, населяющих тело человека, не были ранее культивируемы и идентифицированы. Организмы микробиома человека представлены бактериями, архебактериями, дрожжевыми грибками, одноклеточными простейшими, также различными гельминтами и вирусами.
Проект микробиом человека рассматривается сейчас как «логическое концептуальное и экспериментальное расширение проекта «Геном человека».
Главные открытия Human Microbiome Project на сегодня:
— Микробы вносят больше генов, ответственных за выживание человека, чем собственные гены людей. По оценкам, бактериальных генов в 360 раз больше, чем наших с вами (микробы дают около 8 млн генов).
— Метаболизм различных биологических веществ, например, переваривание жиров, может осуществляться у разных людей разными видами бактерий. Все зависит от наличия гена, который умеет это делать. Проще говоря, неважно, как называется бактерия, а важно — что она умеет делать (поэтому у разных людей в одном биохимическом процессе участвуют разные бактерии).
— С течением времени состав человеческого микробиома изменяется,также под влиянием болезней и лекарственных средств. Однако состав микрофлоры в конечном итоге возвращается в состояние равновесия (хотя может меняться состав бактериальных генов).
— Выявлен переход к меньшему видовому многообразию во влагалищном микробиоме беременных женщин перед родами.
— Есть исследования о роли микрофлоры кишечника в различных заболеваниях пищеварительного тракта, кожи, половых органов.
— В фармацевтике рассмотрели последствия в отношении присутствия «нежелательных» микроорганизмов в нестерильных фармацевтических продуктах.
Экология познания. Познавательно: Ученые только сейчас начинают понимать, насколько велика роль микроорганизмов, живущих внутри человека (Ричард Коннифф (Conniff))
Ученые только сейчас начинают понимать, насколько велика роль микроорганизмов, живущих внутри человека
Ричард Коннифф (Conniff)
Педиатр Барбара Уорнер никогда не забудет эту супружескую пару. До поступления в клинику, на протяжении многих лет супруги тщетно пытались завести детей, и вот, в 1997 году пациентка доктора Уорнер, наконец, забеременела. Ей было тогда около сорока пяти лет. «Для нее это был последний шанс», - поясняет Уорнер. И вот, в скором времени на свет появились двое близнецов. К сожалению, первый умер в результате тяжелой формы асфиксии, в те времена наиболее распространенного убийцы недоношенных детей.
Через неделю, прямо в День Благодарения, Уорнер пеленала второго, выжившего близнеца и... даже сейчас доктор с ужасом вспоминает о том, что она увидела: сильное покраснение (эритема) и вздутие живота.
Диагноз: некротический энтероколит (сокращенно НЭК). Об этом заболевании за пределами отделений интенсивной терапии новорожденных детей вообще мало кто слышал; некротический энтероколит имеет бактериальную природу и характеризуется внезапным и стремительно развивающимся воспалением кишечника.
Во время операции на животе малыша хирург увидел следующую картину: весь кишечный тракт - от самого желудка до прямой кишки - вообще не функционировал. Малыш был обречен. После операции доктор Уорнер, обливаясь слезами, вернула новорожденного убитым горем родителям, будучи не в силах им помочь.
«С тех пор прошло 15 лет - и ничего не изменилось», - мрачно заключает Уорнер, проходя мимо пластиковых инкубаторов, в которых лежат ее крошечные пациенты, обмотанные трубками и принимающие ванны мягкого ультрафиолета. Некротический энтероколит по-прежнему является одним из главных убийц недоношенных детей. Однако, вскоре положение может измениться, благодаря новым знаниям о природе и жизнедеятельности человека.
За последние несколько лет, достижения в области генной инженерии приоткрыли окно в удивительный, густонаселенный, не видимый нашему глазу, но имеющей огромное значение для человека мир микроорганизмов, обитающих внутри и вокруг нас, - мир бактерий, грибков и вирусов.
Ученые называют его «микробиом» . Исследованием микробиома занялась «большая наука», подключив к исследованиям международное сообщество ученых, задействовавших передовую технологию секвенирования ДНК и огромные базы данных, обработка которых по плечу лишь суперкомпьютерам. Исследования микробиома знаменуют собой мощный рывок, который медицина не делала на протяжении вот уже ста пятидесяти лет; теперь ученые понимают, что микробы могут быть не только врагами человека, но и его союзниками.
Вопрос, поднятый в статье, довольно деликатен. В отделении интенсивной терапии больницы Сент-Луиса, где работает доктор Уорнер, ученые, изучающие некротический энтероколит (НЭК), проанализировали буквально каждый подгузник и каждую пеленку, в которую заворачивали недоношенных новорожденных, попадавших в это медицинское учреждение на протяжении последних трех лет.
Ученые не ставят себе задачу, как это было раньше в истории медицины, непременно выявить какой-то отдельный возбудитель, какого-нибудь «убийцу вирусов» или бактерию. Вместо этого, говорит Филипп Тарр, детский гастроэнтеролог из Вашингтонского университета и коллега доктора Уорнер, ученые хотят научиться контролировать баланс микрофлоры, а для этого изучить особенности жизнедеятельности сотен типов микроорганизмов, населяющих кишечник новорожденных.
Ученые хотят выяснить, при каких условиях развивается некротический энтероколит , и быть может им удастся впервые в истории медицины предложить врачам, работающим в отделениях интенсивной терапии новорожденных, рекомендации по профилактике этого смертельного заболевания.
В начале нынешнего года одна из групп исследователей выяснила, что выделения, продуцируемые некоторыми полезными микробами, по всей видимости, способны предотвратить переход некротического энтероколита в ту стадию, которая ведет к летальному исходу. Таким образом, вполне вероятно, что медики вскоре смогут разобраться в причинах НЭК, о которых сегодня мало что известно, и принять, наконец, превентивные меры.
Сегодня медики и биологи стали уделять повышенное внимание исследованию микробиома, поскольку он заставляет по-новому взглянуть на проблему НЭК и лучше понять сущность человеческой природы. К примеру, мы склонны думать, что человек - это лишь та совокупность клеток, из которых выстроено человеческое тело; число этих клеток превышает десять триллионов. Но к этой цифре надо прибавить еще 100 триллионов клеток, из которых состоят микроорганизмы, которых человек приютил в своем теле. Выходит, что живое существо, которое каждый из нас видит по утрам в зеркале, лишь на 10 процентов состоит из клеток, принадлежащих собственно человеку.
Еще больше впечатляют данные о весе живущих в человеке микроорганизмов: в общей сложности у взрослого человека он составляет около трех фунтов (почти столько же весит человеческий мозг). Теперь перейдем к генам: в организме человека их насчитывается приблизительно 21 тысяча. К этой цифре надо прибавить еще почти восемь миллионов генов, из которых состоят населяющие человеческое тело микроорганизмы, многие из которых помогают нам усваивать пищу, укрепляют иммунную систему, «включают» и «выключают» наши гены - словом, помогают нам жить.
Как тут ни вспомнить знаменитое высказывание английского поэта Джона Донна: «Ни один человек - не остров, замкнутый в себе, каждый человек - это кусок континента, частица единого целого». И еще вспоминается строчка в одной из песен старой американской рок-группы «Jefferson Airplane»: «Он - полуостров». На самом деле, в нашем случае речь должна идти о здоровенном мегаполисе.
Начало эры микробиома можно отсчитывать с конца 1990-х годов , когда Дэвид Рилман (Relman), специалист по инфекционным заболеваниям, работающий в Стэнфордском университете, решил получить образец микрофлоры, населявшей его ротовую полость. Процедура проста: стоматолог проводит ватной палочкой за щекой, берет мазок с поверхности зубов или десен. На ватном тампоне вроде бы ничего нет (но, по словам одного стоматолога, «вера в невидимое должна быть крепка необычайно»).
После этого, взятые образцы направляют в лабораторию для культивирования в чашке Петри и выявляют те микроорганизмы, которые там неплохо себя чувствуют. Рилман предложил смелую идею - провести анализ ДНК с помощью метода секвенирования. С тех времен стоимость процедуры секвенирования снизилась, а исследование образцов мазков, взятых с различных участков человеческого тела для анализа ДНК, стало обычным делом при изучении микробиома.
В лабораторных условиях каждый из образцов мазка помещают в одну из 96 ячеек, расположенных на маленькой пластиковой пластинке. После проведения ряда манипуляций, образцы поступают в устройство под названием секвенатор, который внешне чем-то напоминает банкомат и минибар одновременно.
Информация, которую выдает нам секвенатор, впечатляет: выяснилось, что микрофлора ротовой полости человека насчитывает более 1000 видов микроорганизмов; при этом, в области, расположенной за ушной раковиной, живут 150 видов; на внутренней стороне предплечья - 440 видов, а в кишечнике их несколько тысяч.
Фактически, микрофлора присутствует почти во всех областях человеческого организма. Всего же в теле человека их насчитывается более 10 тысяч видов. Их число изменяется в зависимости от того, какую часть тела мы рассматриваем; в этом смысле, по мнению специалиста по изучению микрофлоры Роба Найта из Университета Колорадо, различия в количестве микроорганизмов, населяющих ротовую полость и кишечник, даже более велики, чем различия между температурой горячей воды и полярного льда.
Скажем, согласно исследованию 2010 года, число микроорганизмов, обитающих на правой и левой руке, составляет лишь 17 процентов от общего числа всех микроорганизмов, населяющих человеческое тело.
Но самое интересное заключается в том, что сообщество микроорганизмов, проживающее в человеческом теле, очень сильно влияет на образ жизни человека и даже на образ его мысли и восприятие. Недавно проведенные исследования установили связь между изменениями микробиома и некоторыми из наиболее распространенных заболеваний, включая ожирение, аллергию, диабет, дисфункцию кишечника и даже такие психические заболевания, как аутизм, шизофрения и депрессия.
В прошлом году, например, ученым удалось установить следующие факты:
- склонность к полноте у тех младенцев, которые подвергались воздействию антибиотиков в первые шесть месяцев жизни, на 22 процента выше, чем у тех малышей, которые такое воздействие на себе не испытывали; возможно, что причина здесь состоит в том, что антибиотики губительны для микроорганизмов, необходимых для жизнедеятельности человека.
- отсутствие полезной микрофлоры в кишечнике грызунов в раннем возрасте ведет к расстройству центральной нервной системы и способно непрерывно изменять уровень серотонина в головном мозге взрослой особи. Ученые предполагают, что в организме человека происходит то же самое.
- по данным исследования, проведенного в Малави, для решения проблемы голода среди детей необходимо не только наличие пищи, но и присутствие в кишечнике ребенка «правильных» микроорганизмов.
Исследователи пока что не могут с уверенностью определить, влияют ли изменения микробиома на среду или же наоборот, среда ведет к изменениям микробиома. И все же, научное сообщество стало уделять повышенное внимание изучению взаимосвязей между микробиомом и средой, в которой он существует.
В частности, большой интерес вызвали опубликованные в июне прошлого года первые результаты проекта «Human Microbiome Project» стоимостью 173 миллиона долларов, осуществленного под эгидой Национального института здоровья. Цель данного проекта заключается в создании подробной карты микрофлоры, населяющей организм трехсот здоровых добровольцев.
Медики приравнивают данный проект к обнаружению в организме человека еще одного, доселе неизвестного, органа или еще одной, не известной ранее, системы жизнедеятельности. Как говорится в одной из статей, опубликованной в январском номере Американского эпидемиологического журнала за этот год, ученые обнаружили «еще один ключ», который поможет «вскрыть тот пресловутый черный ящик», который обуславливает здоровье и заболевания людей.
О микробиоме теперь знают даже неспециалисты, особенно после того, как несколько лет назад исследователи из Университета Вашингтона установили связь между ожирением и качеством микрофлоры кишечника. Выяснилось, что в кишечнике у мышей, страдавших от избыточного веса, преобладали бактерии Firmicutes, а у худых - Bacteroidetes.
В ходе эксперимента обе группы мышей содержались на одинаковой диете, однако оказалось, что мыши, у которых в кишечнике преобладали бактерии типа Firmicutes, извлекали большее количество калорий и накапливали при этом больше жира. То же самое происходило и в человеческом организме. Теперь понятно, почему многие люди с избыточным весом подчас жалуются, что они толстеют даже, так сказать, от одного лишь запаха еды, которую без проблем поглощают их худые друзья.
Подобные эксперименты породили большой энтузиазм в отношении человеческого микробиома, на который раньше большинство ученых смотрело с некой долей брезгливости. Это все равно, как если бы читатели полюбили бы вдруг «Путешествия Гулливера» всего лишь из-за одного отрывка, в котором Джонатан Свифт изображает студента, который занимался превращением человеческих экскрементов обратно в те питательные вещества, из которых они образовались.
Нынешней зимой два конкурирующих проекта пригласили энтузиастов для того, чтобы взять у них на анализ фекалии, а также мазки из ротовой полости и с поверхности кожи. На банковский счет каждого из проектов поступило более 300 тысяч долларов в виде добровольных пожертвований (средняя величина пожертвования - 100 долларов) В первом из проектов, который осуществляется Лабораторией Найта при Колорадском университете и называется «American Gut», участвуют ведущие американские ученые.
В рамках данного проекта покупателям была предложена услуга по составлению «карты экосистемы кишечных бактерий человека» стоимостью 99 долларов, которую журнал «Prevention» назвал одним из десяти лучших праздничных подарков. (А романтикам для отдельных пар предлагался пакет под названием «Микробы для двоих» за 189 долларов, который в том числе давал право провести анализ образцов кала обоих партнеров. Или их собаки.)
Во втором проекте под названием uBiome развивалась идея так сказать «народной науки». Участникам предлагалось сформулировать гипотезы для экспериментальной проверки, например: «Как потребление алкоголя влияет на микробиом человека?» «Какое влияние на микробиом оказывает вегетарианская диета?»
После того, как в декабре у одного из организаторов проекта Вилла Лудингтона родился ребенок, отец стал ежедневно проводить анализ кала своего новорожденного сына Дилана, чтобы ответить на вопрос: «Каким образом наследуется микрофлора, колонизирующая кишечник младенца в течение первого года жизни?»
К проблеме микробиома с энтузиазмом обратились и венчурные капиталисты. К настоящему времени они уже инвестировали средства в как минимум четыре новых проекта с целью разработки перспективных препаратов и диагностических средств, ориентированных на микробиом.
Исполнительный директор компании «Second Genome», расположенной в окрестностях Сан-Франциско, Питер Дилаура (DiLaura) уже инвестировал около 10 миллионов долларов в проект, с помощью которого уже через три года можно было бы начать клинические испытания лекарственных средств, предназначенных для лечения таких распространенных заболеваний, как язвенный колит, причиной которого, скорее всего, является изменение микробиома. (Кстати, лозунг компании «Second Genome» такой: «Наиболее важный для человеческого организма геном может быть и не человеческого происхождения»).
Как видим, планы выглядят оптимистично, особенно если вспомнить, что начатые в свое время исследования генома человека, вопреки ожиданиям практически не привели к появлению каких-то новых методов лечения. Но, по крайней мере, они теоретически должны помочь найти способы манипулирования отдельными группами микроорганизмов.
В некоторых крупных фармацевтических компаниях, которые работают над решением проблемы диабета и ожирения, были созданы научно-исследовательские подразделения, занятые исследованием микробиома. Кроме того, крупные производители зубной пасты и жидкости для полоскания рта, уже инвестируют в разработку микробиологических методов по борьбе с кариесом.
Но и помимо создания коммерческих продуктов, сама по себе возможность картирования микробиома человека уже способна принести огромную пользу для медицины. Исследования показывают, что каждый человек обладает уникальной микрофлорой, присущей только ему. Различия между характеристиками микрофлоры отдельного человека зависят от особенностей его индивидуального режима питания, состава семьи, истории болезни, национальных и региональных различий, а также от множества других факторов - все они в той или иной степени играют свою роль.
Например, кишечник человека могут населять некоторые бактерии, которые вообще способны изменить характер терапевтического воздействия некоторых лекарственных препаратов, вплоть до того, что микроорганизмы могут нейтрализовать такие лекарственные средства, как ацетаминофен (компонент, входящий в состав обезболивающего препарата Tylenol).
В настоящее время врачам иногда приходится долго подбирать лекарство, которое бы смогло реально помочь пациенту. Однако, если изучить индивидуальный микробим пациента, то в этом случае подбор препарата несомненно ускорится. Однако, некоторые специалисты, считают, что энтузиазм в отношении микробиома - это очередное поветрие, которое лишь обещает золотые горы. опубликовано
«Диетологический» хит последних лет — палеодиета . Основной принцип прост: давайте кушать те же продукты, что и наши далекие предки из каменного века (2,6 млн — 10 тыс. лет до нашей эры) потребляли до изобретения сельского хозяйства. С какой стати? Гены человека развиваются куда медленнее, чем его мозг. По большему счёту, сегодня они — те же самые, что и в ту далекую эпоху, когда люди были охотниками и собирателями. А раз так — то современная пища нам категорически не подходит. Но наши тела — куда более гибкая штука, чем считают «палеодиетчики». Ведь в «диете каменного века» не учтён важный фактор: микробиом .
Микробиом — сообщество из триллионов бактерий, обитающих в нашем желудочно-кишечном тракте. Он весит порядка 1,4 кг — почти столько же, сколько и мозг. Бактерий очень много — по численности они обходят живые клетки человека в соотношении 9 к 1
. Создатель микробиомной диеты доктор в шутку говорит, что люди — всего лишь «бактерии в костюмах».
А бактериальных генов больше, чем человеческих, в 150 (!) раз . Часто влияние генов бактерий на нашу повседневную жизнь оказывается даже более значимым, чем в случае с «родным» геномом.
Когда микробиом сбалансирован, у нас есть очень сильный союзник. Благодаря «довольным» микробам тело остаётся здоровым, пищеварение — хорошим, мышление — ясным. Если же баланс нарушен, последствия не заставят себя ждать — спутниками вашей жизни станут или могут стать «туман» в голове, депрессия, тревожность, проблемы с кожей и бессонница, ожирение, диабет, рак…
Микробиомный подход расходится с палеодиетой в главном — в скорости. Да, человеческие гены меняются не так быстро (хотя и быстрее, чем думают наиболее ортодоксальные сторонники «палео»). А вот популяция сверхважного для нас микробиома меняется очень быстро — в течение всего одного дня!
«Жизненный цикл одного микроба — всего 20 минут. Этого вполне достаточно, чтобы весь ваш микробиом изменил свой состав». (Рафаэль Келман).
Вместе с составом меняются и гены. Вы можете проснуться в понедельник с одним набором микробиомных генов, а во вторник — уже с другим.
На популяцию микробиома влияет множество факторов: окружение, упражнения, сон, стресс. Но самый важный — питание.
«То, как вы питаетесь, определяет, какие микробы внутри вас живут «счастливо», а какие — вымирают и исчезают».
Сторонники палеодиеты, таким образом, перевернули всё с ног на голову. Речь не о том, что наши гены запрограммировали нас на то, что мы должны придерживаться только определенной диеты. Скорее, наш рацион питания «программирует» наш микробиом — и его (очень важные для нас) гены .
Эксперимент
В 2011 году ученые из Гарварда
и Университета Дюка
провели крайне любопытное исследование. Добровольцам предложили две кардинально отличающиеся друг от друга диеты. Участники из первой группы питались пищей с высоким содержанием белка
: беконом, яйцами, свиными ребрышками, грудинкой, салями, сыром и шкварками. Во второй группе ели очень много клетчатки
— фрукты, овощи, злаки и бобы. Бактериальный анализ выделений показал большое — и практически мгновенное — влияние рациона на кишечные бактерии в обеих группах.
Началась выработка тех типов бактерий, которые помогли бы переваривать те виды пищи, которые люди только что съели. Всего за 24 часа «мясоеды» получили повышенную дозу бактерий, устойчивых к желчным кислотам (продукту, возникающему в процессе переваривания мяса). Если вы — мясоед, без таких бактерий не обойтись, и микробиом среагировал соответствующим образом. У «вегетарианцев» из второй группы таких бактерий было куда меньше — так как в них не было надобности.
Такая «гибкость» микробиома объясняет, почему наше тело столь быстро адаптируется почти к любой пище. Гены человека здесь ни при чём, нам нет нужды кивать на их медлительность. Природа дала человеку великолепный механизм выживания, который помогает ему привыкнуть к самым разным рационам питания.
«Микробиомные» продукты
Приверженцы палеодиеты уверены: люди не способны «переварить» злаки; более того, они — причина многих заболеваний. Доктор Келман не соглашается: цельнозерновые продукты предотвращают развитие сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и диабета. Положительный эффект проявляется в том числе и потому, что клетчатка из злаковых питает микробиом.
Теперь — самое интересное. Какая пища является «хорошей» для микробиома? Келман пишет, что составленный под микробиом рацион довольно разнообразен. Не нужно есть так уж много мяса — никаких 55% дневного потребления калорий, как предлагают «палеодиетчики», вашему микробиому не требуется. По последним научным данным, мясная продукция в больших количествах вредит нашим бактериям. Типичная еда западного мира — рафинированная мука, сахар, вредные жиры, добавки, консерванты и искусственные красители — также должна исчезнуть из рациона.
В свою очередь, обилие свежих, натуральных овощей, фруктов, бобовых и цельнозерновых продуктов — то, что приведёт ваш микробиом в неописуемый восторг. Спаржа, морковь, чеснок, топинамбур, батат, лук, лук-порей, редис, помидоры — это то, что должно быть на вашем столе как можно чаще. Очень хорошая добавка к рациону — ферментированная пища (корейская капуста кимчхи, наши родные квашеная капуста, соленья, кефир ). Это натуральные пробиотики , стимулирующие рост дружелюбных бактерий. Можно принимать и пробиотики в их «аптечной» вариации — капсулы, порошки и т.п.
Обложка книги Р. Келмана «Микробиомная диета»
Микробиомная теория объясняет хорошее самочувствие людей при самых разных рационах питания. К примеру, вы можете быть вегетарианцем, который в огромных количествах поглощает злаковые и бобовые — в палеодиете эта еда признается чуть ли не дьявольской — и ощущать себя «на все 100». Или питаться качественной, свежей едой с умеренными порциями куриного мяса и рыбы, небольшими «вкраплениями» говядины или баранины — и тоже чувствовать себя очень хорошо. Детали неважны. Самое главное — поддерживать своих маленьких приятелей внутри себя.