Микробиота человека: как бактерии влияют на вес тела
Все населяющие организм человека бактерии — хорошие и плохие — называются микробиотой. В одном только кишечнике живет до 100 триллионов микробов, которые находятся в симбиотических, то есть, взаимовыгодных, отношениях со своим хозяином. Благодаря исследованиям, проводимым по всему миру (и проекту Human Microbiome Project), теперь мы знаем, что их коллективный геном, по крайней мере, в 100-150 раз больше нашего (1, 2, 8).
Связь между кишечной микрофлорой и здоровьем известна уже более века (3), но ученые долгое время не имели возможности выделить и описать всю популяцию кишечных бактерий. Только недавно были разработаны методы прямого секвенирования микробиома, благодаря чему мы узнали, что бактерии могут влиять на разные процессы в организме, в том числе — на потребление энергии и ее траты (4).
Микрофлора кишечника может сильно отличаться по размеру и составу как между разными людьми, так и у одного человека в течение жизни: на это может влиять возраст, питание, лекарства, изменения веса и общее метаболическое здоровье. В свою очередь, разные субпопуляции кишечной микрофлоры вырабатывают сигнальные молекулы, которые могут влиять на энергетический баланс, метаболизм и вес тела (5, 6). Уже накопилось много исследований на грызунах, которые показывают: микробиота кишечника — чувствительный энтероэндокринный «орган», который может участвовать в развитии ожирения и сопутствующих заболеваний вроде диабета, и когда-нибудь сможет использоваться в терапевтических целях.
Микрофлора кишечника очень разнообразна, не все еще изучено, но основными бактериями, выраженными в процентном отношении к общей популяции, являются:
Все вместе, эти типы составляют более 97% популяции кишечных микробов.
Раньше считалось, что внутриутробная среда стерильна, и колонизация новорожденного бактериями начинается только в момент его рождения. Но сегодня известно, что создание микробной популяции кишечника у новорожденного — сложный процесс взаимодействия между генотипами матери и плода, его внутриутробной жизнью, питанием матери, наличием у нее аллергии, приемом антибиотиков, типом родов (естественными или через кесарево сечение), питанием матери и ребенка после родов (12).
Например, прием антибиотиков женщиной во втором и третьем триместрах беременности связан со снижением бактериального разнообразия стула новорожденного, уменьшением количества лактобацилл и бифидобактерий в кишечнике и, согласно наблюдательным исследованиям, даже повышенным риском ожирения в будущем (13, 14, 15).
Дети, рожденные естественным образом, колонизируются вагинальными и кишечными бактериями матери, а дети, родившиеся с помощью кесарева сечения, первоначально колонизируются бактериями с кожи матери (16, 14).
У недоношенных детей первоначально развивается менее разнообразная микробиота, с преобладанием Proteobacteria и Firmicutes по сравнению с Bacteroidetes (17, 18). И независимо от срока родов, рожденные через кесарево сечение дети имеют менее разнообразную микрофлору, которая содержит абсолютно и относительно меньшие популяции Bacteroides и Bifidobacteria (19), что сохраняются от нескольких месяцев до нескольких лет (20). Схожую микробную картину имеют взрослые люди с ожирением (21), поэтому ученые предполагают, что микрофлора рожденных через кесарево детей может быть причиной увеличения рисков ожирения в будущем на ±40% (14, 22, 23). Но нужно помнить, что это результат наблюдательных исследований, которые показывают связь двух переменных, без причин и следствий.
Хотя генетика и может влиять на микробиоту человека, особенно первые годы жизни (это показывают исследования на близнецах), дальше это играет совсем небольшую роль, по сравнению с тем, как на микрофлору влияет окружающая среда — питание, климат, география и другие факторы (22, 23, 24). Например, есть исследования, которые используют многомерный анализ для сравнения индустриальных обществ, таких как США или Европа, с традиционными обществами, такими как охотники-собиратели хадза из Танзании (25) или аборигены Папуа-Новой Гвинеи (26). Они показывают, что индустриализация связана с меньшим разнообразием фекальных бактерий внутри отдельных индивидуумов и бОльшим разнообразием между людьми.
Энергетический гомеостаз
В нормальных условиях поступление энергии с едой и ее траты в течение дня подстраиваются друг под друга — это позволяет сохранять относительно постоянный уровень запасенной в жире энергии (27, 28). Недоедание/голодание и поддержание сниженной массы тела заставляют организм включать механизмы адаптации и экономии. Во-первых, снижаются траты энергии в течение дня: становится более активной парасимпатическая нервная система, что проявляется замедлением сердечного ритма, снижением артериального давления и расхода энергии в покое за счет снижения выработки гормонов щитовидной железы (29, 30).
Во-вторых, человек чувствует голод острее, получает больше удовольствия от еды, дольше не чувствует насыщения и хуже оценивает количество съеденного. Все это толкает есть больше, чтобы восстановить запасы энергии — и краткосрочные, и долгосрочные в виде жира. Исследования показывают, что эти сигналы не снижаются со временем даже у однажды похудевших людей, которые стараются поддерживать новый вес. Как результат, многие набирают его обратно (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40).
Все эти адаптации находятся под управлением гормона лептин, который вырабатывается жировыми клетками и действует непосредственно на рецепторы в головном мозге через вегетативную нервную и нейроэндокринную системы.
sciencemag.org
Исследования на грызунах
У нас есть много исследований влияния микрофлоры кишечника на энергетический баланс, но практически все контролируемые исследования проведены на грызунах.
Два наиболее распространенных типа бактерий в кишечнике — Bacteroidetes и Firmicutes. У генетически страдающих ожирением мышей относительная доля Bacteroidetes снижена, а Firmicutes — увеличена (7), в отличие от стройных мышей. Это показывает, что ожирение само по себе изменяет состав бактерий. Потеря веса так же влияет на разнообразие и соотношение бактерий в кишечнике.
Питание влияет и на состав, и на разнообразие бактерий в кишечнике. Так, диета с высоким содержанием полисахаридов приводит к большему разнообразию бактерий (8). А диета с большим количеством жиров у обычных мышей, а так же устойчивых к ожирению при помощи генной инженерии, приводит к значительному снижению Bacteroidetes, независимо от скорости набора веса (9).
Изменения микрофлоры влияют и на энергетический гомеостаз у грызунов. Например, лабораторные мыши, лишенные с самого рождения бактерий в кишечнике, хуже усваивают еду и хуже получают из нее энергию. Заселение их кишечника бактериями от «обычных» мышей (в сочетании с обычной мышиной диетой без перекармливания или недокармливания) приводит к набору веса тела до того же уровня, что имеют мыши-доноры (10).
А мыши, получившие микрофлору от доноров с ожирением, содержащую более высокие абсолютные и относительные количества Firmicutes, набрали в два раза больше жира, чем мыши, получившие бактерии от «нормальных» доноров. Интересно, что в обоих вариантах мыши ели примерно одинаково, и никакой значительной разницы в потреблении энергии между ними не было, поэтому ученые предполагают, что причина — в повышении эффективности извлечения энергии из еды (11).
Другие исследования показывают, что роль играет и состав диеты. Стерильные мыши, получившие бактерии от мышей с ожирением, набирали больше веса, чем те, кто получил бактерии от устойчивых к ожирению доноров, но эффект этот был только при питании с высоким содержанием жиров.
Прежде чем переносить результаты исследований на людей, важно понимать, что системы энергетического гомеостаза у людей и мышей в некоторых моментах принципиально разные.
Во-первых, отличается типичная диета: в мышиной больше углеводов и меньше жира. Во-вторых, отличаются ночные и суточные биоритмы, связанные с потреблением энергии и ее расходом. В-третьих, самые серьезные различия — в количестве бурого и белого (обычного) жира в теле: у мышей намного больше бурого, и на него приходится >50% их метаболизма, а у людей — менее 5% (41, 42). У мышей на количество бурого жира и его метаболизм влияет как состав рациона, так и бактерии кишечника (43, 44), вот почему на мышиный энергетический гомеостаз микрофлора влияет намного больше. Об этом нужно помнить, прежде чем переносить результаты исследований по бактериям напрямую на человека.
А что у людей?
Сегодня мы знаем, что состав микрофлоры кишечника и ее разнообразие реагируют на:
Но пока неясно, что влияет больше всего (50). В будущем исследования изменений в микрофлоре кишечника после липосакции ответят на вопрос более точно, ведь при этой операции человек худеет без диеты и без отрицательного энергетического баланса.
Как микрофлора кишечника влияет на вес
Ученые предлагают несколько механизмов, с помощью которых бактерии потенциально могут влиять на вес тела.
1. Усвоение энергии из еды (energy harvest)
Заселение кишечника стерильных мышей обычными мышиными бактериями приводит к увеличению веса, несмотря на то, что эти мыши начинают меньше есть и больше двигаться (51, 52, 53). Предполагается, что дело — в повышении эффективности усвоения энергии из еды.
Пока точно не ясно, что именно позволяет стерильным мышам поддерживать более низкий вес (и более низкий уровень запасов энергии), чем тот, который организм будет «защищать» после заселения кишечника бактериями и набора веса. Интересно, что заселение толстых мышей бактериями худых доноров не только приводит к потере веса, но еще и, по-видимому, не включает адаптацию организма на потерю запасов энергии. При обычном похудении, как было написано выше, именно это и происходит, а при заселении толстых мышей бактериями от худых и похудении в результате этого — нет. Когда мы точно поймем механизмы, это можно будет использовать для разных манипуляций с питанием, лекарствами и другими вмешательствами, которые повлияют на микробиом и снизят усвоение энергии из еды у людей (54, 55).
Пока известно, что более эффективное извлечение энергии из еды связано с увеличением Firmicutes и уменьшением Bacteroidetes (53). В одном исследовании изучали влияние диеты с дефицитом калорий (2400 ккал/день) и переедания (3400 ккал/день) на микрофлору 12 стройных людей и 9 человек с ожирением. И при переедании, и при ожирении в кишечнике было больше Firmicutes и меньше Bacteroidetes. При недоедании, а так же у стройных людей — наоборот (50). То же исследование показало, что увеличение количества Firmicutes на 20% и соответствующее уменьшение Bacteroidetes связано с увеличением усвоения энергии из еды на
5% от потребляемых калорий.
Механизмы, с помощью которых микрофлора может влиять на усвоение энергии из еды, остаются пока гипотетическими. Из исследований на грызунах известно, что на это влияет длительность воздействия еды на слизистую оболочку кишечника: сокращение или увеличение времени прохождения еды по кишечнику приводило, соответственно, к увеличению численности Bacteroidaceae и Porphyromonadaceae (56).
imperial.ac.uk
Про пересадку бактерий
Учитывая, что толстых мышей можно сделать худыми, а худых — толстыми, изменив их микробиоту, появилась гипотеза, что пересадка бактерий стройного человека людям с ожирением может помочь в снижении веса, как это происходит у мышей. Предыдущие исследования таких пересадок людям показали улучшение инсулинорезистентности в печени у пациентов с метаболическим синдромом (это заболевание — частый спутник ожирения). Но недавно появилось первое контролируемое исследование людей с ожирением, не имеющих параллельно сопутствующих ожирению болезней. Оно было представлено на Digestive Disease Week в 2019 году.
«В нашей клинике мы видим пациентов, которые не имеют никаких других медицинских проблем и просто не могут похудеть. Это очень важная популяция, которой мы хотели уделить внимание и попытаться помочь понять причины», — сказала Джессика Аллегретти, доктор медицинских наук, ведущий автор исследования и директор программы трансплантации фекальной микробиоты.
В этом исследовании приняли участие 22 пациента с ожирением, но без диабета, проблем с печенью и других сопутствующих ожирению заболеваний. Во время 12-недельного исследования половина принимала капсулы, содержащие фекалии стройного донора, а другая половина — плацебо (пустышку) в виде идентичных по виду капсул. Кроме потери веса, ученые искали изменения в глюкагоноподобном пептиде 1 (GLP1) — гормоне, который вырабатывается в кишечнике и связан с ощущением сытости, а через это — с увеличением или потерей веса.
По окончании исследования разницы в гормоне GLP1 и потере веса в обеих группах не было. Но ученые обнаружили другие изменения в микробиоте участников, получивших фекалии в капсулах. Среди них — снижение специфической желчной кислоты и бактериальные изменения в образцах стула, которые стали более схожи со стройными донорами.
И хотя формально исследование по пересадке микрофлоры стройных людей не показало никаких значимых результатов, ученые не унывают. «Наше исследование делает обнадеживающий первый шаг в попытке понять роль микрофлоры кишечника в ожирении метаболически здоровых людей. Мы надеемся, что в будущем это поможет более целенаправленной терапии». Дальше ученые планируют делать более чувствительные измерения GLP1, проводить дополнительные исследования с разными дозами фекального материала и искать другие механизмы, чтобы лучше понять роль микробиоты в ожирении. «Данные о желчной кислоте, безусловно, интригуют и показывают, что, возможно, есть несколько разных путей, ведь ожирение — сложное, многофакторное заболевание», — говорит доктор Аллегретти.
2. Улучшение чувствительности к лептину
Грызунам с дефицитом лептина давали пробиотики для снижения количества Firmicutes и увеличения Bacteroidetes, что привело к повышению чувствительности мозга к лептину (57). Это позволяет предположить, что кишечная микрофлора может влиять на передачу сигналов лептина в гипоталамус. При этом, ситуация может быть и обратная: вырабатываемые бактериями сигнальные молекулы могут подавлять пути, с помощью которых мозг реагирует на лептин. Дефицит лептина или плохая чувствительность рецепторов головного мозга к нему приводит к набору веса, потому что человек начинает чувствовать постоянный голод, плохо насыщается и становится менее активным физически.
3. Уменьшение системного воспаления
Повышение циркулирующих в крови воспалительных цитокинов было предложено в качестве механизма, с помощью которого высокожировая диета приводит к ожирению (58, 59). Это может быть связано с повышенной экспрессией в толстой и подвздошной кишке липополисахаридов, которые также могут выделяться и кишечными бактериями (NF-kB и TNFa) (60, 61).
Еще ученые предпологают, что выработка бактериями кишечника, а также клетками подвздошной и толстой кишки эндотоксинов приводит к метаболической эндотоксемии, которая действует на гипоталамус и вызывает переедание, а также увеличивает проницаемость кишечника для питательных веществ (62, 63). Было обнаружено, что ситуация улучшается при лечении антибиотиками.
4. Выработка жирных кислот с короткой цепью
Пищевые волокна овощей, фруктов, круп и бобовых являются пребиотиками — питанием для полезных бактерий, поддерживающим их рост и активность (64). Например, небольшие количества фруктоолигосахаридов инулинового типа, вводимых человеку, стимулируют рост Bifidobacterium, Lactobacillus, Roseburia и Faecalibacterium, особенно полезных для здоровья (65).
Бактерии метаболизируют (ферментируют) волокна, поступающие с углеводами, в короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA, short chain fatty acids) — ацетат, бутират и пропионат. Они служат источником энергии для эпителия толстой кишки (бутират), гепатоцитов (пропионат) и других периферических тканей (67), и могут влиять на энергетический баланс. Например, при участии SCFA уменьшается высвобождение воспалительных цитокинов (68), что может косвенно повышать чувствительность гипоталамуса к лептину (69, 70).
Разные SFCA влияют на вес по-разному. Например, бутират улучшает насыщение, что связывают с повышением уровня «гормонов сытости» — глюкагоноподобного пептида 1 и пептида YY, которые вырабатываются в кишечнике и действуют на центр насыщения в гипоталамусе, а еще принимают участие в гомеостазе глюкозы (66). Пропионат так же влияет на метаболизм глюкозы, а у мышей он снижает потребление пищи и повышает двигательную активность (72). Введение ацетата увеличивает высвобождение лептина жировыми клетками, а так же имеет анорексигенный (снижающий аппетит) эффект, что может быть заметно на высокоуглеводной диете.
Кроме того, SCFA способны преодолевать гематоэнцефалический барьер и проникать в головной мозг, взаимодействуя напрямую с центром насыщения в гипоталамусе. Ученые обнаружили, что они увеличивают синтез и высвобождение глутамата, гамма-аминомасляной кислоты и проопиомеланокортина и снижают выработку повышающих аппетит пептидов в гипоталамусе (71).
nature.com
Выводы
Исследования на грызунах показывают, что бактерии кишечника влияют на потребление энергии, ее усвоение из еды и ее расход. Предполагается, что-то похожее может быть и у человека, и что манипуляции микрофлорой могут стать потенциальным терапевтическим вмешательством для лечения ожирения. Но пока данных мало, и нужны дальнейшие исследования на людях с манипуляциями пребиотиками (волокнами), пробиотиками (самими бактериями) и составом диеты. А пока еще рано давать какие-либо рекомендации по «микробной терапии» при ожирении.
Так же нужны исследования изменений микрофлоры с помощью прямой пересадки, питания, приема про- или пребиотиков у людей с разными соматотипами (с ожирением, похудевшими или никогда не имевшими лишнего веса). Это поможет найти специфические поведенческие, микробные и метаболические фенотипы, которые смогут предсказывать реакцию людей на разные подходы к похудению — поведенческие, лекарственные, про- и пребиотические или хирургические.
Все усложняет еще и то, что микрофлора кишечника влияет на другие системы, вовлеченные в ожирение, включая гомеостаз глюкозы и липидов, системное воспаление и прочее (74), поэтому, опять же, нужно больше исследований на людях.
Пока все гипотезы о влиянии бактерий на вес человека основаны на:
Источник: Handbook of Obesity Treatment, Second Edition, by Thomas A. Wadden, George A. Bray (2018).
Перевод: fitlabs.ru
Так что никаких конкретных рекомендаций по лечению ожирения с помощью микрофлоры ученые не дают, хотя и признают, что область очень перспективная, а мы пока просто мало знаем. Из тех советов, что они могут дать сейчас: следите за весом и ешьте больше овощей, что вроде бы и не новость.
Ученые: бактерий в теле человека не в 10 раз больше, чем своих клеток
МОСКВА, 11 янв – РИА Новости. Ученые из Канады и Израиля опровергли популярный миф – по их подсчетам, число микробов в нашем кишечнике и других частях тела не в 10 раз больше, чем общее количество клеток в организме человека, говорится в статье, опубликованной в электронной библиотеке лаборатории Колд-Спринг-Арбор.
«Количество клеток и бактерий в организме примерно равно друг другу, и каждое опорожнение кишечника, как правило, приводит к тому, что наши клетки временно получают численное преимущество над бактериями», — пишут ученые в статье.
Рон Зендер (Ron Sender) из Института науки Вейцманна в Реховоте (Израиль) и его коллеги пришли к такому выводу, повторно подсчитав число клеток и микробов в организме человека среднего веса и роста, следуя по стопам знаменитых опытов, которые проводил известный сегодня микробиолог Томас Лаки (Thomas Luckey) в 1972 году.
Как рассказывают Зендер и его коллеги, его подсчеты показали, что человеческое тело содержит в себе примерно в 10 раз больше полезных и патогенных бактерий, чем клеток, что породило огромный интерес к изучению микрофлоры кишечника и других микроскопических обитателей нашего тела.
Эти оценки, по словам авторов статьи, почти никогда не подвергались сомнению, и группа Зендера решила проверить, так ли это на самом деле, используя более совершенные методики подсчета клеток и микробов, чем те, которые использовал Лаки в 70-тых годах прошлого века. Для этого ученые проанализировали десятки других публикаций, а также получили примерные оценки «плотности» населения в отдельных органах при помощи магнитно-резонансной томографии.
Общий вес бактерий в теле человека составляет 2 кг
Специалисты подсчитали, что общий вес бактерий, живущих в организме человека, составляет два килограмма. Только во рту обитает около 40 000 бактерий.
Но если иммунитет ослаблен, то осенью, когда приходит время простуд, бактерии выходят из-под контроля. И тогда болезни следуют одна за другой. Не помогают даже лекарства.
Что же делать?
Но позаботиться, чтобы защитные силы всегда были на высоте, конечно, нужно. Вот семь советов для тех, у кого ослаб иммунитет.
1 Начните правильно питаться
Кишечник играет чуть ли ни основную роль в формировании иммунитета. Вот что требуется иммунной системе для нормальной работы:
Жиры, белки и углеводы в оптимальных количествах.Из овощей и фруктов он получает витамины, минеральные вещества и клетчатку, которая регулирует его работу. В зеленом горошке кроме всего прочего содержатся природные пребиотики, поддерживающие кишечную флору.
2. Постарайтесь лучше высыпаться
Хорошо отдохнувший и восстановившийся за ночь организм значительно эффективнее борется с болезнями.
3. Закаляйтесь
4. Больше двигайтесь, займитесь спортом
5. Не игнорируйте прививки
Зачем попусту напрягать иммунитет болезнями, если от них можно заранее привиться. Современные вакцины надежно защищают от сезонных эпидемий гриппа, ОРВИ, простуд, а следовательно, и от тяжелых осложнений. Потому что лимфоциты обладают \»иммунной памятью\» и быстро побеждают уже знакомого врага большой армией антител. На этом принципе основаны все вакцины.
6. Больше радуйтесь жизни
7. Постарайтесь снизить нагрузку на иммунитет
Плохая экология.
Стрессы.
Несбалансированное и недостаточное питание.
Курение.
Злоупотребление алкоголем.
Бездумный прием антибиотиков.
Простудные и инфекционные заболевания.
Сезонные авитаминозы.
Бактерии управляют сознанием людей: миры внутри нас
Наука о микробиоме
Мы не знаем, одинок ли человек во Вселенной. Но хорошо известно то, что он не одинок даже наедине с собой. И не просто не одинок. В каждом из нас живет как минимум 100 триллионов живых существ — как полезных, так и вредных, а их общий вес достигает 3–4 килограммов. Большинство из них обитает в нашем кишечнике, но есть и такие, что прижились у нас в носу, на руках, глазах, ушах, на коже — в общем, в каждом уголке нашего тела. И от того, кто поселился в нас в данный момент, зависят и наше здоровье, и настроение, и вес, и даже способность мыслить здраво.
В последние годы ученые всего мира ведут исследования в области микробиома (так называют сообщество бактерий, считающих наш организм своим домом) — и чуть ли не каждый день делают удивительные открытия. Их цель — заставить бактерии служить нашему здоровью, то есть спасать нас от множества болезней — от диареи до сахарного диабета. Что нового здесь происходит, узнал обозреватель «МК».
Нашим мозгом управляют бактерии
Микрофлора, она же микробиота, — это множество одноклеточных микроорганизмов, живущих как на нас, так и поблизости. Невероятно, но факт: бактерий, живущих в нас, в десятки раз больше количества клеток, из которых состоит наш организм! То есть человек — это не совсем человек, а всего лишь скопище живущих своей жизнью микроорганизмов. Но самое главное — ученые признали, что былые представления об одноклеточных микроорганизмах оказались ошибочными. Эта незримая армия влияет на все сферы нашей жизни: могут сделать нас умными или глупыми, здоровыми или больными, веселыми или печальными. И даже вкусными или невкусными для комаров — да-да, за эту индивидуальную особенность также отвечают микробы, обитающие на коже!
В нашем желудочно-кишечном тракте живет 300–400 видов бактерий — это из тех, что идентифицировали ученые. Правда, пока светила науки не знают, что делает большинство из этих тварей — изучено буквально несколько десятков особей. Однако сегодня установлено, что если в среде этих маленьких жителей происходит какой-то дисбаланс, то есть одних становится больше, а других меньше, развиваются болезни: аллергии, заболевания печени, поджелудочной железы, артрит, аутизм, депрессия и даже рак. Так, международная группа ученых выяснила, что у большинства пациентов с болезнью Альцгеймера серьезный дисбаланс кишечной микрофлоры. Практически аналогичная ситуация у детей с аутизмом.
Микробиом влияет буквально на все стороны нашей жизни. Вредоносные бактерии ведут к развитию болезней. Полезные защищают нас от патогенных микробов, обезвреживают токсины, производят необходимые витамины и гормоны, помогают усваиваться важным микроэлементам из пищи.
От состава микробиома зависит даже склонность человека к ожирению. Да и так называемый эмоциональный интеллект (EQ — способность человека правильно понимать собственные и чужие эмоции и, как следствие, управлять ими) напрямую зависит от царства бактерий, живущих в кишечнике. «Их больше, чем звезд в галактике, и у каждого есть право голоса. Именно микробиота регулирует работу головного мозга», — говорит известный детский доктор, завкафедрой факультетской педиатрии №2 РНИМУ им. Н.И.Пирогова, научный руководитель Московского городского центра иммунологии и аллергологии профессор Андрей Продеус. Бактерии способны менять поведение человека и даже внушать желания, заставляя нас играть под их дудку. Например, есть сладкое. Это раньше считалось, что есть сладкоежки от природы, а теперь установлено: тяга к пирожным-мороженому зависит от того, есть ли в вашем кишечнике бактерии под названием клостридии. Они питаются простыми сахарами и выманивают их у нас, заставляя есть шоколад и печеньки. Или помните про йогурты, от которых «животик улыбается»? Сегодня ученые на полном серьезе говорят о том, что содержащиеся в йогуртах бактерии могут делать нас как умиротворенными, так и унылыми, ведь некоторые бактерии подавляют уровень гормона счастья серотонина, что установлено учеными из APC (Alimentary Pharmabiotic Centre). И не только нас, но и других животных. Недавний эксперимент на мышах, проведенный в Италии, показал, что норушки, рожденные в стерильных условиях (то есть лишенные естественной микрофлоры) оказались тупыми и агрессивными, а также отличались девичьей памятью.
Кто в домике живет?
В кишечнике, а также в интимных зонах живут эукариоты (грибки и дрожжи) и бактерии. Одна из самых известных бактерий — кишечная палочка (эшерихия коли). Раньше считалось, что она ведет к нарушениям стула, но сегодня известно, что есть разновидности этой бактерии, которые приносят нам исключительно пользу. Или взять хеликобактер пилори — в больших количествах она вызывает язву и рак желудка, но в небольших необходима для пищеварения.
На коже живет великое разнообразие бактерий — они отвечают за наш запах, за привлекательность для комаров. Удивительный факт: сообщество бактерий на правой руке кардинально отличается от сообщества бактерий на левой. Объяснения этому пока нет. Зато ученые уже предлагают вводить микробные отпечатки пальцев, которые у каждого из нас уникальны.
Популярный обитатель носа — золотистый стафилококк. Пока известны только его зловредные свойства, но ученые предполагают, что другие носовые микробы в большинстве случаев не дают ему развернуться.
Во рту живет стрептококк мутанс — установлено, что именно он подтачивает наши зубы и вызывает кариес. В целом же бактерии из ротовой полости помогают регулировать кровяное давление — они выделяют оксид азота, тем самым расслабляя артерии.
Микробиом на службе здоровью
Наука о микробиоме развивается стремительно, открытия в ней делают чуть ли не каждый день. Сегодня в эту область инвестировано почти 1,5 млрд долларов. Ведь это раньше микробы считались источником заболеваний, а теперь ясно, что они играют важную роль не только в развитии болезней, но и в поддержании здоровья.
Предполагается, что уже в скором времени с помощью микробиома научатся лечить более 50 разных хворей, включая сахарный диабет, воспалительные заболевания кишечника, атеросклероз, дерматит, астму, непереносимость лактозы, иммунодефицит и колоректальный рак. «Исследования показывают, что медицинские решения, основанные на микробиоме, потенциально могут оказать положительное влияние на все аспекты здоровья человека и помочь вылечить людей по всему миру. Наш институт ведет исследования с целью объяснить уникальную и очень важную роль, которую играет микробиота. Мы вдохновлены безграничными возможностями, которые микробиом дает для прогнозирования, диагностики и лечения множества заболеваний, в том числе за счет использования естественных реакций организма», — говорит руководитель самого крупного Института микробиома человека (JHMI) Дирк Геверс.
Ученые из JHMI изучают, как микробиом меняется под воздействием генетических факторов, факторов среды, питания и пр. Это поможет понять, как заставить маленьких обитателей нашего организма служить его здоровью. Совместно с Научно-исследовательским институтом имени Вейцмана (Израиль) американские исследователи из JHMI изучают, как состав микробиома влияет на метаболические расстройства и как может помочь в лечении нарушений обмена веществ. Предполагается разработать рекомендации по питанию, которые помогут предотвращать развитие метаболического синдрома, сахарного диабета второго типа и его осложнений. Исследователи изучают микробиомы различных людей, пробуют на них новые лекарства. «Совместными усилиями мы выработаем новые идеи для решения проблем обмена веществ с помощью микробиологической диагностики и терапии», — сказал Дирк Геверс.
Кое-что уже придумано. Например, разработаны коктейли с микроорганизмами и бактериофагами, поддерживающие здоровье микробиома. Лекарства, способные увеличивать количество одних бактерий и подавлять других. Диагностические тесты, определяющие причины болезней по составу микрофлоры. Вакцины, исправляющие реакцию иммунной системы на изменения в микробиоме.
Все это позволит лечить болезни более прицельно, воздействуя на причины болезней на генетическом уровне.
Как вылечить свою микрофлору
В JHMI отмечают, что состав и разнообразие микробного сообщества напрямую зависят от питания, приема лекарств и других внешних факторов. И даже такие простые вещи, как изменение образа жизни, системы питания или прием микробных коктейлей способны вылечить или предотвратить болезнь.
Исследования ученым в помощь. Недавно вот департамент генетики медицинского центра Университета Гронингена выяснил, что как минимум 60 категорий продуктов и различные типы диет оказывают то или иное влияние на кишечную микрофлору. Оказалось, что микробиомы людей, которые регулярно едят фрукты, овощи и кисломолочные продукты, более разнообразны. А вот чрезмерное потребление мяса снижает разнообразие организмов по сравнению с рационом, в котором преобладают фрукты и овощи.
Ученые также попытались узнать, какие лекарства больше, а какие меньше изменяют состав микробиоты. Выяснилось: на «внутреннюю экосистему» человека влияют 19 типов лекарств. И это далеко не одни только всем известные антибиотики и препараты, снижающие кислотность желудка. В «черный список» попали антидепрессанты, а также ингибиторы АПФ (лекарства, принимаемые при сердечной недостаточности и для снижения артериального давления).
Один из главных специалистов в России, занимающихся исследованиями микробиоты, биолог Дмитрий Алексеев говорит, что на сегодня это исследование самое качественное и обширное: «Можно сказать, что это начало целого направления в науке. В России сейчас проводится свое, более скромное популяционное исследование ohmygut, результаты которого было бы интересно сравнить с результатами исследования коллег из Голландии. Но уже сейчас мы можем сказать, что в голландской выборке количество организмов с измененной приемом антибиотиков микробиотой будет значительно меньше, чем в России: в этой стране применение антибиотиков строго ограничено врачами и фармацевтами, а у нас их можно купить в аптеке без рецепта. Голландцы выявили и неожиданные факторы влияния на микробиоту. Например, в использовании лекарств ожидаемо было то, что на первом месте будут антибиотики, но в голландской выборке особенно выделяются ингибиторы протонных помп (ИПП) — лекарства, используемые в мире достаточно часто в гастроэнтерологии и до сих пор считающиеся безопасными. Еще один результат: у людей, которые едят больше фруктов, уровень пептида хромогранина A (CgA), маркера стресса, оказался значительно ниже, чем у тех, кто предпочитает мясо. Так что ешьте фрукты — и будете меньше нервничать!»
Кроме того, положительное действие на состав микробиоты оказывают кисломолочные продукты, особенно обогащенные полезными бактериями.
Не все так радужно
И все же наука о микробиоме является хоть и многообещающим, но новым направлением. И многие эксперты относятся к достижениям в этой области со здоровой долей скепсиса. Как говорит руководитель биотехнологической компании Олег Парошин, связь между развитием болезней и микробиомом — пока лишь гипотеза: «Твердых фактов, доказывающих эту связь, пока нет. Достаточно давно обсуждается вопрос о влиянии микробиома кишечника на риск развития онкологических заболеваний. Но если, например, уже установлено, что ключевым фактором для развития рака желудка служит helicobacter pylori, то бактерия, являющаяся возбудителем рака кишечника, пока не идентифицирована. Есть гипотезы относительно прямого влияния продуктов жизнедеятельности и ферментов некоторых видов кишечных микроорганизмов, которые могут приводить к онкологическому перерождению клеток (особенно толстой кишки). Надеюсь, что дальнейшие исследования генома человеческого микробиома позволят обнаружить конкретных виновников онкологического перерождения здоровых тканей».
Парошин тем не менее согласен, что здоровое питание позволяет вырастить более полезные штаммы микроорганизмов: «От пищи, которую мы едим, зависит видовой состав микробиома, который оказывает практически безграничное действие на организм человека. В том числе он может влиять на развитие многих болезней. Другими словами, бактерии, превалирующие в микробиоме, определяются именно характером принимаемой пищи, а именно они, возможно, в основном и определяют характер заболевания».
В общем, вопросов у ученых пока очень много. Как выяснилось, микробиом имеет гораздо более сложную структуру, чем даже человеческие гены, так что изучить его основательно еще только предстоит. И все же исследователи надеются получить ответы на свои вопросы в ближайшее время.
