Бактериальная микрофлора – еще один жизненно важный орган человека?
В последнее время возрос интерес к бактериальной микрофлоре человеческого организма. Это связано с развитием новых молекулярно-генетических технологий, позволяющих идентифицировать многочисленные новые виды бактерий, не поддающиеся культивированию в лабораторных условиях. Роль микроорганизмов в жизни человека подверглась кардинальной переоценке, вплоть до того, что высказываются идеи о необходимости охранять исчезающие виды полезных бактерий
Бактериальный орган
По своей роли в поддержании гомеостаза нашего организма микрофлора не уступает любому другому жизненно важному органу. Существуют предположения и наблюдения, свидетельствующие о связи кишечного биоценоза с заболеваниями не только пищеварительного тракта, но и сердечно-сосудистой системы, с ожирением, сахарным диабетом, злокачественными новообразованиями, аллергическими и аутоиммунными болезнями. Полагают, что микроорганизмы, обитающие в теле человека, могут влиять не только на метаболические процессы, но также на нервную систему и на некоторые поведенческие признаки: мышление, настроение, сон, личностные свойства, предпочтения в питании.
Предполагается, что некоторые микроорганизмы кишечника могут вызывать тревогу, депрессию и даже вносить вклад в развитие болезней Альцгеймера и Паркинсона. Одним из механизмов взаимодействия между микробами и нервной системой человека является производство и утилизация микробами нейроактивных веществ, которые регулируют поведение. Направленное изменение микрофлоры кишечника может помочь при лечении некоторых психических расстройств. Эти исследования привели к введению термина «the microbiome-gut-brain axis», то есть «кишечно-мозговая система микробиома».
Микробиом добавляет около 8 млн уникальных бактериальных генов к 22 тыс. генов человека, кодирующих белки для регуляции метаболизма. Исследования в этом направлении позволяют понять, как изменение микрофлоры человека коррелирует с состоянием его здоровья
Микробиом человека
Термин «микробиом» был впервые внедрен в 2001 г. для обозначения коллективных геномов микробиоты, населяющей различные биотопы. Исследование микробиома человеческого организма признано одним из наиболее значимых научных достижений последних десятилетий. В работе над проектом «Микробиом человека» (Human Microbiome Project) приняли участие около 200 ученых из 80 мультидисциплинарных исследовательских институтов. Общая стоимость пятилетнего проекта составила 173 млн долларов США. Результаты данных исследований были опубликованы в серии отчетов в журналах Nature и Public Library of Science начиная с 2012 г. В результате генетического анализа биоматериала, взятого у 129 мужчин и 113 женщин, было установлено, что в человеческом организме обитает свыше 10 тыс. видов различных микроорганизмов.
Читайте также: Причины болезни Паркинсона кроются в кишечнике?
Все среды организма человека, соприкасающиеся с факторами окружающей среды, населяют от 500 до 5000 видов бактерий, не считая вирусов, простейших и грибов. Проект позволил охарактеризовать более 1000 новых бактериальных геномов. Общая масса всех микроорганизмов составляет 1–3% массы тела человека. В каждой клетке человеческого тела находит прибежище около 10 бактериальных клеток. Выяснилось, что микробиом добавляет около 8 млн уникальных бактериальных генов к 22 тыс. генов человека, кодирующих белки для регуляции метаболизма. Исследования в этом направлении позволяют понять, как изменение микрофлоры человека коррелирует с состоянием его здоровья.
Слизистая кишечника с симбонтными бактериыми; электронная микроскопия
Бактерии – близкие незнакомцы
До сих пор никто не знает все виды микроорганизмов, которые населяют тело здорового человека, где именно они находятся и как влияют на наш организм. Оказывается, что только 24% микробной популяции кишечника принадлежат известным ранее микроорганизмам. Три четверти микрофлоры, находящейся в кишечнике каждого человека, больше сотни лет находились вне зоны внимания исследователей. Всего 1% видов, обнаруживаемых в образцах из окружающей среды, принадлежат к числу культивируемых. До последнего времени ученые изучали только те микробы, которые являлись причиной разных заболеваний.
Выявление отличий набора микроорганизмов у человека с определенной болезнью от микрофлоры здорового человека будет способствовать профилактике и лечению заболеваний
Исследованием взаимосвязей генов бактерий и состоянием здоровья человека занимается Европейский консорциум MetaHIT (метагеномика пищеварительного тракта человека). Уже расшифровано около 3 млн генов бактерий, населяющих пищеварительный тракт. С этой целью были обследованы 124 человека из Дании и Испании. В группу вошли как здоровые лица, так и люди с избыточной массой тела и болезнями пищеварительного тракта. Исследование показало, что две бактериальные клады — Bacteroidetes и Firnicutes — составляют более 90%всех известных филогенетических групп бактерий, которые доминируют в дистальном отделе кишечника.
Читайте также: Нарушения кишечной микрофлоры могут снижать эффективность лекарственных средств
Используя относительную частоту генов, обнаруженных в кишечнике, исследователи идентифицировали 1244 метагеномных кластера, которые играют важную роль в поддержании здорового состояния человека. У больных с нарушениями функции пищеварительного тракта выявлено более низкое общее содержание бактерий и на 25% меньше бактериальных генов, ответственных за метаболизм углерода, синтез аминокислот и способность к адгезии к белкам хозяина.
Хрупкий баланс микрофлоры
Баланс микрофлоры служит индикатором здоровья человека, чутко реагируя на различные патологические процессы в организме и на любые изменения в окружающей среде. На поддержание жизнедеятельности микрофлоры расходуется около 20% питательных веществ, поступающих в кишечник, и 10% энергии нашего организма. «В благодарность» за это бактерии облегчают человеку жизнь, производя значительное количество незаменимых аминокислот и витаминов. Кроме того, кишечная микрофлора располагает большим арсеналом ферментов для обезвреживания токсичных веществ, содержащихся в нашей повседневной пище, особенно растительной. Кишечная микрофлора обладает огромным метаболическим потенциалом и способна осуществлять множество биохимических процессов, внося свой вклад в физиологию человека.
По своей роли в поддержании гомеостаза нашего организма микрофлора не уступает любому другому жизненно важному органу
В теле каждого человека содержится некоторое количество патогенных микроорганизмов, которые до поры до времени контролируются полезными бактериями. Однако по-прежнему неясно, почему патогенные микроорганизмы причиняют вред одним людям, но при этом не влияют на других? Какие факторы оказывают влияние на повышение риска развития различных заболеваний? На многие вопросы предстоит еще ответить, в том числе определить, какие факторы и компоненты пищи влияют на микробное разнообразие, каким образом бактерии взаимодействуют с клетками хозяина, как они влияют на гены человека.
Читайте также: Достижения гастроэнтерологии: фекальная трансплантация
Индивидуальный бактериальный состав
Микробные сообщества играют ключевую роль в поддержании здоровья человека, но их состав и механизмы функционирования до сих пор не до конца выяснены. Во многих бактериальных сообществах существует распределение ролей в процессах обмена веществ, так называемая синтрофия, в результате чего продукты метаболизма одних микроорганизмов используются другими. Обнаружено, что не существует какого-то основного состава микроорганизмов, которые выполняют определенные функции, это могут делать разные сочетания бактерий.
Возможно, что уже через несколько лет коррекция микрофлоры кишечника станет одним из обычных способов лечения целого ряда заболеваний
Индивидуальный состав микрофлоры зависит от генетических особенностей каждого человека. Содержание бактерий в организме адаптируется в зависимости от местности проживания человека, его диеты и ряда других факторов. На состав микрофлоры существенно влияет прием антибиотиков. Выявление отличий набора микроорганизмов у человека с определенной болезнью от микрофлоры здорового человека будет способствовать профилактике и лечению заболеваний.
Читайте также: Частый прием антибиотиков повышает риск развития диабета
Типы бактериальной микрофлоры
Исследования микрофлоры 280 человек из Германии, Франции, Италии, Испании, Японии и США позволило выявить три различных типа микроскопических экосистем в кишечнике человека. Каждый тип отличается тем, какие бактерии представлены в нем в наибольшем количестве. Примечательно, что типы бактериальной экосистемы не зависят от континента, страны, этнической группы, пола, массы тела и возраста. Для первого типа характерно преобладание бактерий Bacteroides, которые ассоциированы с бактериями родов Parabacteroides и Clostridiales. В бактериальном сообществе второго типа превалирует род Prevotella, вместе с которым встречаются Veillonella, Desulfovibrio и Rhodospirillum. В третьем типе в наибольшем количестве представлен род Ruminococcus, а также сопутствующие ему Akkermansia, Gordonibacter, Ruminococcaceae, Staphylococcus, Marvinbryantia, Symbiobacterium и Dialister.
Пора охранять бактерии?
Сегодня уже не подвергается сомнению тот факт, что состояние микробиоты во многом определяет здоровье человека. Бактерии, населяющие наше тело, являются не просто случайными попутчиками, а постоянными обитателями, без которых мы вряд ли бы выжили. Они, как сообщество, и мы должны считаться с ними так же, как мы считаемся с экосистемой леса или воды. В природе не существует экосистем, для которых сокращение числа видов приносило бы пользу. Сейчас в отношении некоторых полезных бактерий кишечника существует реальная угроза исчезновения под воздействием антибиотиков и неправильного рациона.
Остается надеяться, что новые данные, полученные в ходе крупных межнациональных проектов, помогут лучше понять микробиоту, «приручить» ее, что в конечном счете принципиально повлияет на здоровье человека. Возможно, что уже через несколько лет коррекция микрофлоры кишечника станет одним из обычных способов лечения целого ряда заболеваний. Дети в роддоме сразу же будут получать в подарок «правильный» набор кишечных бактерий, который обеспечит здоровье на всю жизнь. Глобальные международные проекты сегодня активно занимаются изучением нормального микробиоценоза и его изменений при болезнях. Изучение экологии микроорганизмов человеческого тела открывает новые рубежи в медицине и фармацевтике.
Читайте также: Кишечная микрофлора влияет на психику?
Татьяна Кривомаз, канд. биол. наук
“Фармацевт Практик” #1′ 2017
