В 2014 году профессор из Ирландского национального университета в Корке Джон Крайн приехал в Калифорнию, чтобы выступить на встрече, посвященной болезни Альцгеймера. Он не был экспертом в данной области. Его предметом изучения был микробиом — триллионы микробов, населяющих здоровый организм человека.
Крайн и другие ученые стали получать доказательства того, что эти микроорганизмы могут влиять на наш мозг и поведение. О чем он и рассказал на встрече, упомянув, что микробиом может играть роль в развитии болезни Альцгеймера. К идее отнеслись скептически. «Я никогда не выступал перед таким количеством не верящих мне людей», — вспоминает он.
С тех пор многое изменилось: исследователи продолжают обнаруживать любопытные связи между микробиомом и мозгом, находя все новые доказательства его значительной роли в развитии не только болезни Альцгеймера, но и болезни Паркинсона, депрессии, шизофрении, аутизма и других расстройств.
В свете новых исследований многие нейробиологи стали по-другому думать о мозге. Одним из скептически настроенных ученых, присутствовавших на той встрече, был Санграм Сисодиа — нейробиолог из Чикагского университета. Доклад Крайна показался ему неубедительным, но позже он решил проверить его идею с помощью простого теста.
«Мы сделали это шутки ради, — рассказывает он. — Мы понятия не имели, какие результаты получим». Он и его коллеги дали антибиотик мышам, имеющим склонность к Альцгеймеру, чтобы избавить их от кишечных бактерий. Позже, когда ученые исследовали их мозг, выяснилось, что белковых скоплений, связанных с болезнью, стало гораздо меньше.
Даже небольшого нарушения микробиома оказалось достаточно для достижения такого эффекта. А мышата, которым давали антибиотики в течение недели, обнаружили меньше скоплений в мозге, когда состарились.
«Я и подумать не мог, что мы добьемся таких впечатляющих результатов, — добавляет Сисодиа. — Для человека с опытом работы в молекулярной биологии и нейробилогии это было похоже на выход в открытый космос».
Проведя серию подобных экспериментов, он пришел к выводу, что лишь несколько микроорганизмов (а возможно, и всего один) влияют на течение болезни Альцгеймера, предположительно, высвобождая химические вещества, которые изменяют работу иммунных клеток в мозге. Пока что ученому не удалось обнаружить эти микроорганизмы. Но по его словам: «Там определенно что-то есть, и мы должны выяснить, что это».
Безумные идеи
Ученым давно известно, что внутри нас живут микробы. В 1683 году голландский натуралист Антони ван Левенгук изучил свой зубной налет под микроскопом, обнаружив множество крошечных двигающихся существ.
Однако наука о микробиоме долгое время не развивалась. На протяжении многих поколений микробиологи изучали лишь те виды, которые можно вырастить в лабораторных условиях.
Большинство наших внутренних жителей не могут выжить в чашке Петри.
Тем не менее в начале 2000-х в исследованиях произошел мощный рывок, когда международное сообщество ученых задействовало передовую технологию секвенирования ДНК. Первое время ученые использовали технологию, чтобы изучить, как микробиом влияет на части тела, где бактерий в избытке, например, желудочно-кишечный тракт и кожу.
«Для человека с опытом работы в молекулярной биологии и нейробилогии это было похоже на выход в открытый космос»
Немногие задумывались о связи с мозгом, казалось, в этом не было смысла. Мозг защищен от циркулирующих в крови микроорганизмов посредством гематоэнцефалического барьера.
Лишь малые молекулы могут проникнуть через эту преграду.
«Вплоть до 2011 года казалось абсурдным искать взаимосвязи между микробиомом и поведением человека», — говорит микробиолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего Роб Найт.
Именно ему и его коллегам удалось обнаружить первые намеки на эту взаимосвязь. Ученые взяли анализ кала у мышей с генетическими мутациями, из-за которых мыши переедали и набирали вес.
Затем они пересадили кал лишенным бактериальной флоры мышам. Поле трансплантации фекальной микробиоты (пересадка бактерий, находящихся в фекалиях одного организма, в другой — прим. ред.
) мыши без микрофлоры стали много есть и набирать вес.
Изменение аппетита — не единственное, что микробиом может сделать с мозгом. Согласно исследованиям доктора Крайна и его коллег, мыши, лишенные микрофлоры, становятся одиночками, предпочитая держаться подальше от своих собратьев-грызунов.
Недавно ученые обнаружили причину такого поведения. В мозге есть миндалевидное тело — область, играющая ключевую роль в формировании эмоций.
У мышей, лишенных бактериальной флоры, нейроны в миндалевидном теле стали синтезировать необычные белковые соединения, изменяя их связи с другими клетками.
Колония бактерий в чашке Петри
Исследования, проводимые с участием людей, также выявили любопытные связи. У детей с аутизмом обнаружены необычные микроорганизмы в стуле. Также имеются данные о различиях в кишечной флоре у людей с заболеваниями головного мозга.
Тем не менее ни в одном из случаев не были установлены причинно-следственные связи. Нехарактерный микробиом у людей с болезнью Альцгеймера не означает, что именно бактерия вызывает заболевание. Может быть и наоборот: у людей с заболеванием часто меняются пищевые привычки, что может привести к размножению определенных бактерий в кишечнике.
Установить точные взаимосвязи можно с помощью фекальной трансплантации. В ходе исследования доктор Сисодиа трансплантировал мышам, которых лечили антибиотиками, кал от обычных мышей. Как только микробиом мышей восстановился, белковые скопления начали опять увеличиваться.
«Мы абсолютно уверены, что бактерия влияет на заболевание», — говорит он. Другие исследователи пошли дальше в своих экспериментах, используя трансплантацию фекальных микроорганизмов человека.
Если вы схватите мышь за хвост, она начнет извиваться в попытке сбежать от вас. Если ей пересадить стул от человека, страдающего депрессией, результат будет совсем другим: мыши сдаются быстрее, просто неподвижно повиснув.
Данные исследования представляют большой интерес, но имеют явные ограничения. Так как ученые одновременно трансплантируют сотни видов бактерий, в ходе эксперимента невозможно понять, какая именно ответственна за изменения, происходящие в мозге.
Сейчас ученые заняты определением индивидуальных штаммов, и, кажется, это действует.
«Вплоть до 2011 года казалось абсурдным искать взаимосвязи между микробиомом и поведением человека»
Доктор Мауро Коста-Маттиоли из Медицинского колледжа Бейлора, Хьюстон, занимается исследованием аутизма. Он сумел воссоздать различные симптомы аутизма у мышей. Мутация гена Shank3 приводит к изменениям в поведении, таким как навязчивые повторяющиеся действия и избегание контактов с другими мышами.
В ходе другого эксперимента выяснилось, что мышата, которых кормят матери, находящиеся на диете с высоким содержанием жира, будут проявлять сходные признаки в поведении.
Когда ученые исследовали микробиом этих мышей, обнаружилось, что животным недостает бактерии под названием лактобактерия реутери. После того как бактерию добавили в их рацион, животные снова стали социально активными.
Доктор Мауро Коста-Маттиоли получил доказательства того, что лактобактерия реутери высвобождает соединения, которые посылают сигнал к нервным окончаниям в кишечнике.
Блуждающий нерв посылает сигналы из кишечника в мозг, где происходит выработка гормона окситоцина, ответственного за социальные связи. Как выяснилось, другие микроорганизмы тоже посылают сигналы в мозг по блуждающему нерву.
А некоторые «общаются» с мозгом непосредственно через кровоток (блуждающий нерв — это десятая пара черепных нервов, которая идет от мозга к брюшной полости. Она участвует в регулировании работы множества органов в области головы, шеи, грудной и брюшной полостей).
Устройство нервных клеток головного мозга и прохождения сигнала по ним (внутри клетки электрического, «между» клетками при помощи медиаторов).
Вполне вероятно, что такое влияние начинает происходить еще до рождения, когда микробиом беременной матери высвобождает молекулы, попадающие в мозг эмбриона. Микробы заселяются в ребенка во время рождения и в период грудного вскармливания. В течение следующих двух лет мозг и микробиом созревают стремительными темпами.
Чтобы понять, как микробиом воздействует на развивающийся мозг, нейробиолог Ребекка Никмейер из Университета штата Мичиган, изучает данные функциональной магнитно-резонансной томографии, проведенной маленьким детям.
В своем первом исследовании, опубликованном в январе, она сконцентрировалась на миндалевидном теле. Ребекка измерила прочность соединений между миндалиной и другими областями мозга.
Никмейер выяснила, что подобные связи сильнее у маленьких детей, у которых немного разнообразных бактерий в кишечнике.
Защита от приступов
Ученые пытаются понять, как микробиом влияет на мозг, и надеются, что благодаря полученным знаниям, врачи смогут лучше лечить неврологические заболевания и психические расстройства. Возможно, врачи уже, сами того не ведая, этим занимаются.
В 1900-х годах невропатологи обнаружили, что количество приступов эпилепсии у пациентов сокращается, если они придерживаются низкоуглеводной диеты с высоким содержанием белков и жиров.
Мыши, у которых удалось воссоздать эпилепсию, показали те же результаты, когда их посадили на кетогенную диету. Но никто не мог объяснить, почему так происходит. Позже некоторые ученые высказали предположение, что причина в микробиоме.
Они вырастили мышей с эпилепсией, но без кишечной микрофлоры и обнаружили, что у них нет защиты от приступов. Когда им трансплантировали кал мышей, находящихся на кетогенной диете, количество приступов сократилось.
Если вы схватите мышь за хвост, она начнет извиваться в попытке сбежать от вас. Если ей пересадить стул от человека, страдающего депрессией, результат будет совсем другим: мыши сдаются быстрее, просто неподвижно повиснув.
Ученые обнаружили два типа бактерий, особенно процветающих в организме мышей на кетогенной диете. Возможно, именно они ответственны за нейромедиаторы, тормозящие электрическую активность мозга.
В теории, людям, страдающим эпилепсией, не придется придерживаться кетогенной диеты — они смогут принять препарат с необходимой бактерией.
Группа ученых из Калифорнийского технологического института обнаружили бактериальный штамм, провоцирующий симптомы болезни Паркинсона. Они начали серию исследований по поиску соединения, способного заблокировать сигналы, посылаемые микробом по блуждающему нерву.
Ученые, занимающиеся микробиомом, должны соблюдать непростой баланс. С одной стороны, результаты исследований выглядят довольно обнадеживающими. С другой — ученым не хотелось бы поощрять представление о том, что микробиомные препараты будут доступны в ближайшем будущем.
Все это непросто, особенно учитывая, что пробиотики можно купить без рецепта, а некоторые компании, основываясь на предварительных исследованиях, хотят торговать подобными препаратами для лечения таких расстройств, как депрессия. Нельзя смешивать науку с псевдонаукой.
Устройство бактерии (схема)
Доктор Мауро Коста-Маттиоли искренне надеется, что однажды с помощью лактобактерии реутери можно будет лечить аутизм, но он категорически не советует родителям покупать пробиотики для лечения своих детей. Некоторые штаммы бактерии меняют поведение мышей, а некоторые — нет.
Ученые все еще находятся в поисках самого эффективного штамма и правильной дозировки. «Мы хотим приступить к клиническим исследованиям, имея на руках лучший вариант, на данный момент я не уверен, что он у нас есть», — объясняет Коста-Маттиоли.
Катаржина Хукс, специалист в области вычислительной биологии из университета Бордо, Франция, говорит, что подобные исследования все еще кажутся необычными.
Большинство результатов ученые получают благодаря исследованиям фекальной трансплантации от мышей, лишенных бактериальной флоры. В таких экспериментах особенно сложно точно определить причины изменений в поведении.
По словам Хукс, сейчас у ученых есть только фрагменты головоломки, а картину целиком лишь предстоит увидеть в будущем.
Бактерии управляют сознанием людей: миры внутри нас — МК
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 нашем кишечнике обитают представители царства архей — одноклеточные организмы. В основном это метаногены — они легко обходятся без кислорода, помогают переваривать пищу и выделяют газ метан.
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.
pixabay.com
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…
Лучшее в «МК» — в короткой вечерней рассылке: подпишитесь на наш канал в Telegram
Что такое микробиом человека каковы его функции и роль для здоровья
В последние годы произошел большой прорыв в понимании микробиома человека. Это своего рода «орган», о котором современная медицина забывала долгие годы.
Однако в течение нескольких лет, благодаря развитию биомедицинских наук, было проведено множество исследований, результаты которых доказывают, что микробиом — это больше, чем просто группа микроорганизмов, населяющих наш организм.
Микробиом представляет собой группу микроорганизмов, характерных для определенной среды обитания, т.е. различные органы человека:
- Рот;
- Уши;
- Кожа;
- Половые органы
- и прочее.
- Человеческий организм населяет приблизительно 100 триллионов микробов, большая часть которых живет в кишечнике.
- Состав микроорганизмов варьируется в зависимости от среды обитания.
- Представляет собой совокупность микроорганизмов, которые включают:
- Бактерии;
- Простейшие;
- Грибки;
- Вирусы
и другие одноклеточные организмы как внутри нас, так и снаружи.
Термин «микробиом» впервые появился в 2001 году. Им нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг описал набор всех геномов микробов, населяющих организм человека. Раньше использовали термин «микрофлора».
Не всегда микробиом «дружественен» для своего хозяина. Может также содержать потенциально патогенные микроорганизмы.
Из-за огромного количества населяющих нас микроорганизмов большее внимание уделяется микробам желудочно-кишечного тракта. В основном выделяют 4 подгруппы:
- Firmicutes (фирмикуты) — 64%;
- Bacteroides (бактериоиды) — 23%;
- Proteobacteria (протеобактерии) — 8%;
- Actinobacteria (актинобактерии) — 3%.
У здоровых людей отдельные отделы пищеварительного тракта характеризуются переменным разнообразием микроорганизмов. Желудок и двенадцатиперстная кишка практически стерильны, потому что кислотность желудочного сока неблагоприятная среда для большинства микроорганизмов.
В тонкой кишке их количество выше и составляет от 10000 до 100000 на 1 грамм пищеварительного содержимого. Здесь преобладают ацидофильные бактерии родов Lactobacillus и Streptococcus.
Наибольшее количество микроорганизмов находится в толстом кишечнике. Здесь их количество на 1 грамм может достигать миллиарды. Подавляющее большинство анаэробные микроорганизмы, такие как Bifidobacterium и Clostridium.
Учеными подсчитано, что в пищеварительном тракте содержится в 10 раз больше микроорганизмов, чем клеток в самом организме человека. Для сравнения, в геноме человека всего 21000 генов.
Бактерии, населяющие желудочно-кишечный тракт, в соответствии с их функциями можно разделить:
- Протеолитические (гнилостные). Потенциально патогенные бактерии, размножение которых оказывает отрицательное влияние на здоровье;
- Защитные (пробиотические). Бактерии, которые подавляют рост патогенных микроорганизмов, герметизируют кишечный эпителий и синтезируют питательные вещества для кишечного эпителия;
- Иммуностимулирующие. Стимулируют клетки иммунной системы, подавляют воспалительные процессы, участвуют в синтезе антител слизистой оболочки.
Большинство представителей микроорганизмов приносят пользу человеку и здоровью. Так, бактерии, населяющие кишечник, участвуют в метаболизме питательных веществ, полученных с пищей:
- Белков;
- Углеводов;
- Жиров.
Поддерживают основные виды жизнедеятельности.
С этой точки зрения их можно сравнить с биореактором, который в процессе ферментации ежедневно вырабатывает бесчисленное множество веществ. Количество и характер этих веществ во многом зависит от того, что мы едим. Кроме участия в процессе пищеварения, кишечная микробиотика:
- Синтезирует витамины комплекса В и витамин К;
- Увеличивает поглощение минеральных веществ, например, кальция и магния;
- Служит профилактикой заселения патогенной микрофлорой;
- Стимулирует созревание клеток иммунной системы, поддерживает ее работу;
- Снимает воспалительные процессы;
- Оказывает влияние на созревание и дифференцировку кишечных эпителиальных клеток;
- Инактивирует токсины и канцерогены;
- Участвует в обмене холестерина и билирубина.
Наилучшим образом на данный момент изучена микробиотика кишечника. Несмотря на это, ученым пока не ясна связь между изменениями состава микробиома и патогенезом заболеваний. До сих пока не выяснено, связан ли дисбаланс микробов с так называемым дисбактериозом. Однако предполагается, что на состав микробов могут влиять некоторые факторы, такие как:
- Гены;
- Возраст;
- Протекание родов;
- Питание, включая грудное вскармливание;
- Стресс.
Хотя состав кишечного микробиома в первую очередь зависит от факторов окружающей среды, на его состав также оказывает влияние генотип хозяина. Как пример такой взаимосвязи ученые приводят ген FUT2, кодирующего фермент фукозилтрансферазу 2.
Люди с неблагоприятным вариантом гена FUT2 не продуцируют определенные олигосахариды, недостаток которых предрасполагает к дефициту защитных бактерий рода «бифидобактерии». Неблагоприятный вариант этого гена встречается примерно у 20% европейцев.
У плода в утробе матери кишечник стерилен. Во время прохождения через родовые пути ЖКТ ребенка заполняется влагалищным микробиомом матери.
Затем во время грудного вскармливания поступают пребиотические вещества из молока, которые стимулируют рост полезных бактерий.
У детей на искусственном вскармливании этих бактерий может быть недостаточно. Учеными доказано, что роды и тип кормления имеют решающее значение для правильного формирования и развития микробиома. Ими обнаружены различия в составе микробиотики у детей, рожденных естественным путем и с помощью кесарева сечения.
После окончания грудного вскармливания и введения твердой пищи постепенно начинает формироваться состав кишечной микрофлоры.
Примерно в 15 лет он становится относительно стабильным, если человек здоров и ведет здоровый образ жизни.
Следующий этап жизни человека, когда начинаются изменения кишечной микробиотики, начинается после 65 лет. В это время отмечается снижение количества защитных бактерий и увеличение числа потенциально патогенных.
Эти изменения могут быть одним из основных факторов возрастных заболеваний. В значительной степени это объясняется снижением функциональности органов, например, поджелудочной железы и других.
Питание — один из сильнейших факторов, влияющих на состав кишечного микробиома. Когда с пищей поступает достаточное количество сложных углеводов, микроорганизмы больше производят веществ, подавляющих воспаления. Это те углеводы, которые устойчивы к пищеварительным ферментам и служат питательной средой для полезных бактерий.
Наличие в питание рафинированных продуктов, т.е. простых углеводов, наоборот, создает все условия для роста патогенных.
Кстати, многие диеты способствуют росту патогенной микрофлоры, например, безглютеновая. Пример здоровой – средиземноморская. Это доказано исследованиями. Она содержит полифенолы в дополнение к большому количеству пищевых волокон. Как показали исследования, 90-95% полифенолов накапливается в толстой кишке, где они подвергаются различным биохимическим изменениям в кишечном микробиоме.
Также доказано влияние на состав стрессовых ситуаций. В проведенных исследованиях сначала на мышах, а затем на людях, доказана связь стресса с патогенной микрофлорой.
Первые исследования, указывающие на связь кишечного микробиома с ожирением, были проведены на мышах. У более полных грызунов отмечалось нарушение между патогенными и полезными бактериями не в пользу последних.
Ученые предположили, что микробиотика может оказывать влияние на ожирение:
- Производя дополнительные калории. 4-10 процентов энергии, получаемой из пищи, генерируется микробиомом. Это около 80-200 ккал / день;
- Вызывая воспаление низкой интенсивности, так называемая метаболическая эндотоксикемия, которая может быть причиной инсулинорезистентности;
- Регулируя голод и сытость.
Влияние на нервную систему
Исследования показали, что кишечный микробиом влияет на развитие нервной системы, реакцию на стресс и поведение. Также в ряде испытаний выявлена прямая связь между кишечным микробиомом и:
- Депрессивными расстройствами;
- Аутизмом;
- Шизофренией;
- Синдромом гиперактивности;
- Биполярным расстройством.
Микробиом недаром часто сравнивают с «органом», о котором современная медицина забыла. Исследования показывают, что, как и любой другой орган, микробиом способен получать информацию из окружающей среды, такую как:
- Изменения рН;
- Наличие питательных веществ;
- Иммунных клеток;
- Гормонов.
И реагировать на них. Эта система называется кворумом и позволяет осуществлять молекулярный диалог между микробиомом, клетками и органами человека.
Из-за многоуровневого воздействия микробиома на организм количественное нарушение баланса бактерий, может оказывать влияние на развитие многих болезней цивилизации:
- Диабет;
- Ожирение;
- Аллергия;
- Депрессия;
- Аутоиммунные заболевания;
- Аутизм;
- Болезнь Альцгеймера.
Вплотную этим вопросом в рамках проекта «Микробиом и человек» занимается Национальный институт здравоохранения Америки, используя самые современные методы молекулярной биологии. Их исследования позволили определить различия в составе микробиома человека в зависимости от генотипа, возраста и питания.
К сожалению, у нас этот вопрос только в стадии становления. Государственных программ пока нет. Хотя нельзя сказать, что изучением этого вопроса совсем не занимаются.
Данные рекомендации не отличаются от рекомендаций здорового образа жизни:
- Больше фруктов и овощей, богатых полифенолами, пробиотическими соединениями. Именно они питательная среда для микробиотики.
- Сложные углеводы: коричневый рис, овсянка, отруби, которые содержат растворимую клетчатку;
- Качественные жиры;
- Пить зеленый чай (содержит много полифенольных соединений);
- Ферментированные продукты, поскольку они источник пробиотических культур;
- Избегать алкоголя;
- Исключить из питания продукты высокой переработки, быстрого приготовления, подслащенные напитки, пирожные и прочее, поскольку относятся к источникам транс-жиров и простых сахаров;
- Избегать стресса;
- Достаточный полноценный сон;
- Регулярные физические занятия.
Изучение микробиома человека относительно новое направление в науке. Но, как утверждают ученые, оно в скором будущем может стать основным не только в лечении болезней, но и продлении жизни человека.
Интересный познавательный фильм и микробиоме человека
Ученые выяснили, что мозгом управляет кишечник
Стрессы, одиночество, оторванность от природы, плохое питание, прием антибиотиков, все это влияет на микробиом кишечника, а через него — на наше поведение и психологическое благополучие
У общительных людей, гурманов и часто бывающих за границей более богатый и разнообразный микробиом кишечника, а тревога и стресс отражаются на составе кишечной микрофлоры, показало исследование ученых Оксфордского университета.
Оксфордские психологи опубликовали в Human Microbiome Journal материал о взаимосвязи между бактериями, живущими в кишечнике (так называемый микробиом кишечника), и поведенческими чертами человека. В ходе исследования обнаружилось, что состав микробиома и его разнообразие связаны с такими чертами личности, как общительность и невротизм.
Авторы предыдущих исследований уже демонстрировали связь между микробиомом кишечника и аутизмом – состоянием, характеризующимся нарушением социального поведения.
Новая работа показала, что многочисленные типы бактерий, которые прежде ассоциировались с аутизмом, также связаны с тем, насколько человек общителен.
То есть микробиом влияет не только на экстремальные поведенческие черты, что наблюдается при аутизме, но и на особенности социального поведения среди здоровых людей.
Другим интересным открытием, связанным с социальным поведением, было то, что люди с большим количеством социальных связей, как правило, имеют и более разнообразный микробиом, что чаще всего означает лучшее состояние кишечника и здоровье в общем. И наоборот, у людей, постоянно испытывающих стресс или тревогу, микробиомоказался менее разнообразным.
Люди, бывшие в младенчестве на искусственном вскармливании, во взрослом возрасте имели менее разнообразный микробиом, то есть питание в детстве имеет долгосрочные последствия для здоровья кишечника в дальнейшей жизни.
Позитивно на разнообразии микробиома отражались поездки за границу – вероятно, из-за воздействия новых диет и микробов, а также гурманство и готовность к гастрономическим экспериментам. А вот у тех, кто сидел на безмолочной диете, микробиом был более скудным.
Разнообразием отличался и микробиом людей, в диете которых было много природных источников пробиотиков (например, квашеной капусты или кимчи) и пребиотиков (бананы, бобовые, цельнозерновые продукты), причем это касалось именно «живых» продуктов, а не про- и пребиотиков в виде добавок.
Как подытоживают авторы исследования, современная жизнь создает идеальные условия для дисбактериоза кишечника: рабочий стресс, одиночество, оторванность от природы, питание с малым количеством клетчатки, прием антибиотиков…
Все эти факторы могут влиять на микробиом кишечника, а через него пока еще неизвестным способом – на наше поведение и психологическое благополучие.
Как микробиом влияет на наши чувства?
Главная » Специалистам » Статьи о пробиотиках » Как микробиом влияет на наши чувства?
В последние годы ученые много говорят о существовании оси «кишечник — мозг», то есть о связи между пищеварительным трактом и центральной нервной системой.
Установлено, что важнейшая роль в этом союзе между органами, далекими и в анатомическом, и в функциональном отношении, принадлежит бактериям.
В этой статье мы расскажем об исследованиях, показывающих, как невидимые существа в кишечнике влияют на нашу психику.
Микробы кишечника воздействуют на биохимию мозга и активность генов
В 2015 году ученые из Университета МакMастерa (Канада) опубликовали результаты исследования, касающегося влияния состава кишечной микробиоты на нервную систему мышей. Оказалось, что биохимия мозга животных, выращенных в стерильных условиях, отличается от таковой у обычных грызунов.
Выяснилось, что вещества, вырабатываемые бактериями в кишечнике, влияют на активность 40 генов в нервных клетках.
Речь идет об участках ДНК, отвечающих за синтез белков, необходимых для роста и питания нейронов, образование нейромедиаторов, необходимых для передачи импульса между нервными клетками и пр.
Также обнаружилось, что мыши, с рождения «знакомые» с микробами, ведут себя осторожнее, чем их безмикробные собратья.
В 2019 году микробиологи из Института Левена (Бельгия) и Университета Гронингена (Нидерланды) опубликовали результаты исследования с участием 2100 человек. Специалисты изучали, как влияет состав кишечной микробиоты на физическое и эмоциональное благополучие людей. Для этого они проанализировали геном свыше 500 микроорганизмов, входящих в состав микробного пейзажа кишечника.
Оказалось, что представители кишечной микробиоты участвуют в синтезе 13 веществ, оказывающих влияние на работу нервной системы.
Например, они нужны для образования ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) — это вещество необходимо для процессов торможения в мозге.
Также дружественные бактерии необходимы для обмена триптофана — эта незаменимая аминокислота является предшественником нейромедиатора радости серотонина и гормона сна мелатонина.
Причина депрессии — в кишечном микробиоме
Также бельгийские микробиологи обнаружили связь между состоянием кишечного микробиома и депрессией. В исследовании приняли участие 150 человек, у 80 из которых были признаки депрессивного расстройства.
Оказалось, что у пациентов с депрессией в кишечнике наблюдалась нехватка бактерий, необходимых для метаболизма дофамина.
В результате у них развивался дефицит вещества, называемого ДОПАК (дигидроксифенилуксусная кислота) — снижение его уровня наблюдается, например, при болезни Паркинсона, сопровождающейся тяжелыми неврологическими и личностными расстройствами.
Кроме того выяснилось, что у больных с депрессией кишечные микробы синтезировали больше ГАМК — вещества, замедляющего прохождение нервных импульсов и активирующего процессы торможения в мозге.
В то же время в кишечнике нарушалось образование веществ, оказывающих стимулирующее воздействие на нервную систему.
В этом исследовании впервые наглядно была продемонстрирована связь между депрессией и изменением содержания веществ, которые синтезируют представители кишечного микробиома.
Ощущение счастья прячется в кишечнике
Одно из веществ, которое отвечает за чувство счастья, — это нейромедиатор серотонин.
Множество исследований показали, что 90% серотонина в нашем организме синтезируется именно в кишечнике при участии полезных бактерий.
Однако серотонин, который вырабатывается в кишечнике, не может повлиять на наши ощущения напрямую: он не может проникнуть в мозг из-за преграды, называемой гематоэнцефалическим барьером.
Тем не менее ученые из Университета Сарагосы (Испания) установили, что кишечные бактерии участвуют в формировании позитивного настроя.
Оказалось, что метаболиты полезных микробов влияют на активность рецептора TLR2, являющегося важным элементом системы иммунитета, а также связанного с выработкой серотонина.
Полезные микроорганизмы «включают» этот рецептор, что, в свою очередь, стимулирует выработку серотонина в клетках мозга — и настроение улучшается.
Кишечные бактерии влияют на уровень тревожности
Специалисты из Калифорнийского университета изучили, как кишечный микробиом влияет на активность отделов мозга, отвечающих за эмоциональные реакции.
Исследования состава микробиоты показало, что у некоторых участников в кишечнике преобладают бактерии рода Bacteroides, а у других– рода Prevotella.
Добровольцам демонстрировали изображения, стимулирующие возникновение эмоциональных реакций — положительных, отрицательных или нейтральных. Также ученые отслеживали изменения активности участков мозга, отвечающих за обработку эмоций.
Оказалось, что участники, в кишечнике которых преобладали бактерии рода Prevotella, острее реагировали на негативные изображения, у них быстрее возникало чувство тревоги.
В мозге у этих участников было зафиксировано большее количество связей между участками мозга, отвечающими за эмоции. В то же время люди, в кишечнике которых преобладали бактероиды, были склонны сохранять спокойствие даже при встрече с тревожными стимулами.
В их мозге обнаружился больший объем серого вещества в областях, отвечающих за комплексную обработку информации.
Нарушения в микробиоме не позволяют забывать о стрессе
В ходе эксперимента на мышах ученые из Колледжа Уэйлл Корнелл (США) установили: дефицит полезных бактерий в кишечнике не позволяет забывать о пережитом страхе. Специалисты взяли три группы животных — у первой не было нарушений со стороны микробиома, у второй был дисбиоз из-за приема антибиотиков, а третья была выращена в стерильных условиях.
У всех мышей был выработан условный рефлекс: животные слышали звук определенной частоты, за которым следовал удар током. Затем исследователи убрали стрессовый фактор — воздействие электричеством.
Мыши, у которых был здоровый кишечный микробиом, очень быстро научились не бояться звука.
В то же время грызуны с нарушениями в микробном пейзаже кишечника, связанные как с условиями выращивания, так и с приемом антибиотиков, в течение долгого времени продолжали впадать в ступор, когда слышали знакомый звук.
Исследователи изучили состояние отделов мозга, отвечающие за страх. Оказалось, что у животных с нарушенной микробиотой была изменена структура нейронов.
Трансформация касалась, так называемых, дендритных шипиков — выступов на поверхности нервных клеток, отвечающих за обучение и усвоение новой информации, у грызунов с дисбиозом они реже появлялись и чаще исчезали.
Это свидетельствует о том, что нарушения со стороны кишечного микробиома мешали животным адаптироваться к новым условиям и забыть о страхе.
Дисбиоз в кишечнике — одна из причин хронической усталости
Сегодня многие люди жалуются на хроническую усталость — быструю утомляемость, нарушения сна, снижение концентрации и пр. Ученые из Колумбийского Университета (США) предположили, что это может быть связано с нарушениями со стороны микробиома.
В исследовании приняли участие 100 человек: половина добровольцев страдала от синдрома хронической усталости. Изучение микробного пейзажа показало, что состав кишечного микробиома у здоровых и больных людей существенно отличается.
У пациентов с синдромом хронической усталости было снижено количество бактерий-симбионтов и повышено число представителей условно-патогенной микрофлоры (клостридии, протей и пр.).
По мнению специалистов, это связано с тем, что в такой ситуации возникает воспалительный процесс в кишечнике. В результате повышается проницаемость кишечной стенки для токсинов и патогенных микробов, растет нагрузка на печень, токсичные вещества воздействуют на мозг, что ведет к чувству постоянной усталости, головным болям, бессоннице и пр.
Пробиотики для хорошего настроения
Таким образом, к сегодняшнему дню накопилось множество исследований, доказывающих существование связи между нашими эмоциональными реакциями и микробиомом кишечника.
Поэтому восстановив баланс в кишечнике при помощи правильного питания и курса пробиотиков, можно не только улучшить работу пищеварительной системы, иммунитета и воздействовать на другие физиологические параметры, но и оказать позитивное влияние на эмоции.
Важно, что прием пробиотиков не «заселяет» кишечник нужными бактериями (в этой ситуации было бы необходимо точно знать каких микробов не хватает и дозированно назначать пациенту именно их).
Задача пробиотических препаратов — создать в кишечнике условия для восстановления собственной микробиоты.
Это происходит благодаря вытеснению из кишечника чужеродных микробов, формированию «правильной» среды для размножения полезных бактерий и подавления роста вредных микробов.
В линейке компании «Вектор-БиАльгам» на сегодняшний день — пять эффективных пробиотиков. Это жидкие пробиотики Бифидум БАГ, Трилакт, НариЛак-Форте В, которые содержат не только высочайшую концентрацию полезных бактерий, но и их метаболиты, формирующие в кишечнике «правильную» среду.
Также в линейку входит сухой пробиотик Экофлор, в котором бактерии фиксированы на частицах сорбента — благодаря этому из кишечника эффективно удаляются токсины, отравляющие кишечную среду. Последняя разработка компании — это синбиотик Пробиофлор Комплекс, содержащий помимо комплекса бифидо- и лактобактерий, компоненты для роста бактерий в кишечнике (пребиотики), сорбент и витамины.
← Назад к списку