Микробиом

В нашем теле обитает бесчисленное множество невидимых помощников. Рот, носоглотку, пищевод, кожу, кишечник, вагину населяют от 10 до 100 триллионов различных бактерий. Количество генов и метаболических путей, которые несут наши симбионты¹¹⁵ и квартиранты¹¹⁶, превышает наше собственное в 150 раз. Только в кишечнике здоровых людей обнаруживается более 500 видов микроорганизмов. Общая масса микрофлоры кишечника составляет от 1 до 3 кг. Большинство бактерий-симбионтов живет в толстой кишке и составляет 35–50 % ее содержимого.

В микробных сообществах, относящихся к нормальной микрофлоре человека, эволюционно сформировались межклеточные и межвидовые сети, представляющие систему трофических¹¹⁷ и энергетических взаимосвязей внутри кишечного микробиоценоза¹¹⁸. Практически ни один доступный биосубстрат не используется только в интересах одной видовой популяции микроорганизмов. Микробиота¹¹⁹ кишечника представляет собой как бы отдельный орган человеческого организма. Обмен веществ человека обеспечивается работой ферментов, кодируемых не только его геномом, но и геномами всех симбиотических микроорганизмов.

Функциональную значимость здоровой микрофлоры трудно переоценить. Конкурируя за доступные питательные вещества и необходимое пространство, полезная микробиота:

1) подавляет рост патогенов;

2) обеспечивает питание, выживание и деление эпителиальных клеток;

3) осуществляет взаимодействие с иммунной и нервной системами, развитие и созревание связанной с кишечником лимфоидной системы, формирование иммунологической памяти;

4) вызывает ферментирование неусваиваемых пищевых остатков, синтез короткоцепочечных жирных кислот, аминокислот и витаминов для нашего организма.

Воспалительные процессы в кишечнике приводят к системному выбросу воспалительных цитокинов, которые, попадая в мозг, активизируют глиальные клетки¹²⁰, имеющие иммунное происхождение и поэтому способные при своей активизации вызывать воспаление в ткани головного мозга. Эти процессы ускоряют старение всего организма и возникновение когнитивных нарушений. Прицельное подавление воспаления в гипоталамусе мозга способствовало увеличению продолжительности жизни мышей до 20 %. В свете вышесказанного не вызывает удивления причинная связь нарушения микрофлоры с серьезными расстройствами, такими как ожирение, сахарный диабет 2-го типа, сердечно-сосудистые заболевания, аллергия, колоректальный рак, а также депрессия, аутизм, деменция.

Идея о роли кишечного микробиома в старении принадлежит нобелевскому лауреату И.И. Мечникову. Он предположил, что с возрастом в толстом кишечнике развивается патогенная микрофлора, которая отравляет организм, вызывая патологическое ускоренное старение. Именно его исследования заложили научную основу для применения кисломолочных продуктов питания в оздоровлении организма. И сейчас микробиом человека рассматривается как важная терапевтическая мишень. Лечение дисбаланса микробиоты играет все более важную роль в профилактической медицине.

Закон Эшби гласит: чем разнообразнее экосистема, тем она устойчивее, а следовательно, менее подвержена разрушительным влияниям. Согласно исследованиям С. Рампелли, в кишечнике с возрастом снижается биоразнообразие микрофлоры. Уменьшается количество представителей нормофлоры клостридий и бифидобактерий и возрастает доля патобионтов¹²¹ – энтеробактерий и грибов, которые способствуют воспалительным процессам кишечника. Больше всего от подобных изменений страдает бактериальный синтез короткоцепочечных органических кислот – пирувата и бутаноата, необходимых для питания эпителиальных клеток стенки кишечника. С возрастом снижается сахаролитический¹²² потенциал микробиоты, однако возрастает протеолитический¹²³. Проникновение эндотоксинов¹²⁴ патологических бактерий через стенку кишечника в кровь или лимфу может сопровождаться системным воспалением.

Сегодня с помощью технологий высокопроизводительного параллельного секвенирования¹²⁵ можно анализировать особенности микробных метаболических путей и «сигнальных систем». Фундаментальным прорывом в развитии метагеномики ¹²⁶ микробиома человека можно считать создание двух консорциумов: MetaHIT (Metagenome of Human Intestinal Tract) в Европе и HMP (Human Microbiome Project) в США. Ученые из MetaHIT совместно с коллегами из Пекинского института генома создали каталог из 3,3 миллиона бактериальных генов кишечника человека. В это же время исследователями из США были опубликованы геномы микроорганизмов (бактерий и архей), найденных в микробиоте человека. Недавно был создан Русский метагеномный проект (http://www.metagenome.ru), основным участником которого является НИИ физико-химической медицины Минздравсоцразвития РФ. На основе метагеномных данных проводится предсказание риска развития патологий, связанных с дисбалансом микробиоты.