Уявіть собі спільноту мільярдів мікроскопічних живих істот, у яких конкуруючі та співпрацюючі види живуть у неймовірному різноманітті. І що робить все це справді цікавим; все це в нашому тілі. Мікроби живуть на поверхні нашої шкіри, в нахилах нашого тіла, в роті та в кишковому тракті. Відкриття не є новим, але медичне значення цієї неймовірно складної системи почали виявляти лише нещодавно.

Зростаюча група біологів розглядає людину не лише як нащадка яйцеклітини та сперми, що об’єднуються в момент запліднення, але як частину складної системи. Всі ми без винятку живемо в тісному спілкуванні з мільйонами інших живих істот.

хвороб

За підрахунками, в нашому організмі мікробів у 10 разів більше, ніж кількості наших клітин. Більш того, вони більш-менш різні. Клітини нашого тіла складають приблизно Вони несуть 23 000 генів, усі ми успадкували від батьків.

На відміну від цього, кількість генів бактеріального походження, тобто наших співвласників, становить 3 мільйони. Безсумнівно, більшість з них відповідають за розробку тих самих властивостей, тобто варіацій теми. Однак кількість генів, які не потрапляють до цієї категорії та збільшують генетичну складність "системи", не є незначною.

Мікробіота

Людина насправді утворює органічне ціле з бактеріями у своєму організмі (разом це бактеріальне співтовариство називається мікробіотою). Цей зв’язок був створений в результаті тисячолітнього процесу спільного розвитку, вирівнювання (коеволюції). Співіснування ґрунтується на взаємній вигоді, в обмін на сировину та захищене середовище існування бактерії, що живуть у нас, постачають нам важливі поживні речовини, а також виконують захисну роль для здоров’я, тобто вони сприяють загальному добробуту господаря. Однак баланс неміцний, можливо, під певним впливом корисні або принаймні нешкідливі мікроби обернуться проти нас і захворіють.

Бактерії можуть викликати хвороби - звичайно, це ні для кого не є новиною. Що дивує, так це спектр захворювань, про які йдеться. Це не гострі інфекції, які сучасна медицина відносно успішно лікує все новими та новішими препаратами (давайте тепер ігноруємо не незначну проблему стійкості до антибіотиків). Ми маємо ефективний арсенал для знищення бактерій, хоча ми дуже мало знаємо про види, що живуть у нас, та їх роль. Хронічні захворювання населення розвинених країн - ожиріння, діабет, хвороби серця, астма, розсіяний склероз та інші неврологічні/психічні захворювання, такі як аутизм - роль мікробів значно більша, ніж хтось міг подумати до цього часу.

Яким є життя бактерії?

Бактеріальну флору людини можна навіть зрозуміти як самостійний орган. Він важить близько 1 кг, як і багато інших наших органів. Хоча він і не "відчутний", як серце чи нирки, він схожий на клітини імунної системи, розкидані по всьому тілу, які також не утворюють визначуваного органу.

Відповідно до сучасного стану можна виділити 100 великих груп бактерій, кожна з яких має різну біохімічну здатність. Чотири групи з них представлені в кишковому тракті людини, це види Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes та Proteobacteria.

Бактерії, що живуть у людей, мають інший малюнок, подібний до зображення ландшафту на географічну одиницю. Наприклад, у маленької дитини, яка живе в Малаві чи Венесуелі, в кишечнику набагато більше бактерій, що продукують рибофлавін, ніж у північноамериканських або європейських колег. Крім того, використання поживних речовин у грудному молоці також є більш ефективним у їхньому випадку. У них є кілька ферментів, які називаються глікозид-гідролазами, щоб перетворити глікани (певні типи вуглеводів у молоці) у цукри, які можуть використовуватися організмом.

Однак гени, що кодують фермент, не знайдені в геномі людини, він може вироблятися лише бактеріями. А молока в цих вуглеводах багато. Це прекрасний приклад механізму дії коеволюції.

Мікроби також відіграють важливу роль у своєму харчуванні в подальшому житті. Ми не змогли б розщепити і використати багато складних вуглеводів, якби ми могли покластися лише на власний генофонд та ферменти, які вони кодують. 10-15% енергії, яка використовується середньостатистичною дорослою людиною, забезпечується молекулами, отриманими та поглиненими бактеріями.

Ожиріння та гіпотрофія

Бачачи внесок мікробів у розщеплення поживних речовин, питання було порушено вченими. Нехай вони відіграють певну роль у розвитку захворювань на дефіцит або навіть ожиріння? У дослідженні США, проведеному в 2006 р., Вивчався склад бактеріальної спільноти в кишковому тракті осіб із нормальною та надмірною вагою. В останньому члени групи Firmicutes були присутні у більшій кількості і менше членів групи Bacteroidetes, ніж у худих особин. Цікаво також, що ті, хто позбувся зайвої ваги в бактеріальному співтоваристві, також перейшли до більш тонких.

За результатами експериментів на мишах мова йде не лише про адаптацію до зміненого середовища. Роль бактерій у розвитку маси тіла проявляється через вплив виробництва гормонів, які регулюють накопичення та виділення жиру як енергії. Це може пояснити давнє явище, відоме тваринникам, що телят відгодовують швидше, коли в раціон вводять антибіотики.

Продемонструвавши чіткий зв'язок між кишковими бактеріями та ожирінням, було також показано протилежне. Дослідження з участю дітей в Малаві показало, що неадекватно сформульована мікробіота призводить до недоїдання.

Остаточні докази у цій справі були надані своєрідними результатами досліджень близнюків. У половини пар, які, мабуть, годувались подібним чином, один член був адекватно нагодований, а інший недоїдав. Враховуючи вищевикладене, не дивно, що мікробіота таких пар сильно відрізнялася одна від одної. У разі недоїдання синтез вітамінів та деградація деяких складних вуглеводів також були пригнічені. Коли мікроби експериментально пересаджували лабораторним мишам зі стерильним кишковим трактом, їх харчовий статус став подібним до стану донорів. Після цього, ймовірно, що недоїдання може виникнути навіть при достатньому кількісному та якісному харчуванні, саме завдяки складу бактеріальної спільноти в кишковому тракті людини.

Зв’язок між кишковими бактеріями та харчуванням може здатися очевидним. У випадку діабету, серцевих захворювань або розсіяного склерозу зв'язок вже не такий очевидний.

Хвороба серця

Доступні результати досліджень серцевих захворювань як на мишах, так і на людях. Вивчаючи взаємозв'язок між продуктами метаболізму та хворобами, було встановлено, що мурашина кислота, що виявляється в сечі випробовуваних, знаходиться у зворотному відношенні до артеріального тиску, що є показником ризику серцевих захворювань. Імовірно, взаємозв'язок між ними зумовлений впливом мурашиної кислоти на функцію нирок. Оскільки первинним джерелом мурашиної кислоти є бактерії, правомірно вважати, що мікроби в нашому кишечнику також впливають на наш артеріальний тиск.

Дослідження на мишах показали ще один можливий механізм розвитку серцево-судинних захворювань. Мишей культивували, що мали підвищену тенденцію до того, що артерії ставали нееластичними. У цих випадках знищення флори кишечника антибіотиками значно зменшило частоту розвитку атеросклерозу, хоча причина досі не з’ясована.

Діабет 2 типу

Подібним чином, роль бактерій у розвитку діабету 2 типу ще потрібно з’ясувати. У пацієнтів із ожирінням ожиріння іноді проводять так звану шунтування шлунка, щоб зменшити масу тіла. Під час процедури усувається ділянка шлунка і тонкої кишки, тому споживається менше їжі і менше може засвоюватися з неї. Окрім зайвої ваги, пацієнти майже завжди страждають на діабет. Ожиріння можна дуже ефективно вилікувати за допомогою процедури, що дивно, що у 80% пацієнтів діабет зник через кілька днів після процедури. Хірургічне втручання викликає помітну зміну складу кишкової флори, імовірно, призводить до поліпшення стану.

Діабет 2 типу викликаний зниженням або повною втратою чутливості клітин до одного з гормонів, що регулює рівень цукру в крові, інсуліну. Чутливість до інсуліну - це складний і досі незрозумілий процес молекулярної сигналізації. Також є підозра, що бактерії кишкової флори є частиною цього регуляторного ланцюга.

Аутоімунні захворювання

У галузі аутоімунних захворювань (коли наша захисна система атакує власні здорові клітини організму) також підозрюється участь бактерій. У стінках кишечника знаходиться багато клітин імунної системи. Їх робота полягає у виявленні потенційно небезпечних бактерій, що вони здатні робити на основі сигнальних молекул клітинної поверхні. Іноді імунні клітини змішують шкідливі бактерії та молекули на поверхні власних клітин організму і атакують останні. Тут теж незрозуміло, чи це просто невдача, чи тут також є різниця у складі мікробіоти.

Дослідники припускають, що подібний аутоімунний механізм може лежати в основі астми, екземи та розсіяного склерозу при цукровому діабеті 1 типу (викликаний аутоімунною деструкцією клітин, що продукують інсулін). Деталі незрозумілі, але можна припустити роль певних компонентів мікробіоти. Вони обманюють імунну систему, яка пошкоджується власними клітинами організму.

У випадку розсіяного склерозу нещодавно опубліковане дослідження на мишах підтвердило роль кишкових бактерій у патологічній функції імунної системи. В результаті цього процесу наша власна захисна система руйнує ізоляційну оболонку, що важливо для нормального функціонування нервових клітин.

Однак наведені вище приклади порушують інше питання. Якщо бактерії кишечника можуть захворіти, чи зможемо ми навіть одужати від невиліковних хвороб, наскільки нам відомо сьогодні? Виробники йогуртів це озвучують роками. Допоможіть зростанню корисних кишкових бактерій! Здається логічним, що якщо ми потрапляємо в свій організм правильними бактеріями із зовнішнього джерела, наше здоров'я значно покращиться.

Зіткнення культур

Дійсно, результати клінічних випробувань свідчать про те, що пробіотики (корисні бактерії, що містяться в йогурті, наприклад) можуть полегшити симптоми СРК (синдром подразненого кишечника). Досліджуючи кишкову флору пацієнтів, вона часто трохи відрізняється від звичайної. Однак сумнівно, чи спостерігається цей сприятливий ефект і у здорових людей.

Цікаве дослідження на цю тему було опубліковане минулого року. У ході дослідження здорових однояйцевих близнюків було встановлено, що споживання йогурту не впливало на склад мікробіоти. Один із членів пари регулярно вживав йогурт протягом місяців, але змін не виявлено.

Споживаючи йогурт, ми можемо потрапити в організм лише декілька видів бактерій. Існує Однак механізм, за допомогою якого цілі бактеріальні спільноти можуть переноситися з одного кишкового тракту в інший. Процедура - це трансплантація стільця, яка здається дуже лякаючою на перше слухання. Втручання - це, по суті, те, як це звучить; шматок стільця здорового донора суспендують у фізіологічному розчині та вливають у товсту кишку пацієнта.

На експериментальній основі процедура вже використовується в деяких лікарнях США для лікування інфекції Clostridium difficile. Бактерія викликає інфекцію з важкою діареєю та іншими симптомами, головним чином у госпіталізованих пацієнтів. На серйозність інфекції свідчить той факт, що вона спричиняє смерть 14 000 людей на рік лише в Штатах. Це пов’язано з високим ступенем стійкості штамів C. difficile до більшості антибіотиків. Для цього потрібно використовувати "великі гармати", такі як ванкоміцин або метронідазол, які, на жаль, зазвичай знищують більшу частину кишкової флори пацієнта без розбору. Якщо це трапиться без повного зникнення бактерії C.difficile, вона помститься за цю бактерію.

Лікування пацієнтів, уражених інфекцією, трансплантацією стільця має напрочуд гарні результати. Внесені таким чином бактерії починають надзвичайно швидко рости, заповнюють нижню частину кишечника і «виганяють» C. difficile. Втручання було проведено 77 пацієнтам, а рівень успіху становив 91%. У пацієнта, що не реагував, повторне втручання було успішним у переважній більшості випадків. Щоб це лікування стало звичною практикою, його ефективність повинна бути продемонстрована стандартизованими клінічними випробуваннями. У будь-якому випадку, отримані на сьогодні результати дають привід для впевненості у дешевому та ефективному вирішенні дуже серйозної проблеми.

Нервова система відп. психічні розлади

ТНайцікавішим питанням є взаємозв'язок мікробіоти та нервової системи. Давно відомо, що у аутистів також є проблеми з кишечником, і це часто супроводжується патологічною бактеріальною флорою. Саме в їх кишковому тракті види Clostridium представлені у великій кількості, що може зіграти вирішальну роль у розвитку стану.

Кожна екосистема характеризується конкуренцією, навіть якщо вона стабільна і продуктивна, флора кишечника людини не позбавлена ​​"внутрішньої боротьби". У змаганні за середовище існування та поживні речовини зброєю видів Clostridium є токсичні фенольні сполуки (органічні сполуки, компоненти деяких дезінфікуючих засобів). Однак вони також токсичні для клітин людини, тому організм прикріплюється до них як нейтралізатор для їх нейтралізації. Нейтралізація фенолів, які накопичуються в результаті росту бактерій, таким чином призводить до виснаження запасів сірки в організмі. Однак сірка необхідна у багатьох фізіологічних процесах, включаючи розвиток нервової системи. Тому мікробіота незвичного складу вимагає високої ціни, яку платить мозок.

Ще не доведено, що цей механізм є причиною аутизму. Однак відомо, що багато хворих на аутизм страждають розладами, що впливають на метаболізм сірки. І клостридії, які розмножуються в їх кишечнику, здається, погіршують ситуацію.

Дослідження мікробів стало значно простішим із появою нових технологій секвенування ДНК. Не потрібно вирощувати їх у чашках Петрі, що іноді викликає тривалі або серйозні труднощі. Ця сфера вийшла на перший план у науковому житті. Окрім розширення наших корисних знань, існують також небезпеки. Вихід на перший план наших поки що знехтуваних мікробів може спричинити помилкове тлумачення результатів на сьогоднішній день.

Правда це чи ні, безсумнівно, що мікробіота годує нас, підтримує нормальне функціонування нашого метаболізму і може заподіяти нам шкоду певним чином чи, можливо, багатьма способами. І ще одне - це пов’язує покоління так, як ми раніше не думали.

Батьківська спадщина?

У сім’ї є багато захворювань, які знову з’являються в сім’ї, іменуються спадковими або генетичними захворюваннями. Генетичний фон ще не ясний для всіх таких захворювань. Це може бути пов’язано, з одного боку, із сукупною роллю кількох генів у початку захворювання. Або, можливо, вони не шукають відповідальних генів у потрібному місці.

Це пов’язано з тим, що мікробіота нашого організму, імовірно, також успадковується від батьків, хоча і не так чітко, як наші гени. Багато бактерій потрапляють у наш кишковий тракт при народженні і походять від нашої матері, або “переходять в нас” із найближчого оточення незабаром після цього. Таким чином, можна уявити, що причиною деяких спадкових захворювань є насправді передача бактерій.

Все це не просто цікаве наукове відкриття. Захворювання із відомим генетичним походженням часто важкі для лікування, назавжди невиліковні та зазвичай вимагають прийому ліків протягом усього життя. Однак склад мікробіоти може бути модифікований інакше, ніж геном людини, за допомогою наркотиків.

Згадані вище приклади - лише смак останніх захоплюючих наукових знахідок. Якщо роль мікробіоти підтверджується при деяких захворюваннях, це може принципово змінити практику медицини.