Главная Позвоночник

Значение микробиома в организме человека. Что такое кишечный микробиом и на что он влияет? Больше органических продуктов в рационе питания

Поскольку 70-80% иммунной системы находится в пределах вашего желудочно-кишечного тракта, стоит озаботиться оптимизацией кишечного микробиома, ведь это повлияет на физическое здоровье и эмоциональное благополучие в долгосрочной перспективе. Важнейший первый шаг на пути к сбалансированной кишечной флоре - это отказ от сахара, особенно того, который содержится в обработанных пищевых продуктах.

Все больше внимания уделяется здоровью кишечника, и по понятной причине, ведь в пределах желудочно-кишечного тракта находится 70-80% вашей иммунной функции. А это значит, что стоит озаботиться оптимизацией кишечного микробиома, и это будет иметь долгосрочное влияние на физическое здоровье и эмоциональное благополучие.

Пробиотики для кишечного микробиома

Как пробиотики могут помочь

Первый важный шаг на пути к сбалансированной кишечной флоре – отказ от сахара, особенно того, который содержится в обработанных пищевых продуктах. Затем можно начать есть ферментированные продукты, например, кефир, кимчи, натто, квашеную капусту и сырой органический йогурт.

Здоровая диета, включающая потребление пребиотических продуктов, положительно влияет на ваше здоровье, потому что она помогает создать оптимальную среду для полезных кишечных бактерий, при этом уменьшая количество патогенных или болезнетворных бактерий, грибков и дрожжей.

Прием добавок пробиотиков или пробиотиков на основе бактерий также может быть полезен, особенно во время и после лечения антибиотиками , так как они способствуют восстановлению и здоровью микробиома. Многие не понимают, что кишечные бактерии могут повлиять на поведение и экспрессию генов. Они также играют определенную роль в развитии аутизма, диабета и ожирения.

Накапливающиеся научные доказательства продолжают предполагать, что большая часть обеспечения организма питательными веществами заключается в питании укрепляющих здоровье бактерий. Делая это, вы можете держать вредные микробы под контролем, управлять своим весом и защищаться от хронических заболеваний. Учитывая его важность для вашего здоровья в целом, настало время «довериться кишечнику!»

Исследования показали, что микробиом вашего тела состоит примерно из 1 триллиона бактерий. Тем не менее, их гораздо больше, так как на каждую бактерию приходится, по крайней мере, 10 вирусов и грибков, живущих на или внутри вашего тела, которые помогают поддерживать жизненно важные функции, которые без них были бы невозможны. Ваш микробиом формируется в раннем возрасте.

Более того, если вы появились на свет с помощью вагинальных родов, вы были покрыты микробами матери во время прохождения через родовые пути. Еще больше микробов передалось с грудным молоком, поскольку оно содержит много питающих кишечник свойств.

В начале жизни ваша семья, питание и воздействие окружающей среды способствовали формированию микробиома такими способами, которые будут продолжать оказывать влияние на ваше здоровье на протяжении всей жизни . Ваш микробиом состоит из нескольких различных областей, в том числе глаз, половых органов, полости рта и кожи, а также кишечника, который его содержит.

Ежедневные действия, такие как чистка зубов, прием пищи, поцелуи или игра с питомцем влияют на микробиом. Примечательно, что он играет роль в развитии:

Аутизма

Создание нормальной кишечной флоры в течение первых недель жизни имеет важное значение для иммунной системы ребенка. Младенцы с абнормальной кишечной флорой имеют ослабленную иммунную систему и особенно подвержены риску развития СДВГ, аутизма и проблем обучения, особенно, если они вакцинированы.

Проблем поведения

В исследовании, опубликованном в Neurogastroenterology and Motility было обнаружено, что мыши, у которых мало бактерий в кишечнике, ведут себя не так, как обычные. Их измененное поведение считается «высоко рискованным» и сопровождался нейрохимическими изменениями в головном мозге. Широко известно, что кишечник выступает в роли второго мозга, производя больше нейромедиатора серотонина, который оказывает положительное влияние на настроение.

Сахарного диабета

По данным датского исследования, популяция бактерий в кишечниках диабетиков отличается от здоровых людей, а диабет 2 типа связан с композиционными изменениями кишечной микробиоты, что подчеркивает связь между метаболическими заболеваниями и бактериальными популяциями в кишечнике.

Экспрессии генов

Здоровье кишечника во многом зависит от эпигенетики, ультрасовременной области медицины, ставящей превыше всего роль образа жизни в экспрессии генов. Как отмечается в ScienceDaily:

«Новое исследование помогает выявить механику связи кишечного микробиома с клетками хозяина для переключения генов. ... исследование... показывает, как метаболиты, продуцируемые бактериями в желудке, химически сообщаются с клетками, в том числе далеко за пределами толстой кишки, чтобы повлиять на экспрессию генов и здоровье своего хозяина».

Ожирения

Так как пробиотики могут помочь бороться с ожирением, оптимизация кишечной флоры является важным фактором, если у вас не получается похудеть.

Важность ферментированных продуктов

Я часто упоминаю, насколько важны ферментированные продукты для «исцеления и запечатывания» кишечника для укрепления здоровья и / или обращения вспять болезни. Культивирование овощей - это легко и недорого. Вы также можете самостоятельно приготовить домашний йогурт.

Другие примеры ферментированных продуктов включают кефир, кимчи, натто и квашеную капусту. Эти продукты не только наполнены полезными бактериями, но также они связаны со следующими преимуществами для здоровья:

Высокое содержание питательных веществ - Некоторые ферментированные продукты являются выдающимися источниками жизненно важных питательных веществ, таких как витамин K2, который помогает предотвратить остеопороз и атеросклероз, также известный как затвердение артерий. Творожные сырки являются отличным источником пробиотиков и витамина K2, как и некоторые ферментированные продукты, такие как натто или овощи, ферментированные в домашних условиях с помощью закваски из бактерий, производящих витамин K2. Они также производят много витаминов группы B.
Укрепление иммунной системы - из-за того, что около 80% вашей иммунной системы находится в кишечнике, пробиотики играют решающую роль в поддержании пищеварительного тракта в рабочем состоянии. Здоровый кишечник - это ваша первая линия защиты от болезней и основной фактор, помогающий вам поддерживать оптимальное здоровье и благополучие.
Мощный детоксикант - Ферментированные продукты это один из лучших хелаторов. Полезные бактерии в них являются очень мощным детоксикантом, способным вытянуть из вашей крови ряд токсинов и тяжелых металлов, которые затем выводятся через почки.
Экономическая эффективность - Добавление небольшого количества ферментированных продуктов в каждый прием пищи экономически эффективно, поскольку они содержит в 100 раз больше пробиотика, чем среднестатистическая добавка. Учитывая, что высококачественный пробиотик стоит дорого, вы можете самостоятельно ферментировать овощи за малую долю этой стоимости.
Естественное разнообразие микрофлоры - Если вы едите множество ферментированных и культурированных продукты, вы будете получать пользу от гораздо более широкого разнообразия полезных бактерий, чем возможно получить в форме добавки.

Потребление пребиотических продуктов может помочь напитать ваш кишечник

Вы можете положительно повлиять на дружественные бактерии кишечника, обеспечивая их питательными веществами, необходимыми для процветания, в виде пребиотиков , которые содержатся в основном в богатых клетчаткой продуктах, что идеально, поскольку хорошие кишечные бактерии процветают на неперевариваемой клетчатке.

Инулин это один из видов водорастворимой клетчатки, содержащейся в спарже, чесноке, луке-порее и белом луке , и он помогает питать полезные бактерии кишечника. В лабораторных исследованиях с участием молодых крыс было обнаружено, что пищевые пребиотики оказывают существенное влияние на фазы быстрого (REM) и медленного сна (NREM), что может улучшить его качество.

Исследователи, изучающие влияние пребиотиков на здоровье кишечника и быстрый сон, кормили подопытных животных продуктами, богатыми пребиотиками, начиная с 3 недели жизни, и было обнаружено:

Крысы, потреблявшие пребиотики, имели больше полезных кишечных бактерий по сравнению с контрольной группой
По мере того, как дружественные бактерии усваивают пребиотические волокна, они не только растут и размножаются, но и испускают метаболит, полезный для здоровья мозга
Группа богатой пребиотиками диеты провела больше времени в спокойном и восстанавливающем NREM сне, чем контрольная
Крысы из группы пребиотических продуктов тратили больше времени на REM фазу сна после стресса, что очень важно для восстановления

Авторы исследования сказали: «Учитывая, что достаточное количество NREM сна и правильное питание могут влиять на развитие и работу мозга, и что проблемы со сном распространены в начале жизни, вполне возможно, что диета, богатая пребиотиками с раннего возраста может улучшить сон, поддержать кишечную микрофлору и содействовать оптимальному психическому здоровью» .

Следующие цельные продукты помогают добавить пребиотические волокна в ваш рацион и укрепить здоровье микробиома, тем самым улучшая общее состояние здоровья:

Как пробиотики могут помочь

Хотя я настоятельно рекомендую вам получать большую часть питательных веществ из реальной пищи, пробиотические добавки могут быть полезны, особенно если вы не можете есть ферментированные продукты. Тем не менее, для того чтобы пробиотики работали, вам необходимо оптимизировать условия, в которых эти «хорошие» бактерии будут процветать.

Первый шаг - напитать ваш микробиом реальной пищей. Если вы по-прежнему ешьте много обработанных пищевых продуктов, содержащих добавленный сахар, вы будете кормить только потенциально патогенные бактерии в кишечнике. Они вызывают болезни и обожают сахар!

С другой стороны, эти микробы не будут процветать в присутствии богатых клетчаткой или содержащих сложные углеводы, здоровые жиры и белки продуктов. Когда вы сосредоточены на цельных, натуральных продуктах, вы поддерживаете рост полезных кишечных бактерий. Исследования показывают, что преимущества пробиотиков не ограничиваются кишечником, они также влияют и на ваш мозг.

Это именно такой случай, потому что ваш кишечник подключен к мозгу через ось «кишечник-мозг», а значит то, что влияет на ЖКТ, влияет и на мозг, и наоборот.

Таким образом, когда ваш кишечный микробиом не сбалансирован, это может повлиять на иммунную систему, психическое здоровье, настроение и даже ваши работу мозга. Пробиотики уменьшают симптомы депрессии. Факторы, по которым можно определить высококачественные пробиотические добавки:

Убедитесь в том, что это уважаемый бренд, не использующий ГМО, который производится в соответствии с текущими «положительными производственными практиками»
Ищите количество колониеобразующих единиц (КОЕ) от 50 млрд
Проверьте срок годности КОЕ и избегайте капсул, на которых указано количество КОЕ только на «момент производства»
Выберите продукт, содержащий несколько видов бактерий; обычно рекомендуется лактобациллы и бифидобактерии.опубликовано .

Джозеф Меркола

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое сознание - мы вместе изменяем мир! © econet

«Диетологический» хит последних лет — палеодиета . Основной принцип прост: давайте кушать те же продукты, что и наши далекие предки из каменного века (2,6 млн — 10 тыс. лет до нашей эры) потребляли до изобретения сельского хозяйства. С какой стати? Гены человека развиваются куда медленнее, чем его мозг. По большему счёту, сегодня они — те же самые, что и в ту далекую эпоху, когда люди были охотниками и собирателями. А раз так — то современная пища нам категорически не подходит. Но наши тела — куда более гибкая штука, чем считают «палеодиетчики». Ведь в «диете каменного века» не учтён важный фактор: микробиом .

Микробиом — сообщество из триллионов бактерий, обитающих в нашем желудочно-кишечном тракте. Он весит порядка 1,4 кг — почти столько же, сколько и мозг. Бактерий очень много — по численности они обходят живые клетки человека в соотношении 9 к 1 . Создатель микробиомной диеты доктор в шутку говорит, что люди — всего лишь «бактерии в костюмах».

А бактериальных генов больше, чем человеческих, в 150 (!) раз . Часто влияние генов бактерий на нашу повседневную жизнь оказывается даже более значимым, чем в случае с «родным» геномом.

Когда микробиом сбалансирован, у нас есть очень сильный союзник. Благодаря «довольным» микробам тело остаётся здоровым, пищеварение — хорошим, мышление — ясным. Если же баланс нарушен, последствия не заставят себя ждать — спутниками вашей жизни станут или могут стать «туман» в голове, депрессия, тревожность, проблемы с кожей и бессонница, ожирение, диабет, рак…

Микробиомный подход расходится с палеодиетой в главном — в скорости. Да, человеческие гены меняются не так быстро (хотя и быстрее, чем думают наиболее ортодоксальные сторонники «палео»). А вот популяция сверхважного для нас микробиома меняется очень быстро — в течение всего одного дня!

«Жизненный цикл одного микроба — всего 20 минут. Этого вполне достаточно, чтобы весь ваш микробиом изменил свой состав». (Рафаэль Келман).

Вместе с составом меняются и гены. Вы можете проснуться в понедельник с одним набором микробиомных генов, а во вторник — уже с другим.

На популяцию микробиома влияет множество факторов: окружение, упражнения, сон, стресс. Но самый важный — питание.

«То, как вы питаетесь, определяет, какие микробы внутри вас живут «счастливо», а какие — вымирают и исчезают».

Сторонники палеодиеты, таким образом, перевернули всё с ног на голову. Речь не о том, что наши гены запрограммировали нас на то, что мы должны придерживаться только определенной диеты. Скорее, наш рацион питания «программирует» наш микробиом — и его (очень важные для нас) гены .

Эксперимент

В 2011 году ученые из Гарварда и Университета Дюка провели крайне любопытное исследование. Добровольцам предложили две кардинально отличающиеся друг от друга диеты. Участники из первой группы питались пищей с высоким содержанием белка : беконом, яйцами, свиными ребрышками, грудинкой, салями, сыром и шкварками. Во второй группе ели очень много клетчатки — фрукты, овощи, злаки и бобы. Бактериальный анализ выделений показал большое — и практически мгновенное — влияние рациона на кишечные бактерии в обеих группах.

Началась выработка тех типов бактерий, которые помогли бы переваривать те виды пищи, которые люди только что съели. Всего за 24 часа «мясоеды» получили повышенную дозу бактерий, устойчивых к желчным кислотам (продукту, возникающему в процессе переваривания мяса). Если вы — мясоед, без таких бактерий не обойтись, и микробиом среагировал соответствующим образом. У «вегетарианцев» из второй группы таких бактерий было куда меньше — так как в них не было надобности.

Такая «гибкость» микробиома объясняет, почему наше тело столь быстро адаптируется почти к любой пище. Гены человека здесь ни при чём, нам нет нужды кивать на их медлительность. Природа дала человеку великолепный механизм выживания, который помогает ему привыкнуть к самым разным рационам питания.

«Микробиомные» продукты

Приверженцы палеодиеты уверены: люди не способны «переварить» злаки; более того, они — причина многих заболеваний. Доктор Келман не соглашается: цельнозерновые продукты предотвращают развитие сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и диабета. Положительный эффект проявляется в том числе и потому, что клетчатка из злаковых питает микробиом.

Теперь — самое интересное. Какая пища является «хорошей» для микробиома? Келман пишет, что составленный под микробиом рацион довольно разнообразен. Не нужно есть так уж много мяса — никаких 55% дневного потребления калорий, как предлагают «палеодиетчики», вашему микробиому не требуется. По последним научным данным, мясная продукция в больших количествах вредит нашим бактериям. Типичная еда западного мира — рафинированная мука, сахар, вредные жиры, добавки, консерванты и искусственные красители — также должна исчезнуть из рациона.

В свою очередь, обилие свежих, натуральных овощей, фруктов, бобовых и цельнозерновых продуктов — то, что приведёт ваш микробиом в неописуемый восторг. Спаржа, морковь, чеснок, топинамбур, батат, лук, лук-порей, редис, помидоры — это то, что должно быть на вашем столе как можно чаще. Очень хорошая добавка к рациону — ферментированная пища (корейская капуста кимчхи, наши родные квашеная капуста, соленья, кефир ). Это натуральные пробиотики , стимулирующие рост дружелюбных бактерий. Можно принимать и пробиотики в их «аптечной» вариации — капсулы, порошки и т.п.

Обложка книги Р. Келмана «Микробиомная диета»

Микробиомная теория объясняет хорошее самочувствие людей при самых разных рационах питания. К примеру, вы можете быть вегетарианцем, который в огромных количествах поглощает злаковые и бобовые — в палеодиете эта еда признается чуть ли не дьявольской — и ощущать себя «на все 100». Или питаться качественной, свежей едой с умеренными порциями куриного мяса и рыбы, небольшими «вкраплениями» говядины или баранины — и тоже чувствовать себя очень хорошо. Детали неважны. Самое главное — поддерживать своих маленьких приятелей внутри себя.

Микробиота или микробиом — это понятие сегодня все больше входит в наш обиход. Еще недавно врачи использовали такое понятие как микрофлора кишечника , а сегодня, по мнению авторитетных ученых, оно устарело. Мы живем в уникальное время, когда крупные научные открытия совершаются регулярно. Благодаря этому мы можем лучше понять процессы, которые происходят в нашем организме. Пора поговорить о важности бактерий для здоровья человека. Многие будут удивлены, узнав, что микробы способны влиять на наше настроение и привычки.

Революция во взглядах на микроорганизмы. Неужели Роберт Кох ошибался?

Хотя идеи некоторых ученых напоминают сюжет фантастического романа, нужно признать, что микробиология сегодня переживает настоящий расцвет. Ее открытия, по всей видимости, сильно повлияют на будущее медицины и фармацевтики . В последние годы произошла революция во взглядах на роль микробов, которая осталась незамеченной широким кругом общественности. Скажем пару слов о той концепции, которую создали отцы-основатели микробиологии Луи Пастер и Роберт Кох . Они предположили, что в основе ряда болезней лежит инфекция, а поэтому микробы - это то, с чем нужно бороться.

Благодаря этим идеям удалось победить многие эпидемии. К примеру, Роберт Кох открыл бациллу сибирской язвы, туберкулезную палочку, холерный вибрион, за что был награжден Нобелевской премией в 1905 году. Также он вместе со своим ассистентом Юлиусом Петри изобрел способ культивирования микробов в специальной лабораторной посуде (чашка Петри).

За последние 30 лет ученые пришли к двум очень важным выводам . Во-первых, количество микробов, которые можно вырастить в чашке Петри, составляет малую часть от общего числа микроорганизмов, заселяющих тело человека. А во-вторых, пошатнулся тезис о тотальной вредоносности микробов для человека. Кроме действительно опасных микроорганизмов нас постоянно сопровождают те, которые помогают нам жить, быть сильными и здоровыми. Это и есть человека.

Как генетики помогли микробиологам. Микробиота играет роль эндокринного органа

Взглянуть иначе на бактерии позволило бурное развитие молекулярной генетики и информатики. На их стыке появилась геномика - наука, занимающаяся изучением генов и геномов. Итак, каким образом генетики помогли микробиологам? Здесь нужно упомянуть международный исследовательский проект «Геном человека» (The Human Genome Project, HGP), который стартовал в 1986 году. В то время группа ученых из США решила установить полную последовательность ДНК человека. Если кто не знает, геномом называют совокупность генов конкретного организма.

Создатели проекта решили опробовать свои методы на чем-то простом, например, на бактериях, населяющих наше тело. Тогда стало понятно, что их количество просто огромно, а большая часть находится в кишечнике. В теле человека массой 90 кг содержится 3 кг бактерий. Уже раздаются голоса ученых, которые называют это скопление бактерий частью нашего организма. Если эта концепция верна, то именно микробы - самый большой орган человека , а вовсе не мозг или сердце, как принято думать. Почему микробиоту можно считать органом, мы подробно расскажем ниже.

Кроме того, выяснилось, что микробы вступают с нашим телом в различные взаимодействия, часто позитивные. Оказывается, обмен веществ обеспечивается во многом ферментами, которые вырабатываются микробами. Более того, от них зависят наши привычки, вкусовые пристрастия, поведение и даже настроение .

С точки зрения микробиологии сейчас уже можно объяснить, почему пища, приготовленная дома, многим кажется вкуснее, чем где-либо ещё. Дело в том, что у членов одной семьи живут похожие бактерии. Ребенок с молоком матери впитывает и «семейные» микроорганизмы. Грубо говоря, это не у каждой конкретной семьи имеются определенные вкусовые пристрастия, а у микробов, которые населяют это семейство внутри.

Другой важный аспект в сотрудничестве микробиологии и геномики - выявление микробов, отвечающих за здоровье кишечника. Ученые и врачи стараются сделать так, чтобы микробиота была в активном состоянии. Сейчас в этом направлении удалось многого добиться. Не случайно в США уже 30 лет развиваются удивительные технологии- передача бактерий от здорового человека больному. Сюда нужно отнести такой, мягко говоря, экзотический вид терапии как пересадка кала (фекальная трансплантация).

Развитие информатики и генетики позволило изучать генетическое строение микроорганизмов. Благодаря этому ученые могут сравнить последовательность ДНК микробов больного и здорового человека. Еще геномика установила, что можно брать мазки для исследования бактерий с любой части тела.

Для чего нужно понятие микробиота человека?

Когда взгляды на влияние бактерий изменились, возникла потребность в новой терминологии. Поэтому современная наука сформулировала понятие микробиом или микробиота . Итак, микробиом человека - это сообщество микроорганизмов, своеобразная внутренняя экосистема. Она подвержена влиянию многих факторов, таких как режим питания, заболевания кишечника, прием лекарственных средств.

Микробиота — это совокупность всех бактерий человека, а они есть почти во всем организме. Но установлено всего пять мест в нашем теле, которые особенно полюбились бактериям: кишечник, кожа, дыхательные пути, полость рта, мочеполовая система. При этом большая часть микробиома у человека сосредоточена в кишечнике.

В среднем в теле каждого взрослого содержится 2 - 3 кг бактерий, а их число поистине огромно - оно в десять раз превышает число наших собственных клеток. С учетом последних открытий в микробиологии выражение «богатый внутренний мир» можно понимать буквально.

Микробы и люди: древний союз ради выживания

Ученые считают, что микробы и люди прошли вместе значительный путь. Вероятно, это очень древний союз . Речь идет о совместной эволюции. Изучив некоторые виды обезьян, а точнее их бактерии, микробиологи выявили ген, который встречается в ДНК кишечных бактерий всех приматов, в том числе и человека. Биологи предполагают, что у нашего общего предка был небольшой набор бактерий, в том числе имелась та, которая включает обнаруженный ген. Около 15 миллионов лет понадобилось, чтобы у приматов появилось современное разнообразие микробов. Установлено, что разным видам обезьян присущи свои бактерии.

По сути, люди и микробиота - это симбиоз двух форм жизни. У этого древнего союза вполне понятное объяснение: микробам нужна среда обитания и еда , а человеческий организм идеально подходит для этого. Кроме того, в ходе эволюции два этих мира научились «договариваться» между собой. К примеру, бактерии воздействуют на иммунные клетки стенок кишечника таким образом, что немного снижают их . Вероятно, поэтому у детей, которые росли без матери и ее бактерий, чаще развиваются различные виды аллергии и аутоиммунных заболеваний.

Теперь ученым ясно, что микробы действуют на людей двояко: одни из них помогают организму функционировать, а другие - разрушают его.

Кишечник как эндокринный орган. Настроение зависит от бактерий?

Особое значение для здоровья имеют микробы, населяющие пищеварительную систему. Они воздействуют на стенку кишечника с помощью особых веществ, при этом влияют на наш мозг. Когда ученые исследовали химический состав этих соединений, то были поражены. Оказалось, что бактерии продуцируют аналоги наших собственных гормонов: серотонина, тестостерона, норадреналина, дофамина, гистамина. Также ими выделяются различные ферменты и белки.

Удивительный факт - наше настроение может зависеть от того, как работает микробиота кишечника. Оказалось, что микробы способны синтезировать бензодиазепины, которые обладают успокоительным эффектом и по формуле близки к феназепаму. И это далеко не весь список веществ, изучение микробиома человека продолжается. Таким образом, можно сказать, что кишечник - это дополнительный эндокринный орган . Эта функция кишечника формируется с самого рождения, когда ребенок получает с материнским молоком все необходимые ему полезные бактерии. А поэтому бездумное применение лекарств недопустимо, особенно это касается детей.

Спортивные бактерии - миф или реальность?

Ученые Гарвардского университета изучают влияние микробов на спортивные достижения. Звучит невероятно, не так ли? Исследовав микробиом гребцов и бегунов, они пришли к выводу, что существуют бактерии, ответственные за выносливость, быстрое восстановление и психологическую устойчивость . Также специалисты установили, что определенный вид активности формирует конкретную микробиоту. Они уверены, что существуют так называемые спортивные бактерии .

Сотрудник Медицинской школы этого университета Джонатан Шейман вместе с помощниками изучил образцы кала, взятые у 20 бегунов, которые участвовали в Бостонском марафоне. При этом забор анализов делался до забега и после него. В итоге выяснилось, что после соревнования у атлетов стало больше микроорганизмов определенного типа . Уже давно известно, что есть бактерии, умеющие перерабатывать молочную кислоту. А как мы знаем, данная кислота является непременным спутником катаболических процессов и вырабатывается при активной физической нагрузке. «Спортивные бактерии» как раз и помогают организму справляться с крепатурой, снимая мышечную боль.

Также ученых интересовало, насколько отличается микробиота у представителей разных видов спорта. Они сравнили микробы, живущие в теле бегунов-ультрамарофонцев и гребцов. В организме первых было обнаружено много бактерий, которые отвечают за переработку углеводов и клетчатки, что помогает преодолевать длинные дистанции.

Ученые предполагают, что на основе обнаруженных микроорганизмов удастся создать биологически активные добавки, чтобы атлеты могли добиваться более высоких результатов.

Активность в пожилом возрасте - дело бактерий

Еще одно интересное исследование провели сотрудники Школы медицины Университета Эмори в США. Они считают, что удалось найти способ, который поможет людям сохранять . Большую часть работы проделал профессор патологии и лабораторной медицины Дэниэл Калман.

Ученый с помощниками уделил особое внимание бактериям желудочно-кишечного тракта, производящим индолы. Эти ароматические вещества получаются в ходе распада аминокислоты триптофан , имеют запах капусты. Данные соединения широко применяется в парфюмерии и фармацевтике. Кстати, ближайший родственник индолов - гормон ауксин, который помогает растениям лучше развиваться.

Проводя опыты над круглыми червями (нематодами), профессор обнаружил, что индолы помогают им реже болеть. В ходе эксперимента одних червей кормили бактериями, способными производить индолы , а других - обычными. Особого эффекта Калману удалось добиться в опыте с пожилыми червями . Обычно те мало двигаются, плохо едят, болеют, а при повышенной температуре в комнате сразу погибают.

После того, как они получили полезные бактерии, их активность намного повысилась. Также эти черви старели медленнее своих собратьев и охотно употребляли пищу, хорошо переносили жару. При этом нематоды сохраняли способность к воспроизведению в 2,4 раза дольше по сравнению с контрольной группой. Похожим образом реагировали на данные бактерии мыши и мухи-дрозофилы. Получается, что активность в пожилом возрасте во многом зависит от того, насколько здорова микробиота.

Фитотерапия - перспективное направление медицины. Чем опасны метронидазол и ванкомицин?

Если учесть новые факты о пользе бактерий для здоровья человека , то становится ясно, что медикаментозное лечение не всегда является оптимальным . Без сомнения, в будущем профилактика станет мощным орудием людей в белых халатах. Поэтому современная фитотерапия - перспективное направление медицины .

Нужно понимать, что любое сильнодействующее лекарство обладает побочным действием. Как правило, страдают такие органы: печень, почки, сердце. Не случайно, Всемирная организация здравоохранения призвала использовать антибиотики лишь в самых крайних случаях. Конечно, в первую очередь, это вызвано невосприимчивостью вируса гриппа к ряду лекарств. Но есть и другая причина этого обращения ВОЗ к населению.

Дело в том, что нарушение микробиоты кишечника - это серьезная угроза для здоровья и жизни. В ряде стран, где часто применяются антибиотики метронидазол и ванкомицин , выросла заболеваемость диареей, вызванной кишечной бактерией Clostridium difficile. Научное название этого расстройства пищеварительной системы - псевдомембранозный энтероколит . Ежегодно в США 250 тысяч человек попадают в больницу из-за этого недуга, а 14 тысяч - погибают. Причина в том, что достаточно трудно восстановить нарушенный баланс бактерий в кишечнике.

В свете современных научных данных, мы можем по-новому взглянуть на то, что представляет собой фитотерапия . Как было сказано выше, антибиотики убивают микробиоту кишечника, а это снижает выработку бактериями гормонов. Таким образом, мы сами лишаем себя дополнительного эндокринного органа , что особенно опасно в пожилом возрасте. Применение растений в качестве лекарственного средства помогает этого избежать. Травы бережно воздействуют на стенки кишечника, сохраняют наш микробиом, устраняют причину заболевания.

Вполне возможно, что ценное действие многих трав происходит именно благодаря работе бактерий кишечника. Поэтому значение фитотерапии в ближайшие годы будет только расти. Врачи-фитотерапевты уверены, что кишечник умеет сам брать из растения все, что нужно организму, а затем направлять полученные вещества в больной орган. Именно поэтому компания «Парафарм» пошла по пути использования такой технологии как криообработка . Отметим, что производство биодобавок из лекарственных растений по технологии криообработки позволяет использовать клетчатку растений, которая выступает естественным пребиотиком для микрофлоры кишечника. Таким образом, целебные травы несут пользу всему организму. Благодаря ей наши сохраняют максимальное количество биологически активных веществ. Выбирая продукцию нашей компании, вы делаете шаг к здоровому долголетию!

МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА

МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА - НОВАЯ ЭРА В ПОНИМАНИИ МИКРОФЛОРЫ

Бактериальное и микробное "население" человеческого организма отличается исключительно большим разнообразием - число микроорганизмов в организме у разных людей может быть равно числу собственных клеток, а может в десять раз превосходить его, свидетельствуют первые результаты работы международного проекта "Микробиом человека" (Human Microbiome Project - HMP) .

М икробиом — собирательное название микроорганизмов, находящихся в симбиозе с организмом хозяина. Также под микробиомом подразумевают совокупность геномов микробных популяций в человеке. Различают микробиом кожи, полости рта, кишечника и т.д.

Вместе с понятием «микробиом» существует и понятие «микробиота». По сути, они несут одно и тоже смысловое значение, особенно если к этим терминам добавлена локализация, например, микробиом кишечника или кишечная микробиота. Однако в отдельности (в строго научной среде) термины понимаются по-разному:

Термин «микробиота» относится к совокупности микробов (бактерий, архей, грибов, вирусов и простейших) в конкретной среде, другими словами, к таксономии и обилию членов сообщества, а «микробиом» - это совокупность геномов микробиоты, и его часто используют для описания сущности микробных признаков (функций), кодируемых микробиотой [ Schlaeppi, K.; Bulgarelli, D. The plant microbiome at work. Mol. Plant Microbe Interact.2015, 28, 212-217.].

Микробиота используется для характеристи-ки микробиоценоза отдельных органов и систем, генетического материала и взаимосвязей внутри экологической ниши в определенный временной период на определенной территории. Микробиота взаимодействует с остальными органа-ми и системами, определяя функционирование организма в целом как у здорового человека, так и при заболеваниях. К настоящему разделу отдельно добавлен раздел и о микробиоте:

См. подробнее:

ЧЕЛОВЕК КАК ЭКОСИСТЕМА

Человек с точки зрения микробиолога представляет собой ходячую экосистему - в человеческом организме обитает множество самых разных микроорганизмов. Первые данные о наших внутренних "соседях" были опубликованы еще 300 лет назад, вскоре после изобретения микроскопа. Однако теперь, с появлением методов изучения генома, представление о внутричеловеческих экосистемах могут радикально измениться.

В теле одного человека живет сотня триллионов бактерий. На каждую клетку нашего тела приходится десять бактериальных клеток, на каждый ген - 100 бактериальных генов. По подсчетам ученых, каждый взрослый человек носит в себе от полутора до трех кг микробов. Первые бактерии попадают в новорожденный организм уже в родовых путях, и далее бактериальное сообщество не покидает нас до конца жизни. Меняется лишь его видовой состав.

Совместная с бактериями жизнь оказывает огромное влияние на состояние нашего здоровья. Часть ферментов и витаминов, необходимых для нормального пищеварения и жизнедеятельности человека вообще, выделяют именно живущие в кишечнике микробы. Так распорядилась эволюция.

Наше развивающееся понимание здорового микробиома

Ранние исследования были направлены на выявление нормального набора микробов, которые колонизируют здоровых людей, прежде всего в кишечнике, по культуре и характеристике физиологических свойств. Такие исследования лучше всего выделяют организмы, которые хорошо растут в лабораторных условиях, такие как Escherichia coli. Это смещение привело к восприятию того, что кишечная палочка является обильным и распространенным членом кишечного микробиома человека. Внедрение строго анаэробных методов в 1970-х годах позволило извлечь из кишечника более 300 видов бактерий; кроме того, подсчет жизнеспособных клеток в стандартизированных серийных разведениях в селективных средах позволил количественно оценить эти виды. Резюме четырех крупных исследований этой эпохи, в которых рассматривались образцы кала от 141 американца на различных диетах, показало, что бактерии рода Bacteroides и анаэробные кокки были распространены и многочисленны, тогда как род Clostridium был вездесущим, но в более низкой численности, хотя один вид (как тогда было определено) наблюдался у всех субъектов. Другие распространенные, но менее распространенные бактерии включали представителей родов Bifidobacterium, Eubacterium, Lactobacillus и Streptococcus, а также факультативных анаэробов, таких как Escherichia.

В то время уже предполагалось, что большое количество видов микроорганизмов, связанных с человеком, так и не было обнаружено, причем одно исследование оценило одновременное присутствие около 400 видов микроорганизмов в здоровой толстой кишке. Тем не менее, привередливые требования некоторых микробов и трудоемкий характер работы, необходимой для их культивирования, представляли значительный барьер на пути их открытия. Кроме того, не все микробы могут быть хорошо выделены как виды или штаммы путем культивирования только на селективных средах. Таким образом, для изучения этих аспектов здорового микробиома были необходимы новые методы.

Новые методы изучения микробиомов

В настоящее время широкое распространение получили культурально-независимые методы, такие как секвенирование ДНК и флуоресцентная гибридизация in situ (FISH ), а их демократизация позволила непосредственно исследовать содержание ДНК в микробных образцах. Ранние исследования с использованием FISH, нацеленных на ген 16S рибосомальной РНК, показали, что по меньшей мере две трети кишечных бактерий в западноевропейской когорте можно отнести к набору из шести групп приблизительно на уровне вида / рода: два Bacteroides, два Clostridium, Clostridium, Streptococcus/Lactococcus и Eubacterium rectale.

Некоторые из ранних попыток секвенировать гены 16S рРНК непосредственно из образцов показали, что 85-95% бактериальной численности, соответствующей известным видам, можно отнести к трем бактериальным группам, связанным с Bacteroides, кластером Clostridium XIVa и кластером Clostridium IV. Исследования 16S также показали большое разнообразие в таксономическом составе как между здоровыми людьми, так и среди тесно связанных биогеографических участков в пределах одного человека (таких как образцы слизистой оболочки и кала). Однако во всех этих исследованиях большинство (75-80%) кластеров последовательностей не соответствовало ни одному из документированных видов в то время, что объясняло большую часть недооценки разнообразия в предыдущей работе.

Стоит отметить и метагеномное секвенирование, которое представляет собой мощную альтернативу рРНК-секвенированию для анализа сложных микробных сообществ. Так, для получения более широкого представления о генах микробов кишечника человека ученые из проекта MetaHIT (о нем будет сказано ниже) в 2010 г. использовали технологию Illumina для проведения глубокого секвенирования общей ДНК из образцов фекалий 124 взрослых европейцев. Они сгенерировали 576,7 Гб последовательностей, что почти в 200 раз больше, чем во всех предыдущих исследованиях, собрали ее в контиги (contigs) и предсказали 3,3 миллиона уникальных открытых рамок считывания (ORF ).

Появление массивно-параллельного секвенирования с помощью метода дробовика (высокопроизводительные технологии секвенирования) существенно разрешило таксономический состав этой микробной «темной материи», хотя поразительный процент функционального разнообразия еще предстоит охарактеризовать (до 50%), как и состав нереферентных популяций. Первоначальные результаты повторяли большие межличностные различия, даже между близнецами, но также подразумевали существование набора микробных генов, которые являются общими для всех людей. Это помогло создать модель, согласно которой, подобно консервативным генам в отдельных организмах, «основной микробиом» может быть определен на функциональном, а не на таксономическом уровне.

Базовые когорты исследования микробиома

С тех пор были начаты крупномасштабные проекты по характеристике разнообразия микробного состава и его функционального потенциала, основанные на все еще растущей пропускной способности и экономической эффективности секвенирования и других молекулярных анализов. В 2010 году в исследовании «Метагеномы кишечного тракта человека» (MetaHIT - Metagenomics of the Human Intestinal Tract) сообщалось о метагеномах кишечника из образцов стула от 124 взрослых европейцев (преимущественно «здоровых»), что в то время превышало объем секвенирования всех предыдущих исследований микробиома почти в 200 раз. В 2012 году в рамках проекта «Микробиом человека» (HMP ) были представлены результаты профилирования 16S на 242 здоровых взрослых из Соединенных Штатов и метагеномного секвенирования на подгруппе из 139 человек, причем образцы, представляющие 18 мест обитания тела, были распределены между пятью основными областями тела. Большое китайское исследование диабета типа 2 вскоре дало дополнительные 145 кишечных метагеномов, примерно половина из которых была из недиабетических контролей. Кроме того, с тех пор консорциум MetaHIT продолжал публиковать новые метагеномы кишечника взрослых европейцев.

Кратко о проекте " метагеномика кишечного тракта человека"

MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract ) - это совместный проект, финансируемый Европейской комиссией, объединяющий 15 институтов из 8 стран. По-настоящему хорошо изучены (на 2019 г. - ред. ) лишь немногие представители микрофлоры кишечника и желудка, например, Escherichia coli или Helicobacter pylori. Об остальных известно мало. Даже видовое многообразие энтеробактерий оценивается весьма приблизительно - от 300 до 1000 видов. Но теперь ситуация начинает меняться благодаря европейскому проекту MetaHIT. Проект MetaHIT - это своего рода перепись бактериального населения кишечника. Желудочно-кишечный тракт человека - это сложная экосистема, идеальная среда обитания для множества бактерий. Их видовое многообразие ученые пытаются теперь изучить, используя методы генетического анализа. От 70 до 80 процентов бактерий, населяющих кишечник человека, не поддаются культивированию и размножению в лабораторных условиях, поэтому проект MetaHIT изучает наследственный материал бактерий. Так же, как некогда в проекте "Геном человека", задача исследователей состоит в секвенировании, то есть в расшифровке нуклеотидных последовательностей в молекулах ДНК. Но есть и существенная разница: теперь речь идет не об одном многоклеточном организме, каждая клетка которого имеет один и тот же набор генов, а о множестве одноклеточных организмов с разными наборами генов. Это сотни видов бактерий, это миллионы генов.

Типичные бактериальные компоненты микробиома

Экосистема толстой кишки является наиболее интенсивно изучаемой средой обитания организма, поскольку она может похвастаться удивительным разнообразием между людьми и микробной биомассой (количество клеток), которая затмевает экосистему других участков тела более чем на порядок величины. В сочетании с ранним появлением методов секвенирования генов 16S рРНК и методов анаэробного культивирования, эти свойства кишечника привели к особенно сильному вниманию в литературе к обитателям бактериальных кишечных микробиомов.

В настоящее время охарактеризовано более 1000 видов бактерий кишечника , что обеспечивает значительный «список деталей» бактериальных компонентов. Интересно, что за последние годы (начиная с середины 90-х) молекулярная филогенетика привела к реклассификации многих из этих видов. Особый интерес представляют виды в составе бактероидов (ранее считавшиеся наиболее обильным и распространенным бактериальным родом в кишечнике), которые были реклассифицированы в пять родов: Alistipes, Prevotella, Paraprevotella, Parabacteroides и Odoribacter с продолжением дополнительной культуральной и культурально-независимой молекулярной работы. По оценкам, в кишечных микробиомах группы MetaHIT преобладали 1000-1150 видов бактерий, из которых на каждого человека в среднем приходилось ~ 160 видов. В здоровых микробиомах кишечника, оцениваемых с помощью секвенирования, последовательно доминируют бактерии двух типов - Бактероидеты и Фирмикуты (Bacteroidetes и Firmicutes) , хотя даже при рассмотрении этого широкого уровня классификации индивидуумы различаются более чем на порядок по соотношению Firmicutes / Bacteroidetes . Распространенные бактерии в фекалиях, которые были идентифицированы с помощью молекулярных методов, расширили микробиомный список, включив в него бактерии по крайней мере из восьми семейств (рис. 1). Хотя они менее изучены, чем кишечник, многие другие места обитания организма у здоровых людей заняты микробными сообществами . Состав сообществ более сходен внутри местообитаний, чем между ними, - при этом продольные колебания существенны и до настоящего времени не имеют полностью объясненных причин.

Рис.1. Типичные роды (семейства) в человеческом микробиоме . Ранние определения «здорового» микробиома обычно фокусировались на наборах таксонов, которые, как можно было бы ожидать, будут преобладать у здоровых людей. В то время как чисто таксономические ядра любого типа оставались неуловимыми даже в относительно узко определенных популяциях, каждая среда обитания на участке тела обладает сильным филогенетическим обогащением. Типичные роды (семейства в кишечнике ) показаны здесь в здоровых популяциях на разных участках .

Формирование микробиома и ранняя колонизация

Факторы, которые влияют на динамику микробиома в раннем возрасте, являются важными факторами, способствующими здоровому микробиому. Внедрение и персистенция микробов - это полустохастический процесс, на который влияют многие элементы, что дает здоровую конфигурацию, подобную взрослой, только после первых нескольких лет жизни. Обогащение кишечного микробиома младенца симбионтами, такими как Bacteroides, Parabacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Bifidobacterium и Faecalibacterium prausnitzii, обеспечивает несколько детерминант здорового микробиома. Как только они установлены, они являются основными производителями короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs ), которые являются важным источником энергии из неперевариваемых углеводов. SCFAs являются иммуномодулирующими, ингибируют общие патогенные микроорганизмы и по последним данным обладают способностью подавлять опухоль. Микробиом кишечника является неотъемлемым требованием для становления и функционирования иммунной системы, и образование полезных бактериальных родов в раннем возрасте способствует иммунной толерантности и, следовательно, может ослаблять или отменять аутоиммунные заболевания.

Способ родоразрешения может влиять на формирование микробиоты в раннем возрасте, так что кесарево сечение связано с обогащением у оппортунистов, включая Haemophilus spp., Enterobacter Cancerogenus / E. hormaechei, Veillonella dispar / V. parvula и Staphylococcus. Эти микробы продолжают сохраняться, по крайней мере, в течение первого года жизни и, возможно, способствуют бремени инфекций у детей. Диета также представляет собой сильное избирательное давление на микробиом, а грудное вскармливание (в качестве первой диеты) благоприятствует определенным микробным видам из числа исходной микробиоты, которая могла быть собрана случайным образом. Например, олигосахариды грудного молока (HMO) могут использоваться в качестве единственного источника углерода только несколькими видами Bifidobacterium и Bacteroides.

О структуре микробиома здорового человека

По материалам Консорциума HMP (The Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature . 2012 ; 486: 207-14)

Исследования микробиома человека показали, что даже здоровые люди заметно отличаются по микробам, которые занимают такие места обитания, как кишечник, кожа и влагалище. Большая часть этого разнообразия остается необъяснимой, хотя причастны диета, окружающая среда, генетика хозяина и раннее воздействие микробов. Соответственно, чтобы охарактеризовать экологию микробных сообществ, связанных с человеком, «» или HMP (Human Microbiome Project) проанализировал самую большую когорту и набор отдельных клинически значимых сред обитания на сегодняшний день. Исследователи обнаружили, что разнообразие и обилие сигнатурных микроорганизмов в каждой среде обитания широко варьируются даже среди здоровых людей, с сильной специализацией ниши как внутри, так и среди людей. Проект столкнулся с примерно 81-99% родов, семей ферментов и конфигураций сообществ, занятых здоровым западным микробиомом. Метагеномный перенос метаболических путей был стабильным среди индивидуумов, несмотря на различия в структуре сообщества, а этнический/расовый фон оказался одной из самых сильных ассоциаций как путей, так и микробов с клиническими метаданными. Таким образом, эти результаты очерчивают диапазон структурных и функциональных конфигураций, нормальных в микробных сообществах здоровой популяции, позволяя в будущем характеризовать эпидемиологию, экологию и трансляционные приложения микробиома человека.

Обильные таксоны в микробиоме человека, которые были метагеномно и таксономически четко определены в популяции HMP

Рис. 2. Бактериальные таксоны в здоровом микробиоме . А-С) Распространенность (интенсивность, цвет, обозначающий тип / класс) и изобилие (наличие и размер ветвей) таксонов в здоровом микробиоме. Наиболее распространенные: A) метагеномно-идентифицированные, B) PATRIC «патогены» (метагеномные) и C) 16S-идентифицированные роды. Размер популяции и глубина секвенирования HMP хорошо определили микробиом на всех анализируемых участках тела, что оценивалось по насыщенности добавленного сообщества.

Бактериальные функции важные для жизни в кишечнике

Обширный неизрасходованный каталог бактериальных генов из кишечного тракта человека дает возможность выявить бактериальные функции, важные для жизни в этой среде. Существуют функции, необходимые бактерии для процветания в кишечном контексте (т.е. «минимальный геном кишечника» ) и те, которые участвуют в гомеостазе всей экосистемы, закодированные во многих видах («минимальный метагеном кишечника »). Первый набор функций, как ожидается, будет присутствовать в большинстве или всех видах бактерий кишечника, второй набор - в большинстве или всех образцах кишечника человека.

Для определения функций, кодируемых минимальным геномом кишечника , ученые использовали тот факт, что эти функции должны присутствовать в большинстве или во всех видах бактерий кишечника и поэтому появляются в генном каталоге с частотой, превышающей частоту функций, присутствующих только в некоторых видах бактерий кишечника. Относительная частота различных функций может быть выведена из числа генов, набранных в различные кластеры Базы данных биологической информации eggNOG , после нормализации для длины гена и числа копий. Исследователи ранжировали все кластеры по частотам генов и определили диапазон, который включал кластеры, определяющие хорошо известные существенные бактериальные функции, такие как те, которые определены экспериментально для хорошо изученного представителя Фирмикутов, Bacillus subtilis , предполагая, что дополнительные кластеры в этом диапазоне одинаково важны. Как и ожидалось, диапазон, который включал большинство основных кластеров B. subtilis (86%), находился в самом верху порядка ранжирования. Около 76% кластеров с эссенциальными генами Escherichia coli находились в пределах этого диапазона, подтверждая обоснованность подхода авторов. Это говорит о том, что 1244 метагеномных кластера, обнаруженных в пределах диапазона, определяют функции, важные для жизни в кишечнике.

Ученые обнаружили два типа функций среди кластеров диапазона: те, которые требуются для всех бактерий («ведение домашнего хозяйства»), и те, которые потенциально специфичны для кишечника. Среди многих примеров первой категории являются функции, которые являются частью основных метаболических путей (например, центральный метаболизм углерода, синтез аминокислот), а также важных белковых комплексов (РНК-полимеразы , ДНК-полимеразы , АТФ-синтазы , общего секреторного аппарата ).

Рис. 3. Функциональный состав минимального кишечного генома и метагенома (функции минимального генома и метагенома: редк. - редкие, част. - частые) .

Предполагаемые кишечно-специфические функции включают те, которые участвуют в адгезии к белкам хозяина (коллаген, фибриноген, фибронектин) или в сборке сахаров глобо-серий гликолипидов, которые "декорируют" клетки крови и эпителиальные клетки. Кроме того, 15% кластеров диапазона кодируют функции, которые присутствуют в <10% геномов Базы данных eggNOG и в значительной степени (74,3%) не определены (рис. 3). Детальное их изучение должно привести к более глубокому пониманию бактериальной жизни в кишечнике.

(по результатам 16S секвенирования и метагномного секвенирования от авторов проекта MetaHIT )

Было подсчитано, что микробы в нашем организме в совокупности составляют до 100 триллионов клеток, что в десять раз превышает число человеческих клеток, и предположено, что они кодируют в 100 раз больше уникальных генов, чем наш собственный геном. Большинство микробов обитает в кишечнике, оказывают глубокое влияние на физиологию человека и питание и имеют решающее значение для жизни человека. Кроме того, кишечные микробы способствуют получению энергии из пищи, а изменения микробиома кишечника могут быть связаны с заболеваниями кишечника или ожирением.

А) 16S секвенирование

По материалам David A. Relman, et. al. Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora. Science . 2005 Jun 10; 308(5728): 1635-1638.

Чтобы понять и использовать влияние кишечных микробов на здоровье и благополучие человека, необходимо расшифровать содержание, разнообразие и функционирование микробного сообщества кишечника. Методы, основанные на секвенировании генов 16S рибосомных РНК (16S рРНК ), показали, что два бактериальных отдела, Бактероидеты и Фирмикуты (Bacteroidetes & Firmicutes), составляют более 90% известных филогенетических категорий и доминируют в микробиоте дистального отдела кишечника. В соответствующем исследовании ученые сфокусировались на 16S рДНК, учитывая ее универсальное распределение среди всех прокариот и надежность для определения филогенетических связей. Образцы слизистой оболочки и фекалии были получены от трех здоровых взрослых субъектов (А, B, С), которые были частью более крупного популяционного исследования «случай-контроль». Образцы слизистой оболочки были получены во время колоноскопии из здоровых участков в шести основных отделах толстой кишки человека: слепая кишка, восходящая толстая кишка, поперечная толстая кишка, нисходящая толстая кишка, сигмовидная кишка и прямая кишка. Образцы фекалий отбирали у каждого субъекта также через 1 месяц после колоноскопии (итого было взято по 7 образцов от каждого субъекта). Исследователи, как было сказано выше, сфокусировались на 16S рДНК. 16S рДНК амплифицировали из образцов с полимеразной цепной реакцией (ПЦР ) и бактериальными и архейными праймерами широкого спектра действия. Семь образцов от субъекта B и образец фекалий от субъекта C дали археальные продукты; Все 21 образец дал бактериальные продукты. Продукты ПЦР были клонированы и секвенированы в двух направлениях, и были применены численные экологические подходы.

Из 395 бактериальных филотипов 244 (62%) были новыми, а 80% представляли последовательности из видов, которые не культивировались. Большинство предполагаемых организмов были членами Firmicutes и Bacteroidetes, что согласуется с другими молекулярными анализами кишечной флоры (1 , 2 , 4 ). Тип Firmicutes состоял из 301 филотипа, 191 из которых были новыми; большинство (95%) последовательностей Firmicutes были членами класса Clostridia. Исследователи обнаружили значительное количество Firmicutes, связанных с известными бутират-продуцирующими бактериями (2454 последовательности, 42 филотипа), все из которых являются членами кластеров клостридий IV, XIVa и XVI. Мы ожидали заметного представления этой функциональной группы среди наших здоровых контрольных субъектов, учитывая ее роль в поддержании и защите нормального эпителия толстой кишки. Большие различия между 65 филотипами Bacteroidetes были отмечены между субъектами, как описано ранее (, ). B. thetaiotaomicron был обнаружен у каждого субъекта и данный вид, как известно, участвует в полезных функциях, включая всасывание питательных веществ и созревание и поддержание эпителиальных клеток. Относительно небольшое количество последовательностей было связано с типами Proteobacteria, Actinobacteria, Fusobacteria и Verrucomicrobia. Низкое содержание последовательностей протеобактерий (включая Escherichia coli) не было неожиданным, учитывая, что факультативные виды могут представлять около 0,1% бактерий в строгой анаэробной среде толстой кишки; это согласуется с предыдущими результатами (, 3 , ).

Б) Метагеномное секвенирование

По материалам Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464:59-65.

Метагеномное секвенирование представляет собой мощную альтернативу рРНК-секвенированию для анализа сложных микробных сообществ. Применительно к кишечнику человека, такие исследования уже к 2010 г. сформировали около 3 Гб (Гб - здесь Гигабаза = 1 млрд. пар нуклеотидов ) микробной последовательности из образцов фекалий 33 человек из США или Японии. Так, для получения более широкого представления о генах микробов кишечника человека авторы очередного исследования из проекта MetaHIT ("метагеномика кишечного тракта человека" - Metagenomics of the Human Intestinal Tract) использовали технологию Illumina Genome Analyzer (GA ) для проведения глубокого секвенирования общей ДНК из образцов фекалий 124 взрослых европейцев. Они сгенерировали 576,7 Гб последовательностей, что почти в 200 раз больше, чем во всех предыдущих исследованиях, собрали ее в контиги (contigs) и предсказали 3,3 миллиона уникальных открытых рамок считывания (ORF ). Этот каталог генов содержит практически все распространенные гены микробов кишечника в когорте MetaHIT, дает широкое представление о функциях, важных для бактериальной жизни в кишечнике, и указывает на то, что многие бактериальные виды являются общими для разных людей. Результаты также показывают, что кратковременное метагеномное секвенирование может быть использовано для глобальной характеристики генетического потенциала экологически сложных сред.

Общее бактериальное ядро

Глубокое метагеномное секвенирование дает возможность исследовать существование общего набора видов микробов (общего ядра) в когорте. Для этой цели авторы использовали нередуцированный набор из 650 секвенированных бактериальных и археальных геномов. Они выровняли показания Illumina GA каждого микробного образца кишечника человека по набору геномов, используя 90%-ный порог идентичности, и определили долю геномов, охваченных чтениями, которые выровнены только по одной позиции в наборе. При охвате 1%, который для типичного кишечного бактериального генома соответствует средней длине около 40 кб , что примерно в 25 раз больше, чем у гена 16S, обычно используемого для идентификации видов, исследователи обнаружили 18 видов у всех идивидуумов, 57 в ≥90% и 75% ≥50% людей. При 10% охвате, требующем ~ 10-кратного увеличения численности в выборке, ученые все же обнаружили 13 из вышеуказанных видов у ≥90% индивидуумов и 35 у ≥50%.

Когда накопленная длина последовательности увеличилась с 3,96 Гб до 8,74 Гб и с 4,41 Гб до 11,6 Гб для используемых образцов MH0006 и MH0012 (156,9 Мб и 154,7 Мб), соответственно, число штаммов, общих для двух образцов при пороге охвата 1%, увеличилось на 25%, с 135 до 169. Это говорит о существовании значительно большего общего ядра, чем то, которое мы могли бы наблюдать на глубине последовательности, обычно используемой для каждого человека.

Изменчивость численности микробных видов у индивидуумов может сильно повлиять на идентификацию общего ядра. Чтобы визуализировать эту изменчивость, исследователи сравнили количество считываний секвенирования, выровненных по разным геномам у людей из их когорты MetaHIT. Даже для наиболее распространенных 57 видов, присутствующих у ≥90% индивидуумов с охватом генома >1%, межвидовая изменчивость варьировала от 12- до 2187 кратной (рис. 4 . ). Как и ожидалось, Bacteroidetes и Firmicutes имели наибольшую численность.

Дополнительный материал

БАКТЕРОИДЕТЫ, ФИРМИКУТЫ и ДРУГИЕ

Знания, полученные в течение более чем столетия изучения микробиоты желудочно-кишечного тракта человека, показали, что эта экосистема действительно является «забытым органом». Множество данных о микробиоте ЖКТ сильно разбросано во времени, а потому обзорная работа по систематизации знаний в этой области крайне необходима. И такая работа есть. В ней после анализа научной литературы (конца IXX - нач. XXI века) даны систематический обзор и подробные ссылки на 1057 микробных видов кишечника.

На нашем сайте небольшая часть указанного обзора включена в раздел о бактероидетах и фирмикутах. Данный выбор не случайный и продиктован растущим интересом к доминирующей кишечной микрофлоре, к которой относятся представители Firmicutesи Bacteroidetes, а также произошедшей за последнее время переклассификацией ряда отдельных иерархических групп и видов кишечных микроорганизмов. Подробнее см. здесь :

Представлено также микробиоты желудочно-кишечного тракта человека, в котором явно выделяются упомянутые фирмикуты и бактероидеты. Известно, что соотношение Firmicutes к Bacteroidetes отличается у тучных и худощавых людей, и эта доля уменьшается с потерей веса на низкокалорийной диете. Поэтому разумно предположить, что увеличение у людей, вероятно, вызванное их высококалорийной диетой, может считаться полезным биомаркером ожирения.

Также дополнительно представлен графический обзор относительного обилия ключевых типов состава кишечной микробиоты человека на разных этапах жизни. Данные взяты из исследований со следующими условиями: грудное и искусственное вскармливание, детское твердое питание, антибиотики для малышей, здоровый или истощенный малыш, взрослые, пожилые и 100-летние здоровые и взрослые, страдающие ожирением.

Пища для кишечной микробиоты

Питание и конфигурация кишечного микробиома

Со времени возрождения микробиомных исследований в последнее десятилетие накопилось много знаний о силах, формирующих архитектуру и функциональность резидентных микроорганизмов в кишечнике человека. Из множества вовлеченных эндогенных и экзогенных факторов, связанных с хозяином, основным детерминантом структуры и функционирования сообщества микробиоты кишечника является питание. Вводя пищевые сигналы в связь между хозяином и его микробиотой, питание поддерживает гомеостаз или способствует восприимчивости к болезням. Микробиота модулирует патогенез, прогрессирование и лечение заболеваний, начиная от метаболических нарушений до неврологических патологий. Изменение формы взаимодействия хозяина и микробиоты посредством персонифицированного питания является новым терапевтическим направлением как для борьбы с болезнями, так и для их профилактики. Состав и функция микробиоты кишечника формируется с младенчества, и в дальнейшем на нее оказывают сильное влияние многие факторы окружающей среды, из которых диета - является ключевым детерминантом конфигурации микробиоты , посредством модуляции обилия конкретных видов и их индивидуальных или коллективных функций. Кроме того, воздействие конкретного рациона питания на отдельных людей в популяции отличается от человека к человеку и может зависеть от сочетания особенностей хозяина и микробиома, причем последнее влияние в основном определяется окружающей средой, а не генетическим фоном, и поэтому потенциально более поддается вмешательству. Понимание того, как диетические питательные вещества модулируют микробиом кишечника, представляет большой интерес для разработки пищевых продуктов и моделей питания для борьбы с глобальным бременем неинфекционных заболеваний . Современные исследования показывают, что пищевые волокна , включая арабиноксиланы, галактоолигосахариды, инулин и олигофруктозу, способствуют развитию ряда полезных бактерий и подавляют потенциально вредные виды. Доклинические данные свидетельствуют о том, что количество и тип жира модулируют как полезные, так и потенциально вредные микробы, а также соотношение / в кишечнике. Клинические и доклинические исследования показывают, что тип и количество белков в рационе также оказывает существенное и дифференцированное влияние на микробиоту кишечника. То же относится к витаминам, микроэлементам, минералам, полифенолам, пищевым добавкам и т.д.

О важности оси "диета-микробиом-хозяин" см. по ссылкам :

Роль диетических питательных веществ в модуляции микробиоты

Из истории изучения микробиома

Первые результаты проекта HMP

Human Microbiome Project

Начальная цель проекта - расшифровка 900 полных геномов микробов, представленных простейшими одноклеточными животными, бактериями и археями, однако даже это количество, в конечном итоге, будет лишь малой толикой информации о всех микробах, живущих в человеческом теле, которые и составляют так называемый "МИКРОБИОМ" .

Проект "Микробиом человека" является логическим развитием проекта "Геном человека", целью которого является полная расшифровка человеческого генома. Несмотря на то, что проект стартовал в 1990 году, а первый полный геном человека был опубликован в 2003-м, этот проект до сих пор не завершен, так как нерасшифрованными остаются некоторые участки человеческой ДНК.

Пять ключевых мест человеческого тела, а именно: кишечник, полость рта, дыхательные пути, кожные покровы и мочеполовая система, обильно населены различными видами микробов. В связи с этим они играют важную роль в поддержании иммунитета, обмена веществ, пищеварения и других функций.

Пищеварительный тракт - пристанище большинства наших микроскопических сожителей, именно здесь находится микробиом человека. То есть кишечный м икробиом - это то, что прежде называлось микрофлорой кишечника.

Сейчас, с началом масштабных геномных исследований самых разных бактериальных сообществ (например, некоторых участков дна океанов, сточных вод и пр.), название микробиом стало более популярным. Оно подразумевает совокупность не столько самих микробов, сколько всех микробных генов, оказывающих влияние на среду, в которой они существуют. Человеческий организм - это тоже среда обитания микробов...

НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА БИОЛОГИЮ ЧЕЛОВЕКА

Итоги проекта «Микробиом человека»

Консорциум американских ученых в 2012г. опубликовал результаты пятилетней работы над проектом Национальных институтов здоровья "Микробиом человека" (Human Microbiome Project). В работе над проектом Микробиом человека приняли участие около 200 ученых из 80 мультидисциплинарных исследовательских институтов. Общая стоимость исследования составила 173 миллиона долларов.

Целью проекта было охарактеризовать все микробы, присутствующие в организме человека, для чего ученые взяли образцы тканей из 15 мест на теле 129 мужчин и из 18 мест у 113 женщин. Все добровольцы - здоровые люди в возрасте от 18 до 40 лет - предоставили по три образца слизистой с внутренней стороны щек, носа, кожи за ухом и локтевого сгиба, а также фекальные пробы.

По результатам генетического анализа биоматериала было установлено, что в человеческом организме обитает свыше 10 тысяч видов различных микробов. Как утверждают авторы исследования, такое разнообразие микробиома обеспечивает человека гораздо большим количеством генов, чем можно было представить. Так, если в геноме человека содержится 22 тысячи генов, кодирующих белки для регуляции метаболизма, микробиом добавляет еще около восьми миллионов уникальных бактериальных генов.

«Вопрос о том, как индивидуальные вариации типов бактерий среди здоровых людей влияют на возможное развитие болезней, пока остается открытым», - комментирует один из членов консорциума Энтони Фодор (Anthony Fodor).

Оказывается, почти у каждого человека в теле содержится низкое количество вредоносных видов бактерий, патогенных микроорганизмов, которые уже стали известны из-за причиняемых ими инфекций. Но когда человек здоров, как и те 242 взрослых американца, которые добровольно прошли тестирование в проекте, эти микроорганизмы спокойно сосуществуют с полезными микробами, которые в свою очередь «держат их в узде».

Следующий момент, который хотят выяснить врачи - почему патогенные микроорганизмы вредят некоторым людям и одновременно не влияют на других? Какие изменения происходят в микросреде человека, которые приводят к риску различных заболеваний от инфекций синдрома раздраженного кишечника до псориаза?

Все эти и многие другие вопросы ставились перед учеными, участвующими в одном из самых масштабных проектов Национального института здоровья в США. Полученные результаты уже меняют взгляды ученных на то, каким образом люди остаются здоровыми и наоборот - болеют.

«Это совершенно новый взгляд на биологию человека и человеческие болезни, и это впечатляет», - прокомментировал доктор Филипп Тарр из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, один из ведущих ученых в $ 173-милионном проекте, который финансируется Национальным институтом здоровья США.

«Эти бактерии не являются «пассажирами» в нашем теле, - подчеркнул Тарр, - они метаболически активные. Они, как сообщество, и мы должны считаться с ними так же, как мы считаемся с экосистемой леса или воды. И так же, как и в экосистемах окружающей среды, состав микробов на каждой части вашего тела разный. Ваша кожа, например, сравнима с тропическими лесами, а кишечник изобилует различными видами микроорганизмов, как океан.

Ученым уже давно известно, что в человеческом теле сосуществуют триллионы отельных бактерий. Это называется микробиомом человека. До сих пор проводились исследования только тех микробов, которые являлись причиной разных заболеваний. Вы можете вспомнить, как часто медики говорят, что каждый третий человек является носителем золотистого стафилококка (в носу, или на коже), которым может заразить и других. Но никто не знает все виды микроорганизмов, которые населяют тело здорового человека, где именно они находятся и как влияют на наш организм. Около 200 ученых из 80 научных исследовательских организаций работали вместе в течении пяти лет над самой первой в истории переписью, для того чтобы ответить на эти вопросы, разгадывая ДНК микроорганизмов с помощью одного из методов, который используется для расшифровки генетики человека. Результаты этих исследований были напечатаны в серии отчетов в журналах Nature и Public Library of Science .

Сначала ученые должны были собрать образцы тканей с разных участков тела человека - рта, носа, некоторых участков кожи, влагалища у женщин и с кала. Затем они отделили ДНК бактерий от ДНК человека и начали анализ сложных бактерий: лактобациллус, стрептококк, коринебактерии.

«Каждая клетка человеческого тела является «домом» для около 10 бактериальных клеток, но они насколько микроскопические, что общая масса всех микроорганизмов составляет от 1 до 3-х процентов массы тела человека», - объяснил доктор Эрик Грин из Национального Центра Исследований Человеческого Генома в Национальной Организации Здравоохранения США (NIH). Это значит, что человек весом 90 кг содержит в себе до 3-х кг бактерий.

Человеческий геном содержит около 22 000 генов. Но, по оценкам нового проекта, микробы наделяют наш организм еще большей силой, равной 8-ми миллионов генов. Гены бактерий выполняют определенную работу по отношению к нашему организму. Некоторые из них играют важную роль для здоровья и развития человеческой клетки, в которой они содержатся, как рассказал доктор Брюс Биррен, другой исследователь проекта. Гены кишечной бактерии, например, расщепляют некоторые белки и жиры. А также они вырабатывают полезные соединения, которые борются с разного рода воспалениями. И еще, ученые обнаружили, что не существует какого-то основного состава микроорганизмов, которые выполняют определенные функции, это могут делать разные сочетания бактерий.

ОТЛИЧИЕ МИКРОБИОМА СРЕДИ ЭТНИЧЕСКИХ ГРУПП

Небольшое отступление. В 2018 г. ученые обнаружили 12 конкретных типов бактерий, которые регулярно варьируются в изобилии в зависимости от этнической принадлежности. Поскольку этническая принадлежность захватывает многие факторы, начиная от диеты до генетики, трудно сказать, почему это так, сказал Эндрю Брукс (Andrew Brooks), докторант университета Вандербильта (Vanderbilt University) в Институте генетики Вандербильта, который проанализировал данные, предоставленные американским проектом Gut (American Gut Project) и проектом микробиома человека (Human Microbiome Project). Но это основа для понимания здоровых различий в микробиомах между людьми...

«Каждый человек имеет разный состав бактерий в организме, при этом, они организованы так, чтобы выполнять определенные функции», - сказал Биррен. Вполне возможно, что наш образ жизни и окружающая среда стимулировала появление такого рода механизма, который работает на нас.

На данный момент проводятся исследования, которые бы показали, как отличается состав микроорганизмов у человека с определенной болезнью от здорового человека с дальнейшей целью профилактики и лечения заболеваний.

Рассмотрим, например, желудочно-кишечный сверхинфект (бактерии, устойчивые к воздействию антибиотиков, к ним относится также золотистый стафилококк), которым часто заражаются люди, пребывающие в больнице и от которого иногда умирают. Филипп Тарр (Вашингтонский университет) хочет узнать, какой состав из кишечных бактерий может предотвратить поражение ЖКТ дизбактериозом, или же уменьшить его пагубное действие и выяснить, кто из людей более подвержен заражению.

Исследователи Медицинского колледжа Бейлора сообщили, что бактерии, которые находятся во влагалище беременной женщины, имеют свойства меняться во время протекания беременности, возможно для того, чтобы создавалась наиболее благоприятная здоровая среда при рождении ребенка. Предыдущие исследования также показали, что состав бактерий у детей, которые принимались традиционными родами, отличается от бактерий детей, которые рождались с помощью кесарева сечения. Это объясняет, почему кесарево сечение повышает риск заражения ребенка некоторыми инфекциями.

«Каждая новая информация становится шокирующей для нас, потому что она показывает как много еще нужно работать над тем, чтобы понять тот мир, который существует внутри нас», - отметил специалист по инфекционным заболеваниям доктор Дэвид Рэльман (Стэнфордский университет), который написал обзор по результатам этого проекта в журнале Nature.

Например, в проекте принимали участие в основном белокожие добровольцы, живущие в округах Хьюстона и Сэнт Льюиса. Д-р Рэльман отметил, что нужно будет еще проделать большую работу над определением микробиома людей с разной расовой принадлежностью, этнического и географического происхождения. Есть также много открытых вопросов касательно того как эти микробы взаимодействуют с генетикой человека.

«Мы, по сути, совсем не осведомлены о том какие функции обеспечивает микробная экосистема, которая находится внутри нас и как она влияет на наше здоровье», - отметил Рэльман.

ВИДЕОЛЕКЦИЯ О МИКРОБИОМЕ

Рассказывает Константин Северинов - доктор биологических наук, заведующий лабораторией регуляции экспрессии генов элементов прокариот Института молекулярной генетики РАН, заведующий лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Института биологии гена РАН, профессор Университета Ратгерса (США), профессор Сколковского института науки и технологий (SkolTech)

Константин Северинов:

"Самый большой орган в нашем организме не печень и не мозг, а микробы, которые образуют т.н. микробиом…" (

Статьи по теме