Влияние микробиома кишечника на нашу жизнь
Это общеизвестный факт, что кишечные бактерии критически важны для пищеварительной системы, а также снабжают нас полезными веществами, однако не все знают об их прямом влиянии на наше поведение и настроение. Более того, есть смелые теории, что они также способны влиять на наши вкусовые предпочтения. Имея симбиотическую связь с нами, они выделяют множество химических соединений, которые способны проникать в мозг, а также взаимодействовать с иммунной и гормональными системами.
Микробиом оказывает огромное влияние на наше здоровье. Например, присутствии некоторых патогенных видов или отсутствие полезных микроорганизмов могут приводить к различным неблагоприятным состояниям и болезням. Кроме конкретных заболеваний вызванных тем или иным возбудителем, плохая кишечная микрофлора может способствовать депрессии, аутизму, рассеянному склерозу, сахарному диабету и ожирению.
Но пробежимся по полезным эффектам, которые мы получаем от такого «сожительства».
Пищеварение
Пищеварение — это сложный процесс превращения пищи в питательные вещества, которые наш организм может использовать как материал для строительства новых тканей, поддержания жизнедеятельности старых, а также для производства регулирующих химических соединений, энергии и много другого. Удивительно, но не смотря на миллионы лет нашей эволюции, без микробов, мы не способны полноценно переваривать и усваивать пищу.
Иммунитет
Наука считает, что около 70% нашей иммунной системы происходит из кишечника. Микробы связываются с иммунными клетками и контролируют реакцию организма на инфекции. Они также выделяют вещества, которые делают кишечную и слизистую среды неблагоприятными для патогенных микроорганизмов и грибков.
Здоровье мозга
Новые исследования показывают, что центральная нервная система и кишечный микробиом тесно связаны. Передача сигналов в мозге происходит посредством выделения из синапсов специальных молекул — нейромедиаторов. Наверняка вы слышали о таких нейромедиаторах как серотонин, дофамин, ГАМК, гистамин и норадреналин, которые активируют или тормозят нейроны в мозге и регулируют ваше поведение и настроение.
Так вот, некоторые микробы способны вырабатывать эти нейромедиаторы, но также множество других химических соединений, которые используются организмом для их синтеза.
Контроль уровня сахара в крови
Исследование показало, что менее разнообразные микробиоты кишечника связаны с диабетом первого типа у детей. Было также обнаружено, что некоторые грамотрицательные бактерии были более распространенными непосредственно перед постановкой этого диагноза. Кроме того, постпрандиальный уровень сахара в крови широко варьируется среди населения, даже когда мы потребляем одну и ту же пищу. И это может быть отчасти связано с различиями в кишечных бактериях.
Большинство нейромедиаторов, таких как серотонин и дофамин, находятся в пищеварительном тракте, а не в мозге. Эти два органа общаются друг с другом по оси кишечник-мозг, что очень тесно связывает наше психическое и желудочно-кишечное благополучие. Не только пища, которую мы едим, оказывает глубокое влияние на наше психическое состояние, но и психологический стресс также отрицательно влияет на пищеварение.
Сердечно сосудистая система
Микробиом кишечника играет важную роль в обеспечении оптимального уровня холестерина ЛПВП и триглицеридов. Некоторые штаммы бактерий преобразуют питательные вещества, содержащиеся в красном мясе, в ТМАО (триметиламиноксид), химическое вещество, которое способствует закупорке артерий, что может привести к инфаркту миокарда или инсульту. И наоборот, другие виды, такие как лактобациллы, могут снижать уровень холестерина ЛПНП при приеме в пробиотической форме.
Масса тела
Многие исследования показали связь между дисбактериозом кишечника или неблагоприятным балансом хороших и плохих микробов и ожирением. В экспериментах на грызунах, им имплантировали микробиом от людей с ожирением, и они набирали больше веса, чем те, которые получили бактерии от худощавых людей. Эта закономерность соблюдалась, даже когда у них была одинаковая диета.
Это далеко не исчерпывающий список, но надеюсь, вы получили представление насколько важен кишечный микробиом для всех аспектов нашего здоровья.
В пищеварительном тракте в 10 раз больше бактерий, чем клеток в теле человека
Организм человека является своеобразным альянсом, и создает симбиотические (взаимовыгодные) отношения между большинством микроорганизмов микробиома. Кишечные бактерии помогают пищеварению, производя важный для сердечно-сосудистой системы и костей витамин К2. Но не все из этих «жучков» так жаждут быть нашими друзьями. Есть и так называемые «плохие» кишечные бактерии. Даже «хорошие» бактерии однажды могут предать вас и стать вредоносными.
Это происходит из-за перенесенных болезней, испытанного стресса, неправильного пищевого поведения, употребления антибиотиков, или по другим причинам, нарушающим пищеварительную экосистему и зависящим от того, какой образ жизни мы ведем. Вот почему большая область исследования посвящена тому, чтобы выявить взаимоотношения между состоянием микробиома человека и такими заболеваниями как воспаление кишечника, ожирение или даже рак
Так как же не запутаться в этом потоке информации? Без сомнения, важность этой темы сложно переоценить, но вокруг существует столько вводящей в заблуждение информации, которая пока ничем не может быть подтверждена, так как необходимо больше исследований в этой области. Конечно, такой выход из ситуации как пробиотики может помочь некоторым – и он определенно хорош, в целом существует и множество других доступных (и менее дорогих) способов для поддержания здоровья микрофлоры кишечника
Что такое «хорошо», а что такое «плохо» для микрофлоры кишечника
Колонизация и развитие кишечных бактерий начинается с момента рождения человека и продолжается всю его жизнь. Негативное влияние на микробное разнообразие кишечника оказывают:
- Антибиотики. Давайте проясним: мы не выступаем против антибиотиков. Они могут быть жизненно необходимыми лекарствами. Однако, антибиотики без разбору убивают микробы в человеческом организме, что может привести к нарушению микрофлоры кишечника, для восстановления которой потребуется время. Вывод: приберегите антибиотики на тот случай, когда вы действительно заболеете. Не избегайте приема антибиотиков, если их прописал врач.
- Стресс. Стресс принимает множество форм и обличий, но говоря простым языком, стресс – это то, что выводит вас из равновесия. Стресс может быть психологическим (волнение, тревога), физическим (недостаток сна – один из физиологических факторов стресса, который негативно влияет на микрофлору кишечника) и социальным (например, чувство «ничтожности»). Все это может нарушить состав, разнообразие и количество микроорганизмов вашего пищеварительного тракта.
- Слишком много перевариваемой еды. Рацион с повышенным содержанием жира и сахара является отличной пищей для патогенных бактерий в вашем кишечнике. Заметьте, что употребляя немного сахара или переваривание небольших порций еды, не является проблемой. Она появляется когда вы потребляете слишком много еды, в которой к тому же мало клетчатки. Большинство людей получают значительно меньше рекомендованных 25 грамм клетчатки в день. Рацион, в которым вы употребляете много пищи, с низким содержанием клетчатки, сеет хаос среди кишечных микробов подопытных мышей. Очевидно, что мыши все-таки не люди, но схожие результаты наблюдались достаточно часто, и доктор Джастин Сонненбург, младший профессор микробиологии в Стэндфордском университете, сказал «Без сомнений каждый должен употреблять больше клетчатки, которая содержится в овощах и фруктах».
Клетчатка
Клетчаткой называют сложные углеводы или пищевые волокна, которые не перевариваются организмом, но ферментируются бактериями кишечника. В наше время клетчатка — доступный суперфуд, который доказано приносит организму человека много пользы.
Потребление клетчатки связано с низким риском развития заболеваний и смерти от разных болезней. Согласно результатам крупного мета-анализа, опубликованного в журнале Lancet, диета богатая волокнами снижает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, диабета 2 типа, колоректального рака и смертность от разных причин на 13–33%.
Также отмечается положительное влияние потребления клетчатки на уровень холестерина и глюкозы в крови. При этом низкогликемическая диета имела более скромные результаты, чем диета богатая клетчаткой.
О влиянии клетчатки на вес ведутся споры. Систематические обзоры показывают, что организм быстрее насыщается при употреблении сложных углеводов, что может сказываться на общем количестве дневных калорий и помогать избавиться от веса. С другой стороны, во многих исследованиях используются добавки с клетчаткой, которые насыщают сильнее, чем пища.
Ежедневная норма клетчатки варьируется в разных странах. В США женщинам рекомендуется потреблять в день 25 грамм клетчатки, а мужчинам — 38. Британский институт питания рекомендует всем взрослым потреблять не менее 30 грамм ежедневно. Это, довольно, много.Например, в средней груше содержится около 5 грамм, яблоке — 4,4, банане или апельсине — 3, вареном картофеле с кожицей — 4, чашке овсяной каши — 5. Для того чтобы следовать рекомендациям, каждый прием пищи должен содержать 8–10 грамм пищевых волокон.
Считать, сколько грамм клетчатки вы съели за день — сложно, так как в России на продуктах чаще всего указывают общее количество углеводов, а сколько из них клетчатки — остается неясным. Помочь в подсчете может пищевой дневник: запишите, какие продукты и в каком количестве вы съели за день, а в свободное время посмотрите в них долю клетчатки. Для этого можно использовать таблицу Канадского сообщества диетологов или базу данных по продуктам питания от журнала Self.
Видео о разных видах углеводов и о том, как они усваиваются. Есть русские субтитры
При переработке сложных углеводов некоторые бактерии производят жирные кислоты. Они питают клетки кишечника и поддерживают его защитные функции. Жирные кислоты влияют на выработку слизи (мукуса), которая является барьерным слоем между стенками кишечника и патогенными бактериями. Мукус защищает кишечник от перепада кислотности во время переваривания пищи.Что интересно, разные виды клетчатки действуют на кишечник по-разному. Растворимые волокна вбирают воду и образуют гелеобразную субстанцию, которая помогает пище быстрее проходить через кишечник, уменьшая воздействие со стенками кишечника. Нерастворимые виды клетчатки не взаимодействуют с водой и только малая их часть переваривается бактериями. Однако такие волокна помогают формировать каловые массы.
Именно этими видами в основном питаются бактерии кишечника, поэтому пребиотические продукты рекомендуют включать в рацион. Обычно в одном продукте содержится несколько видов пребиотиков.
Заморачиваться и выбирать определенные пребиотические продукты, если вы не знаете состав своих бактерий, — не стоит. Чтобы получать все виды пребиотиков, достаточно иметь разнообразную диету и употреблять продукты богатые клетчаткой.
Если состав бактерий известен и вы знаете, что определенного рода бактерий у вас меньше, чем у здоровой популяции, — можно увеличить их численность, включая в диету продукты с пребиотиками, которыми этот род питается. Именно так устроены рекомендации по продуктам в Тесте микробиоты Атласа.
Что такое микробиом кожи
Микробиом, или микрофлора кожи – это совокупность микроорганизмов, которые обитают на ее поверхности, не только уживаясь, но и взаимодействуя с клетками эпидермиса. Законы и принципы этого «сотрудничества» отрегулированы эволюцией. И если раньше специалисты ассоциировали здоровье кожи с ее чуть ли не стерильной чистотой, то сегодня пришли к пониманию, что богатый микробиом, наоборот, защищает нас от множества проблем. Разнообразная экосистема считается более устойчивой.
ВАЖНО ЗНАТЬ:
Общее количество микробов в нашем теле и на нем аналогично количеству клеток. Подавляющее количество микроорганизмов находится в кишечнике
Второе место по заселенности ими занимает микробиом кожи человека. В основном, это разные бактерии, но даже на коже совершенно здоровых людей обнаруживаются грибки, вирусы и клещи.
Различные микроорганизмы на коже классифицируются, в зависимости от их влияния на человека:
Комменсалы – «дружелюбные» микробы, которые обычно не вызывают каких-либо побочных эффектов.
Симбионты – микробы, полезные для хозяина.
Патогены – болезнетворные микробы.
Большинство микроорганизмов на коже – это комменсалы. Они могут предотвратить колонизацию патогенами. Для этого комменсалы используют источники питания, необходимые вредным микробам для выживания, и производят токсичные вещества, которые препятствуют прилипанию болезнетворных микроорганизмов к клеткам кожи.
Микробы могут вызывать различные инфекционные и неинфекционные заболевания эпидермиса, дермы, подкожной ткани и волосяных фолликулов. Это могут быть и совершенно безопасные инфекции, и потенциально опасные для жизни.
Патогенность инфекции повышают следующие факторы:
Нарушение кожного барьера – например, из-за дерматита или в результате использования медицинского инструмента;
Применение иммунодепрессантов;
Онкологические заболевания;
Вирус иммунодефицита человека;
Очень юный или, наоборот, преклонный возраст;
Генетические причины.
Постоянно присутствующие в определенной части организма человека микроорганизмы называются резидентной микробиотой. Она находится в верхних слоях эпидермиса, в волосяных фолликулах и вокруг них.
К резидентной микробиоте относятся:
Стафилококк;
Микрококк;
Коринебактерии;
Бревитбактерии;
Дермабактер;
Малассезия.
Микробиом кожи со временем, безусловно, меняется качественно и количественно, особенно из-за современного образа жизни. Большинство кожных проблем (от угрей до экземы) связаны именно с нарушением баланса микробиоты.
Функции микробиома кожи
Кожа, как и кишечник, «обитель» для более чем триллиона микроорганизмов. Все они служат определенной цели и важны для баланса. А когда он нарушается, это неизбежно приводит к проблемам.
Эти полчища бактерий, вирусов и грибков – невидимые воины, которые стоят на страже здоровья кожи.
Для чего коже нужен микробиом?
Он защищает эпидермис от температурных перепадов, пыли, ультрафиолетового и электромагнитного излучения;
Ускоряет заживление ран;
Участвует в процессах регенерации кожи;
Регулирует ее водный и кислотный баланс.
Кожа выполняет функцию не только физического барьера, но и иммунологического. Ее клетки четко различают комменсалы и патогены, несмотря на постоянное воздействие колоссального количества микроорганизмов.
Иммунный ответ кожи может быть разбалансирован при некоторых дерматологических заболеваниях – например, при атопическом дерматите и псориазе.
Как работает микробиота
Мы уже упомянули, что бактерии кишечника помогают усваивать клетчатку, производят короткоцепочечные жирные кислоты и витамины. Может возникнуть ощущение, что все это делает каждая бактерия, но это не так.
Часть бактерий трудится на благо всего города и следит за патогенными микроорганизмами, чтобы они не нарушили порядок и не устроили революцию. Часть бактерий пассивны: они не приносят городу пользу, но и не создают проблем. А третья часть все время замышляет план, как захватить город и разграбить все нажитое. От нашего рациона зависит, кого из этих трех представителей будет больше.
Сложные углеводы — пища для законопослушных граждан микробиоты, которые заботятся о своем доме. Правда, это не готовое блюдо, которое мы подносим на тарелке. Для таких крошечных созданий молекула сложных углеводов выглядит скорее как срубленный дуб. Чтобы убрать ветки, заготовить бревно, распилить его, сделать дрова и спички, нужны самые разные виды бактерий.
Если какого-то вида бактерий не хватает, процесс расщепления углеводов, синтеза короткоцепочечных жирных кислот и витаминов будет менее эффективным. Поэтому чем больше самых разных продуктов с клетчаткой мы едим, тем выше разнообразие полезных бактерий и тем стабильнее ситуация в городе, несмотря на мелкие хулиганства со стороны патогенных микроорганизмов.
Узнать, насколько ваша микробиота разнообразна и как хорошо она справляется с расщеплением клетчатки и синтезом масляной кислоты, можно с помощью Теста микробиоты Атласа.
Из чего состоит микробиом
Несколько лет назад на фоне всплеска интереса к теме вместо привычного понятия микрофлоры стали всё чаще звучать более современные термины: микробиом и микробиота. «Микробиом — это экосистема, в которой живут микроорганизмы и ресурсами которой они пользуются. Есть микробиом почвы, океана и других природных ниш. У человека тоже есть разные микробиомы — кожи, кишечника, дыхательных путей и мочеполового тракта. А микробиотой, или микрофлорой, называют сами организмы (бактерии, грибы, вирусы, археи и другие простейшие), которые можно выделить из этой экосистемы и изучить», — объясняет Елена Ильина, доктор биологических наук, руководитель отдела молекулярной биологии и генетики Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА России. Тем не менее часто термины «микробиом» и «микробиота» используют как синонимы.
Главным стимулом к новым исследованиям микробиоты в начале XXI века стало развитие геномного секвенирования — метода, позволяющего прочитать геном того или иного организма. Чем доступнее и точнее становилась это технология, тем больше микробиологов использовали её в своих исследованиях. Постепенно представление о составе микрофлоры человека изменилось — оказалось, она намного разнообразнее и таинственнее, чем думали раньше. Например, генов бактерий в нашем организме нашлось в 150 раз больше, чем наших собственных. В этом смысле человека можно считать суперорганизмом — не одним, а целой группой синергически взаимодействующих живых существ. Этот термин упоминается в книге американского биолога Родни Дитерта, сформулировавшего идею, что мы не только люди, но и микробы.
При этом состав микробиоты разных людей сильно различается — он зависит от образа жизни, факторов окружающей среды, питания и множества других аспектов, начиная с момента рождения человека. Этому феномену было посвящено большое европейское исследование, результаты которого опубликовали в журнале Nature в 2011 году — тогда учёные впервые выделили так называемые энтеротипы городских жителей со всей планеты. Оказалось, что у разных людей, независимо от континента и страны проживания, в кишечнике превалируют разные группы бактерий — например, бактероиды, руминококки и другие — и всё это разнообразие можно считать вариантами нормы. Но сегодня, спустя всего восемь лет после открытия, к энтеротипам обращаются всё реже — потому что накопился новый огромный массив данных, говорящий о ещё большем разнообразии микробиомов и их эффектов.
Микробиомные маркеры
Инфекция паразита была особенно связана с присутствием кишечных бактерий из группы Bacteroidales, которые важны для пищеварения и функционирования иммунной системы. Дополнительная работа показала, что паразитарная инфекция, по-видимому, активирует иммунную систему, перекрывая пути, которые вызывают воспаление.
Хотя еще не ясно, влияют ли паразиты на микробиом или состав микробиома влияет на риск заражения паразитом, эти результаты открывают путь для дальнейших исследований, чтобы ответить на эти вопросы.
Будущие исследования могут, например, посмотреть на изменения в микробиоме с течением времени и объединить эту информацию с более подробными данными о диете.
Доктор Рубель надеется, что в долгосрочной перспективе будет возможно разработать стратегии для модуляции микробиома. Таким образом, ученые могут снизить риск паразитарной инфекции для человека или, по крайней мере, уменьшить вред от нее.
Что такое микробиом человека
Микробиом представляет собой группу микроорганизмов, характерных для определенной среды обитания, т.е. различные органы человека:
- Рот;
- Уши;
- Кожа;
- Половые органы
и прочее.
Человеческий организм населяет приблизительно 100 триллионов микробов, большая часть которых живет в кишечнике.
Состав микроорганизмов варьируется в зависимости от среды обитания.
Представляет собой совокупность микроорганизмов, которые включают:
- Бактерии;
- Простейшие;
- Грибки;
- Вирусы
и другие одноклеточные организмы как внутри нас, так и снаружи.
Термин «микробиом» впервые появился в 2001 году. Им нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг описал набор всех геномов микробов, населяющих организм человека. Раньше использовали термин «микрофлора».
Не всегда микробиом «дружественен» для своего хозяина. Может также содержать потенциально патогенные микроорганизмы.
Из-за огромного количества населяющих нас микроорганизмов большее внимание уделяется микробам желудочно-кишечного тракта. В основном выделяют 4 подгруппы:
- Firmicutes (фирмикуты) — 64%;
- Bacteroides (бактериоиды) — 23%;
- Proteobacteria (протеобактерии) — 8%;
- Actinobacteria (актинобактерии) — 3%.
У здоровых людей отдельные отделы пищеварительного тракта характеризуются переменным разнообразием микроорганизмов. Желудок и двенадцатиперстная кишка практически стерильны, потому что кислотность желудочного сока неблагоприятная среда для большинства микроорганизмов.
В тонкой кишке их количество выше и составляет от 10000 до 100000 на 1 грамм пищеварительного содержимого. Здесь преобладают ацидофильные бактерии родов Lactobacillus и Streptococcus.
Наибольшее количество микроорганизмов находится в толстом кишечнике. Здесь их количество на 1 грамм может достигать миллиарды. Подавляющее большинство анаэробные микроорганизмы, такие как Bifidobacterium и Clostridium.
Учеными подсчитано, что в пищеварительном тракте содержится в 10 раз больше микроорганизмов, чем клеток в самом организме человека. Для сравнения, в геноме человека всего 21000 генов.
Бактерии, населяющие желудочно-кишечный тракт, в соответствии с их функциями можно разделить:
- Протеолитические (гнилостные). Потенциально патогенные бактерии, размножение которых оказывает отрицательное влияние на здоровье;
- Защитные (пробиотические). Бактерии, которые подавляют рост патогенных микроорганизмов, герметизируют кишечный эпителий и синтезируют питательные вещества для кишечного эпителия;
- Иммуностимулирующие. Стимулируют клетки иммунной системы, подавляют воспалительные процессы, участвуют в синтезе антител слизистой оболочки.
Мы всего лишь часть
Наиболее актуальной концепцией взаимоотношений человека и его микроорганизмов является теория хологенома — The Hologenome Theory of Evolution. Она утверждает, что физиология любого макроорганизма зависит от совокупной активности его собственного генома и всех геномов его микроорганизмов.
Эти микроорганизмы могут быть получены вертикально (от родителей) или горизонтально (из окружающей среды). Таким образом, собственный геном животного или растения составляет относительно небольшую часть общего генетического материала, большинство из которого обеспечивается бактериями.
Современные исследования все больше говорят о том, что микробиом человека наследуется — по крайней мере, частично. На первый взгляд, это выглядит нереальным. Ведь как можно передать свои бактерии другому живому существу, которое еще даже не родилось? Однако ваш хологеном (т.е. вы + бактерии) передает генетическую информацию ребенку в виде «склонности» к наличию тех или иных бактерий в организме. Фактически, вы делитесь генетической информацией, которая закладывает индивидуальные особенности вашего ребенка таким образом, чтобы на нем было комфортно существовать именно вашим бактериям.
Получается этакое «письмо счастья» в будущее. Только написали его не вы.
Впервые концепция хологенома была применена к кораллам. Ученые заметили, что некоторые заболевания этих морских организмов возникли не в результате проникновения в них специфических патогенов, а с изменением микробных сообществ под влиянием антропогенных изменений окружающей среды. По мере изучения кораллов начали возникать предпосылки для единой концепции хологенома. Стало ясно, что она применима ко всему Древу жизни — к каждому макроскопическому организму на нашей планете.
Фото: unsplash.com, Elena Mozhvilo
Поэтому если вам вдруг станет грустно или вы почувствуете себя одиноким, просто знайте: вы не одни в этом мире. С вами всегда были, есть и будут ваши маленькие верные друзья.
