Мой внутренний мир: мозг, кишечник и микробиом
Результаты многочисленных исследований, проводившихся в последние годы, свидетельствуют о том, что именно изменения состава микробиома ведут к различным заболеваниям.
Девять к одному
На каждую собственную клетку тела человека приходится девять микроорганизмов, поэтому неудивительно, что существуют взаимосвязь между ними и патологическими процессами в организме. В норме микробиом находится в сбалансированном состоянии, но он очень чувствителен к изменениям.
Имя им – легион. Их больше, чем людей, которые когда-либо рождались на свет. В организме моих собственных генов — как минимум в 100 раз меньше, чем их. Если хорошенько подумать, то я – это мои микробы. Примерно так научный журналист Эд Йон (Ed Yong) с BBC рассказывает про суперорганизм — объединение человека и его микробиома, сосуществующих и помогающих друг другу.
Общеизвестно, что на его состояние влияет прием антибиотиков, но кроме этого кишечные бактерии реагируют и на изменение рациона питания, причем эффект оказывают даже краткосрочные диеты. Общий состав микроорганизмов зависит от предпочтений в еде: например, в микрофлоре кишечника людей, употребляющих много белка и животных жиров, преобладают бактероиды (Bacteroides), а у предпочитающих продукты , богатые углеводами и клетчаткой, – превотеллы (Prevotella). При метаболических расстройствах состав флоры значительно беднеет.
Изменения микробиома могут привести к ожирению. Исследовательская группа из Университета Айовы (University of Iowa) получила очередное подтверждение того, что кишечные микроорганизмы влияют на состояние организма. Ученые провели эксперименты на мышах и показали, что изменения микробиома, вызванные приемом лекарств, замедляют скорость метаболизма в покое, что может приводить к развитию ожирения.
Не всегда ясно, влияет ли микробиом на появление болезни или меняется под воздействием уже существующего заболевания – во многих случаях это трудно отследить. Изменение бактериального набора в кишечнике зафиксировано при недоедании, ожирении, сердечно-сосудистых заболеваниях, сахарном диабете второго типа и некоторых типах рака. Модификации состава микробиома во многих частях тела описаны при заражении вирусами иммунодефицита человека, гриппа, гепатита В и палочками Коха, вызывающими туберкулез. Исследователи считают, что более детальное изучение взаимодействия «своих микроорганизмов» и патогенных, поможет в будущем понять, как это влияет на развитие тех или иных заболеваний, а также найти способы повлиять на их ход. Пока, впрочем, информации об этом недостаточно.
Доказано, что микробиом напрямую влияет на появление некоторых болезней. Например, искусственные подсластители и пищевые эмульгаторы изменяют кишечную микрофлору и вызывают воспаление кишечника, из-за чего может развиться метаболический синдром
Кроме того, появилась теория, связывающая возникновение постоянного несильного воспаление в старости с микроорганизмами. Низкий уровень воспаления вызван повышением концентраций фактора некроза опухоли, интерлейкина-6 и С-реактивного белка. Микрофлора кишечника может влиять на иммунную систему и провоцировать развитие воспалительных реакций, возможно, что она также играет роль в возникновении воспаления у пожилых людей.
Мозг, кишечник и микробиом
Удивительно, но влияние микробиома может распространяться и на центральную нервную систему. Микроорганизмы могут влиять не только на работу желудочно-кишечного тракта, но и на поведение, и когнитивные функции человека. Недавно было показано, что рацион с высоким содержанием жиров привел к изменению микробиома мышей, а это в свою очередь вызывало повышение тревожности животных и нарушения памяти.
Кишечные бактерии способны продуцировать белки, подавляющие аппетит спустя 20 минут после приема пищи. Все это свидетельствует о том, что во многом регуляцией насыщения управляет наша микрофлора, а не сам человек.
Многое во взаимодействии центральной нервной системы, микробиома и кишечника пока не изучено. Однако большая роль отводится так называемому «дырявому кишечнику». В норме одна из основных функций кишечной микрофлоры – оградительная. Слой слизи создает защитный барьер, через который проходят лишь некоторые молекулы. Патогенные микроорганизмы могут вызвать повышение проницаемости кишечника. Это часто приводит к хроническому воспалению, наблюдаемому при некоторых психических расстройствах. Поэтому кишечный микробиом может быть ответственен даже за развитие депрессии.
Многие пациенты с синдромом раздраженного кишечника страдают от депрессивных и тревожных симптомов, а тяжесть этих состояний коррелирует с нарушениями в кишечнике. Более того, некоторые исследователи связывают заболевания желудочно-кишечного тракта с тревогой, аутизмом, шизофренией и нейродегенеративными расстройствами. Есть мнение, что повлиять на поведение пациента может даже прием антибиотиков.
Ученые уже разработали специальное программное обеспечение, которое поможет детально изучить сложные взаимодействия между мозгом, микробиомом и здоровьем человека.
Давно известно, что проницаемость кишечника увеличивается на фоне стресса. Теперь стало ясно, что именно микрофлора выступает посредником между этими двумя событиями. Стрессовые ситуации влияют не только на микробиом кишечника. Они могут вызывать изменения состава вагинальной микрофлоры матерей, снижая количестволактобактерий. Это может привести к изменениям развития нервной системы и метаболического профиля.
В экспериментах на мышах получены и вовсе невероятные данные: изменение состава микробиоты влияет на проницаемость гематоэнцефалического барьера и способствует миелинизации – по крайней мере, в некоторых зонах мозга.
Несмотря на это, пока еще не до конца понятно, как микробиом влияет на здоровье человека и каковы механизмы этого влияние. Роб Найт (Rob Knight) из Калифорнийского университета отмечает, что пока рано говорить о том, что пробиотики точно помогут справиться с нервными расстройствами, хотя это и не мешает некоторым фармкомпаниям делать подобные заявления.
Важные молекулы
Каким же образом микроорганизмы воздействуют на своего хозяина? Иногда они мигрируют из места своего нормального обитания в другие участки организма. Но чаще влияние оказывают молекулы, синтезирующиеся в процессе метаболизма микроорганизмов. Это полисахариды, нуклеиновые кислоты, структурные белки, короткоцепочечные жирные кислоты.
Оказалось, что прием метформина, одного из самых популярных препаратов, используемых при лечении диабета 2 типа, вызывает изменение кишечной микрофлоры больных. Этот препарат усиливал выработку бактериями короткоцепочечных жирных кислот, например, пропионовой и масляной. Они в свою очередь были способны влиять на уровень глюкозы.
У диабетиков, не принимавших метформин, состав кишечного микробиома был иным, чем у тех, кто принимал лекарство и тех, кто не страдал диабетом. Количество бактерий, синтезирующих короткоцепочечные жирные кислоты, у них было снижено.
Управляй микробиомом!
Новые знания о микробиоме могут изменить сам подход к лечению заболеваний. Пока, к сожалению, полученных данных недостаточно, но ученые активно продолжают свои исследования. Разрабатываются стратегии управления микробиомом. Некоторые из них уже используются в клинической практике, например, фекальные трансплантации. Другие часто применяются и в домашних условиях: речь идет об изменении питания или прием про- и пребиотиков.
Американские ученые предложили пероральный способ трансплантации кала (через рот) при лечении кишечных инфекций. Результаты исследования, опубликованные в журнале JAMA, показали, что прием замороженных фекалий в капсулах столь же эффективен и безопасен в борьбе с вызываемой бактерией Clostridium difficile диареей, как и инфузии фекалий через колоноскоп или назогастральный зонд.
Третьи находятся на стадии разработки и, возможно, помогут человеку избавиться как от значительных заболеваний, так и от бытовых неприятностей, таких как неприятный запах изо рта или запах пота. Пока микробиом изучен не очень хорошо, однако новые данные появляются ежедневно. Все это дает основания полагать, что вскоре появятся новые терапевтические подходы к лечению различных заболеваний.
