Две тысячи лет назад Гиппократ справедливо отметил, что «все болезни начинаются в кишечнике». Последующие научные исследования многократно подтверждали его правоту и важность профилактики патологий данного органа.
В человеческом кишечнике содержатся триллионы микробов многих видов, которые метаболизируют пищу и облекают разнообразные нутриенты в доступные формы. Добавляя до 2 кг лишнего веса телу человека, дружественные бактерии защищают организм от «плохих» микробов, таких как столбняк, кишечная палочка и многие другие. Поэтому микробиом является основой человеческого здоровья.
«Вероятно, одной из самых важных услуг, которые предоставляют людям микробы, является иммунитет», - говорит Мартин Блазер, директор программы «Микробиом человека» в Медицинском центре Нью-Йоркского университета и председатель Консультативного совета при президенте США по борьбе с антибиотикоустойчивыми бактериями. Исследователь считает, что в течение десятилетий люди, не ведая о том, случайно уничтожали полезные микроорганизмы, посредством неверного поведения:
- бесконтрольное и чрезмерное применение антибиотиков;
- регулярное использование антибактериального мыла и т. п.
Мартин Блазер объясняет, что микробы, которые живут внутри человеческого организма, составляют огромное сообщество, и когда его баланс нарушается, «плохие» бактерии процветают и наносят урон здоровью людей.
Микробиом является предметом множества клинических испытаний и научных исследований. Их главная цель - изучение взаимосвязей между кишечной микрофлорой и болезнями.
Например, недавние исследования ученых из Мичиганского университета показали, что микробиом оказывает огромное влияние на иммунную систему животных и человека.
Интересно!
Роб Найт из Калифорнийского университета в Сан-Диего создал исследовательский проект American Gut. Это - крупнейшая в мировой истории научно-исследовательская программа, в рамках которой любой желающий может провести анализ своей кишечной микрофлоры и, в случае обнаружения инфекций, устойчивых к антибиотикам, «трансплантировать» нормальный микробиом. Процедура помогает заселить желудочно-кишечный тракт полезными микробами и гарантирует (на 90%) успех в борьбе с «плохими» бактериями.
В этой статье Вы узнаете, как поддержать здоровье микробиома самостоятельно.
1. Больше органических продуктов в рационе питания
Что человек может сделать, чтобы поддержать полезные бактерии? Самый надежный и действенный способ, позволяющий изменить состав микрофлоры кишечника в лучшую сторону - это избирательность в отношении продуктов, которые составляют ежедневное питание. Сертифицированные органические продукты с высоким содержанием клетчатки, ферментированные ингредиенты способны помочь в укреплении здоровья кишечника.
Не стоит опасаться, что натуральные продукты, выращенные фермерскими хозяйствами, на дачах, могут быть загрязненными, в отличие от произведенных в промышленных масштабах, где широко применяются антибактериальные препараты и различные химикаты для борьбы с вредителями и патогенами. Напротив, обработанные продукты включают синтетические компоненты, которые вредят хорошим бактериям.
Ученые все чаще говорят о том, что полезно есть растительные продукты прямиком с грядки. Например, в своей книге «Лечение грязью» нейропедиатр Майя Шетра-Клейн утверждает, что овощи, выращенные в здоровой почве, поддерживают баланс микробиома человека, способствуя укреплению здоровья.
2. Цельное зерно и другие источники клетчатки
Цельнозерновые и другие продукты, содержащие много пищевых волокон, богаты олигосахаридами, сложными углеводами, которыми питаются микроорганизмы. Это - пребиотики, которые в большом количестве содержатся в:
- овсянке;
- гречке;
- коричневом рисе;
- киноа;
- цельной пшенице и т. д.
Они стимулируют рост полезных микробов гораздо эффективнее, чем очищенные зерна и просеянная мука. Министерство сельского хозяйства США (USDA) рекомендует употреблять 14 граммов клетчатки на каждую 1000 потребляемых калорий.
Профилактика предполагает постоянное присутствие пищевых волокон на тарелке. Регулярно добавляйте в свой рацион:
- хлеб из цельной пшеницы (в порционном ломтике содержится около 3 граммов клетчатки);
- несладкие плоды, ягоды с высоким содержанием клетчатки (например, среднее яблоко содержит около 3,5 грамма клетчатки);
- съедобные водоросли;
- овощи и т. п.
Натуральный йогурт является лидером по содержанию живых, активных бактериальных культур. Обычный стаканчик, около 160 г, скрывает миллиарды дружественных микробов.
Профессор медицины, микробиологии и иммунологии Университета штата Мичиган Мэри Х. Вейсер, утверждает, что ферментированные продукты, содержащие живые культуры, в том числе кефир, кимчи, квашеная капуста, моченые яблоки, огурцы и прочие овощи и фрукты помогают пополнить количественный состав микробиома и защитить «хорошие» кишечные бактерии.
4. Избегайте продуктов с искусственными подсластителями
По словам Эндрю Гевирта, эксперта из Центра воспаления, иммунитета и инфекций при государственном университете Джорджии, химические вещества, содержащиеся в искусственных подсластителях, вытесняют хороших бактерий и могут существенно увеличивать риски развития ожирения, а заодно всех сопутствующих ему заболеваний:
- метаболический синдром;
- диабет (2 тип);
- атеросклероз;
- кардиопатологии и др.
Многие готовые продукты питания, например, мороженое, пудинги, салатные заправки и т. п., приобретают гладкую, плотную консистенцию благодаря полисорбату 80 и карбоксиметилцеллюлозе (КМЦ). Данные химические вещества не найти в органических продуктах. Попадая в организм человека, они уничтожают кишечный микробиом, провоцируя воспаление. Эксперты называют синтетические эмульгаторы одними из основных виновников всплеска неинфекционной эпидемии метаболического синдрома в мире. Именно они повышают риски развития артериальной гипертензии, провоцируют развитие инсулинорезистентности.
6. Разумное применение антибиотиков
Статистические данные Всемирной организации здравоохранения выглядят довольно устрашающе, так как за последние 50 лет:
- количество пациентов с ожирением выросло на 200%;
- распространенность сахарного диабета увеличилась в семь раз;
- показатели заболеваемости бронхиальной астмой выросли на 250%.
Многие ученые считают, что во многом виноваты антибиотики. Ведь каждое применение антибактериальных препаратов можно сравнить с «ковровой бомбардировкой» кишечной микрофлоры.
CDC сообщает, что третья часть всех эпизодов применения антибактериальной терапии - ошибочна, так как антибиотики используют против вирусов, которые просто не реагируют на них.
Нельзя заниматься самолечением, бесконтрольно употребляя антибактериальные препараты. Если взрослый или ребенок заболел, профилактика рекомендует «бдительное ожидание» под наблюдением врача. При подозрении на вирус специалист посоветует провести несколько дней дома и назначит симптоматическое лечение, чтобы убедиться, что организм самостоятельно борется с инфекцией.
Исследования, проведенные в Швейцарии в 1990-х годах и совсем недавно в США, продемонстрировали, что дети, растущие на небольших фермах, в непосредственном контакте с животными, гораздо реже страдают от симптомов аллергии и бронхиальной астмы. Возможно, это происходит потому, что животные «диверсифицируют» человеческие микробы. Некоторые ученые считают, что домашние животные обеспечивают аналогичные преимущества.
Излишняя чистоплотность может сыграть с человеком «злую шутку», снижая иммунитет и влияя на сопротивляемость инфекциям. Поэтому наука внесла в последние годы важные коррективы в гигиенические правила: не стоит постоянно мыть руки дезинфицирующими средствами или любыми косметическими продуктами, содержащими триклозан. Для профилактики достаточно воды и мыла без антибактериальных добавок.
Кроме провокации резистентности к антибиотикам, данное противомикробное вещество, также содержащееся в некоторых зубных пастах, коррелирует с повышением чувствительности к переносимым по воздуху и содержащимся в пищевых продуктах аллергенах.
По сути, сегодня понятие микрофлоры кишечника или желудочно-кишечного тракта устарело, и в результате исследований и работы многочисленных ученых сегодня введено понятие микробиом как современное расширенное понятие микрофлоры и совокупности не только микробов, но и микробных генов!
В последние годы на передовые рубежи биомедицинской науки стремительно вышло изучение микробиома человека. Термин «микробиом» предложил в 2001 г. лауреат Нобелевской премии Джошуа Ледерберг (Joshua Lederberg) для обозначения суммы всех микробных сообществ, обитающих в организме человека.
Интерес мировой науки к изучению микробиома человека неуклонно возрастает. В 2007 г. Национальный институт здоровья США инициировал масштабный фундаментальный научный проект «Микробиом человека» (Human Microbiome Project), который объединяет разработки ученых из различных стран мира, в т. ч. США (NIH), Австралии (CSIRO), Канады (CIHR), Китая (MOST), стран Европейского союза (MetaHIT Consortium), Сингапура и др.
Итоги десятилетней работы привели к серьезным изменениям во взглядах ученых на биологию человека и развитие многих заболеваний. Прогресс в изучении микробиома и в точке зрения на его роль в поддержании здоровья человека рассматривается как одно из наиболее значимых достижений современной биологии и медицины. В частности, редакция журнала Science в 2010 г. назвала изучение микробиома человека одним из десяти наиболее важных научных направлений первого десятилетия XXI в.
Микробиом человека имеет дискретную организацию и распределен по всем органам, сообщающимся с внешней средой. Фактически любая открытая поверхность человеческого тела заселена микроорганизмами, которые играют важную роль в поддержании иммунитета, обмене веществ, пищеварении и реализации других важных функций. Ротовая полость, желудок, кишечник, верхние дыхательные пути, мочеполовая система, кожа, глаза, волосы, нос, уши содержат свой собственный уникальный специфический и очень сложный микробный комплекс, состоящий из отличающихся друг от друга видов с определенным набором функций. Специфические микробиомы недавно обнаружены также в плаценте, легких и крови, то есть в органах и средах, ранее считавшихся стерильными.
Большинство микроорганизмов сконцентрировано в пищеварительном тракте (в ротоглотке, желудке и кишечнике содержится до 75% микробных популяций); мочеполовые пути у мужчин заселяют до 2-3% микроорганизмов, у женщин - до 9-12%; 13-23% микробиоты колонизирует все остальные биотопы. Только в толстой кишке взрослого человека насчитывается 1014-1015 клеток микроорганизмов (не менее 1012 микробных клеток на 1 г содержимого), что превышает число клеток тела человека почти на два порядка.
Каждый локальный микробиом характеризуется индивидуальным составом и функциями, на которые оказывают влияние анатомические и физиологические особенности заселяемого органа. Специфическая для конкретной экосистемы симбиотическая микробиота посредством конкуренции за сайты адгезии и путем стимуляции иммунных ответов защищает свой биотоп от патогенной колонизации посторонними микробами. Вместе с тем все микробные сообщества, обитающие в различных локусах тела человека, находятся в постоянном взаимодействии между собой и макроорганизмом, образуя единую надорганизменную систему.
Достижения современной биологии и медицины позволяют рассматривать микробиом как дополнительный орган человека, который, активно участвуя в пищеварении, многочисленных метаболических процессах, поддержании целостности эпителиального барьера, формировании колонизационной резистентности, обезвреживании эндо- и экзогенных токсинов, развитии и поддержании иммунной системы и ряде других физиологических функций, оптимизирует условия для нормального функцио-нирования организма человека в целом.
Давно признан факт, что традиционные микробиологические методы не в состоянии предоставить объективную информацию относительно видового разнообразия и популяционного уровня различных представителей микробиома человека, поскольку преобладающая часть прокариотических микроорганизмов (бактерий и архей) не культивируется в лабораторных условиях. С помощью классической методологии невозможно также проанализировать механизмы популяционных взаимодействий микробиоты, основанных на специфических сигнальных системах общения как внутри микробного сообщества, так и в ходе его взаимодействия с организмом человека. Поэтому еще недавно наши знания о составе симбиотической микробиоты, населяющей тело человека, были весьма скудными и противоречивыми.
Использование возможностей для изучения микрофлоры, ранее недоступной для исследований, изменило многие устоявшиеся взгляды на состав микробиома человека. Например, по результатам генетического анализа образцов, отобранных из различных биотопов здоровых добровольцев (15 мест на теле 129 мужчин и 18 - на теле 113 женщин), было установлено, что в организме человека обитает >10 тыс. видов различных микробов, включая бактерии, археи, грибы, простейшие и вирусы. При этом большинство видов бактерий и архей оказались некультивируемыми in vitro. Общая масса клеток всех представителей микробиома в среднем составляет 3% от массы тела человека. Таким образом, микробиом является одним из самых крупных органов человека.
Суммарное число генов микробиома (метагеном), по крайней мере, в 100 раз больше человеческого генома. Микробиом добавляет к примерно 30 тыс. генам человека еще около 12 млн дополнительных генов микробной природы. Такой огромный арсенал генных продуктов обеспечивает широкий набор различных биохимических и метаболических активностей, рацио-нально дополняющих физиологию организма человека.
Исходя из результатов исследований микробиома человек представляет собой «суперорганизм», где только 10% клеток принадлежит телу человека, а 90% - микробиому. Обмен веществ этого «суперорганизма» в значительной степени определяется ферментами, гены которых локализованы не в человеческих хромосомах, а в геномах симбиотических микробов.
Микробные симбионты человека обладают колоссальным ферментативным потенциалом. Благодаря удивительному видовому многообразию и огромному количеству клеточных популяций кишечный микробиом функционирует как мощный биореактор, контролирующий многочис-ленные метаболические функции, многие из которых все еще не распознаны. Он продуцирует тысячи важных и уникальных веществ, полезных для организма человека.
Фактически метаболические возможности микробиома сопоставимы с функциями печени. Симбиотические бактерии: осуществляют метаболизм плохо перевариваемых полисахаридов; продуцируют необходимые витамины; регулируют липидный обмен; способствуют развитию и дифференциации эпителия и иммунной системы; обеспечивают защиту от инвазии оппортунистических патогенов; выполняют ключевую роль по поддержанию гомеостаза эпителиальной ткани. Недавние исследования показали также, что микробиом человека влияет на развитие и гомеостаз других тканей организма, в т. ч. костной ткани.
Разработка и внедрение в исследовательскую практику методов молекулярно-генетического анализа существенно расширили представления, касающиеся таксономии симбиотической микрофлоры человека. Применение новейших методов исследований, в частности геномного и метаболомного анализа, позволило достичь значительного прогресса в расшифровке таксономического и генетического разнообразия, понимании структуры и функциональной активности микробио-ма человека, его роли в поддержании или расстройстве здоровья.
Обширный анализ нуклеотидных последовательностей 16S рибосомальной РНК (рРНК), амплифицированных из фекальных образцов, был дополнен данными метагеномного секвенирования, что позволило составить общее представление о микробном разнообразии: у здорового человека доминируют бактерии, принадлежащие к типам Firmicutes (65-80% всех клонов), Bacteroidetes (около 23%) и Actinobacteria (около 3%). В меньших количествах присутствуют бактерии типов Proteobacteria (1%) и Verrucomicrobia (0,1%). Представители Actinobacteria и Firmicutes, к которым принадлежат роды Lactobacillus, Bifidobacterium и Propionibacterium, почти исключительно грамположительные, тогда как представители типов Bacteroi-detes и Proteobacteria в основном являются грамотрицательными.
До настоящего времени при рассмотрении симбиотической микробиоты человека основное внимание уделяется ее бактериальным представителям. Бактериальная флора действительно занимает самый большой сектор любого микробио-ценоза. Однако при этом незаслуженно недооценивается значимость других микроскопических обитателей биотопов, в частности архей, грибов, простейших и вирусов, которые при нормальном состоянии микробно-иммунологической системы вносят определенный вклад в выполнение микробиомом своих физио-логических функций.
Например, во всех биотопах человека в высокой концентрации содержатся вирусы. Расшифровка генома человека выявила в нем огромное количество вирусного генетического материала: не менее 11% генома человека составляют вирусные гены. В 2010 г. группа ученых из США и Австралии установила, что каждый человек обладает уникальным набором вирусов, обитающих в толстом кишечнике. С момента формирования микробио-ма ребенка одновременно с заселением биотопов бактериями происходит контаминация слизистых оболочек вирусами-симбионтами. Предположительно, вирусные представители биоценозов защищают макроорганизм от своих болезнетворных сородичей и повышают общую сопротивляемость ко многим неблагоприятным воздействиям. Вирусы бактерий - бактериофаги - принимают активное участие в контроле над поддержанием нормального бактериального баланса в биоценозе, а также обеспечивают механизмы генетических рекомбинаций посредством транс-дукции. Благодаря недавним исследованиям американских ученых была вы-двинута гипотеза о том, что бактериофаги, содержащиеся в огромных количествах в приэпителиальных биопленках, могут играть роль весьма важного компонента ответа на инфекции. Выяснилось, что отдельные поверхностные белки фаговых капсидов, своей структурой напоминающие иммуноглобулины, способны присоединяться к гликанам муциновых комплексов и формировать «бактериофаговый» защитный слой, предупреждающий транслокацию бактерий во внутреннюю среду организма («фаговый иммунитет»).
Для детального и объективного изучения взаимоотношений человеческого организма с его микросимбионтами в био-медицинскую науку внедрены новые молекулярные, генетические и биохимические методы (т. н. «ОМИК»-технологии): геномика и метагеномика, эпигеномика и метаэпигеномика, транскриптомика, протеомика, метаболомика, феномика.
Сегодня уже известно, что процесс формирования микробиома начинается задолго до рождения ребенка и в этом процессе задействованы многочисленные механизмы, связанные со здоровьем матери (особенно с состоянием ее микро-био-ма, условиями протекания родов, формой вскармливания ребенка), а также факторы окружающей среды. По мере взросления и старения организма в составе микробиома наблюдаются замет-ные изменения, которые наиболее отчетливо проявляются в пожилом и старческом возрасте. Физиологические изменения, происходящие в теле человека с возрастом, в первую очередь выражаются в снижении биологических функций и способности приспосабливаться к стрессовым воздействиям. Все эти возрастные процессы протекают на фоне серьезных изменений в составе и функциональной активности микробиома. Человек преклонного возраста особенно уязвим к болезням, и в первую очередь связаннным со снижением функциональной активности микробиома.
Микробиом каждого человека индивидуален и уникален по составу. Ученые обнаружили, что не существует какого-то основного состава микроорганизмов, выполняющих определенные функции. Их могут осуществлять разные по составу микробные сообщества, обладающие подобными активностями. Индивидуальные таксономические характеристики микробиома формируются под воздействием многих факторов: местности, где проживает человек, его пищевых привычек, рода занятий, приема лекарственных средств и др. Микроорганизмы одного вида могут заменяться другими, используя при этом идентичную метаболическую стратегию.
Механизмы взаимосвязей между микробиомом и организмом человека исследованы пока недостаточно. Связи эти, без сомнения, очень сложны и включают взаимодействия между отдельными представителями самого микробиома, слизис-тым слоем желудочно-кишечного тракта и других биотопов, иммунной системой и эпителиоцитами.
Полноценный микробиом человека обладает огромным биологическим потенциалом для защиты макроорганизма и его метаболической поддержки. Здоровый микробный орган способен компенсировать достаточно высокий потенциал негативных факторов. И только в случае серьезного повреждения микробиома нагрузка переходит на иммунную систему и другие защитные органы, в которых при потере содействия со стороны физиологической микробиоты происходят патологические изменения, что и приводит к возникновению различных заболеваний и их серьезным осложнениям.
Установлено, что поврежденный микробиом становится фактором развития ожирения, жировой дистрофии печени, инсулинорезистентности, гиперхолестеринемии, аутоиммунных болезней (ревматоидного артрита, рассеянного склероза, псориаза и др.), воспалений в кишечнике, аллергии, отдельных видов рака и многих других острых и хронических патологий. Все больше появляется доказательств, которые дают основание признать связь между расстройствами психического здоровья и нарушениями микробиома. Этот вопрос был поставлен еще работами И. И. Мечникова, а в последние годы функциональный комплекс кишечник-мозг-микробиом интенсивно изучается.
Установлено, что ряд психиатрических заболеваний сопровождается микробиом-ными расстройствами, окислительным стрессом и увеличением уровня воспалительных цитокинов, в частности фактора некроза опухоли, интерлейкина-1 и -6. Предполагают, что на когнитивные способности и поведение благоприятное воздействие могут оказывать методы лечения, предусматривающие восстановление микробиома.
Патологически измененный микробиом зачастую служит пусковым механизмом в развитии болезни, способствует затяжному, хроническому ее течению с развитием метаболических и иммунных расстройств, формированием в организме резервуаров эндогенной инфекции различной этиологии и локализации, к которой легко могут присоединяться экзогенные возбудители, особенно вирусно-бактериальных или бактериально-грибковых микст-инфекций.
В терапии пациентов с такими расстройствами здоровья необходимо применение комплексных схем, в т. ч. направленных на восстановление физиологических функций микробиома и повышение иммунобиологической активности организма.
Особую тревогу вызывает рост числа детей, страдающих тяжелыми микробиомными расстройствами с раннего возраста. Как известно, становление микрофлоры, происходящее на первом году жизни, закладывает фундамент для поддержания здоровья ребенка, его нормального роста и развития. К сожалению, в современных условиях характер первичной микробной колонизации претерпел критические изменения, что связано прежде всего с ухудшением репродуктивного здоровья молодого поколения, увеличением контингента женщин с перинатальными факторами риска, нерациональным медикаментозным лечением. Это приводит к неуклонному увеличению детей с первичными нарушениями в микробной экологической системе.
Именно с нарушениями становления микробиома связаны многие проблемы со здоровьем ребенка, возникающие на первом году его жизни и осложняющиеся в последующем. Дальнейшему углублению микробиомных расстройств, развитию и хронизации инфекционных и соматических заболеваний способствуют многочисленные факторы экологического, трофического, нервно-эмоционального, медикаментозного и другого характера - они оказывают существенное влияние на состояние микробиома человека любого возраста.
Эффективность терапии снижает и применение в лечении больных устаревших подходов, не учитывающих значительный вклад в развитие патологии нарушений в системе микробов-симбионтов. Накап-ливается все больше фактов, свидетельствующих, что ряд широко используемых фармацевтических препаратов губительно влияют на микробиом и иммунитет пациентов.
Вот почему лечение любого заболевания должно быть комплексным и обязательно предусматривать восстановление естественной защитной системы организма, основными составляющими которой являются микробная система, неразрывно с ней связанная иммунорезистентность и антитоксическая защита.
Поддержание физиологического состояния микробиома на всех этапах жизни человека - начиная с внутриутробного развития плода и до глубокой старости - играет значимую роль в улучшении здоровья популяции всех возрастных категорий. Современная наука вполне способна решить эту задачу.
Сегодня наиболее признанными средствами оздоровления микробиома, безусловно, остаются пробиотики, которые уже нашли широкое применение в составе многих лечебных и профилактических схем. При этом продолжают совершенствоваться технологии производства пробиотиков в направлении создания инновационных средств, обладающих направленными механизмами действия, что в перспективе позволит повысить эффективность методов лечения больных и поддержания здоровья в нормальном состоянии.
Благодаря многочисленным исследованиям, проведенным ведущими специалистами в различных областях микробиологии и медицины, удалось достичь значительного прогресса в изучении микробиома и достаточно успешно использовать научные достижения при разработке принципиально новых оздоровительных средств, эффективность которых убедительно доказана клинической практикой. Разработанная серия мультипробиотиков серии Симбитер® и энтеросорбентов серии Смектовит® в настоящее время широко используется в различных областях медицины.
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!
Эмблема проекта
Проект человеческого микробиома был инициативой национальных институтов здравоохранения США (National Institutes of Health, сокращенно NIH) с целью выявления характеристик микроорганизмов, которые встречаются как у здоровых, так и у больных людей.
А с чего все начиналось. Все началось с одного из сюрпризов, обнаруженных при работе проекта «Геном человека». Оказалось, что геном человека содержит только 25000 белок-кодирующих генов. Это примерно пятая часть того, что ожидали найти ученые. Чтобы обнаружить «недостающие части», которые могли бы объяснить это расхождение, исследователи начали искать другие источники генетического материала. Одним из таких источников был человеческий микробиом.
Микробиом — это сложный коллектив микроорганизмов. Причем количество клеток микробов в 3 раза больше клеток нашего тела. Таким образом, для изучения человека как «суперорганизма», состоящего из человеческих и микробных клеток и был запущен проект микробиома человека.
Создан проект в 2008 году. Это было пятилетнее исследование, общим бюджетом115 млн. долл.
Конечной целью этого исследования было проверить, как изменения в человеческом микробиоме связаны со здоровьем человека или болезнью.
Важным компонентом проекта «Микробиом человека» является обширное секвенирование генома, что обеспечивает глубокую генетическую перспективу по некоторым аспектам данного микробного сообщества.
До 2014 года в популярных средствах массовой информации и в научной литературе сообщалось, что в человеческом организме в 10 раз больше микробных клеток, чем в человеческих клетках.
В 2014 году Американская академия микробиологии опубликовала данные, что недавние исследования пришли к новой оценке человеческих клеток — 37 триллионов (против 100 триллионов бактерий). Что немного меняет соотношение — 3:1.
Многие из микроорганизмов, населяющих тело человека, не были ранее культивируемы и идентифицированы. Организмы микробиома человека представлены бактериями, архебактериями, дрожжевыми грибками, одноклеточными простейшими, также различными гельминтами и вирусами.
Проект микробиом человека рассматривается сейчас как «логическое концептуальное и экспериментальное расширение проекта «Геном человека».
Главные открытия Human Microbiome Project на сегодня:
— Микробы вносят больше генов, ответственных за выживание человека, чем собственные гены людей. По оценкам, бактериальных генов в 360 раз больше, чем наших с вами (микробы дают около 8 млн генов).
— Метаболизм различных биологических веществ, например, переваривание жиров, может осуществляться у разных людей разными видами бактерий. Все зависит от наличия гена, который умеет это делать. Проще говоря, неважно, как называется бактерия, а важно — что она умеет делать (поэтому у разных людей в одном биохимическом процессе участвуют разные бактерии).
— С течением времени состав человеческого микробиома изменяется,также под влиянием болезней и лекарственных средств. Однако состав микрофлоры в конечном итоге возвращается в состояние равновесия (хотя может меняться состав бактериальных генов).
— Выявлен переход к меньшему видовому многообразию во влагалищном микробиоме беременных женщин перед родами.
— Есть исследования о роли микрофлоры кишечника в различных заболеваниях пищеварительного тракта, кожи, половых органов.
— В фармацевтике рассмотрели последствия в отношении присутствия «нежелательных» микроорганизмов в нестерильных фармацевтических продуктах.
«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.
