Непростые отношения между человеком и его бактериями. Что такое микробиом нашего тела

Источник материала:

Блог Talon.by написал о том, что такое микробиом нашего тела: как о нем впервые узнали, как менялись отношение к бактериям на протяжении столетий и, наконец, почему человек никогда не будет одинок.

— Это рассказ о непростых отношениях между человеком и его бактериями. Все началось с непонимания и отторжения, но закончилось яркой дружбой, которая, возможно, перерастет в длительную любовь. Однако впереди еще много нерешенных вопросов.

Отрицание

По мере становления цивилизации у человечества росла уверенность в том, что оно является вершиной эволюции. Ее самой значимой ступенью, которая призвана подчинить себе все нижние уровни. Для этого, в общем-то, были свои основания — хотя эпидемии, которые периодически охватывали мир и выкашивали целые города, намекали, что все не так просто.

Время от времени ученые задумывались о существовании особого мира, который остается невидимым нашему глазу, но влияет на нас и наше здоровье. К сожалению, имеющиеся технологии не позволяли разглядеть его — до тех пор, пока в конце XVII в. нидерландский натуралист Антони ван Левенгук не сконструировал свой первый микроскоп.

Это устройство более походило на дверную защелку, нежели на современный аппарат. И тем не менее, оно позволило Левенгуку увидеть и описать бактерии, простейшие, эритроциты, почкование гидр и многие другие вещи из удивительного микромира. Это дало много ответов, но подняло еще больше вопросов, одним из которых был следующий: насколько враждебны эти маленькие друзья?

Гнев

Ответ нашелся довольно быстро — буквально сразу после того, как были открыты первые безусловно патогенные бактерии, возбудители инфекционных пандемий прошлого. Основным и наиболее эффективным методом борьбы с ними была качественная и повсеместная гигиена. Из этого последовал очевидный вывод: человеческое тело должно быть максимально чистым, без каких-либо бактерий, вирусов и др.

Первым увлечением человечества стала повальная гигиена — наше тело должно быть максимально чистым, без каких-либо бактерий, вирусов и др.

Причем данная идея активно поддерживалась обществом и продержалась очень долго — фактически, вплоть до конца XX в. единственным взаимодействием с микроорганизмами, которое рассматривалось в принципе, было их полное уничтожение.

Для этого появилось множество различных продуктов: моющие и чистящие средства с поверхностно-активными веществами (ПАВ), антибактериальные мыла, гели и др. Все они были направлены на поддержание максимально чистой, можно даже сказать стерильной среды, в которой будет жить и процветать человек.

Но что-то пошло не так.

Торг

На фоне общей чистоты и благополучия выросло количество аллергий и аутоиммунных патологий — астмы, экземы, поллиноза и многих других. Идея о возможной связи между ростом аллергических заболеваний и уменьшением числа бактерий на и в человеке, явившимся следствием чрезмерно активной и массовой гигиены, была впервые предложена в 1989 году.

Ее изложил доктор Дэвид Стрэйчан в виде так называемой гигиенической гипотезы — Hygiene hypothesis. В ней он указал, что более низкая инфекционная заболеваемость в раннем детстве может способствовать росту атопических патологий во взрослой жизни. Проще говоря, чем больше мы избегаем болезней в юности, тем хуже нам будет в дальнейшем. Эта простая идея говорит о том, что рост числа аллергий является неизбежной платой за свободу общества от инфекционных заболеваний.

Хотя фактические данные подтверждали указанную концепцию, гигиеническая гипотеза рассматривалась многими как вводящее в заблуждение и в корне неверное понятие с далеко идущими последствиями для общественного здравоохранения.

Однако зерно сомнений было посеяно — и постепенно оно дало всходы. В какой-то момент ученые задались простым и одновременно сложным вопросом: сколько клеток и сколько бактерий в человеке? Для анализа они использовали тело стандартного мужчины, которому дали следующее определение: «Эталонный мужчина обладает возрастом 20−30 лет, весом 70 кг и ростом 170 см».

После тщательных подсчетов было установлено, что тело среднестатистического человека состоит из 30×1012 клеток, причем 84% занимают эритроциты. То есть мы не только на 80% состоим из воды, но и на 84% — из клеток крови. Интересно, что масса эритроцитов при этом крайне мала — всего 3 кг. Зато мышечные клетки у 70-килограммового человека весят целых 20 кг, занимая ничтожные 0,001% по количеству.

Но все это меркнет перед числом бактерий — 38×1012, то есть почти на 27% больше, чем самого человека. Вы просто задумайтесь: в каждом из нас бактерий больше, чем нас самих. Другое дело, что они крайне малы, поэтому общая масса микроорганизмов не превышает 0,2 кг.

Очевидно, что все это разнообразие невидимых глазу друзей нужно было как-то назвать и изучить. С неймингом помог американский генетик и биохимик Джошуа Леденберг, предложивший в 2000-х годах термин «микробиом человека». А для исследований в 2007 году создали проект по изучению микробиома человека — The Human Microbiome Project или HMP.

Депрессия

Миссия HMP заключалась в характеристике бактерий человека для понимания того, как микроорганизмы влияют на него самого и течение болезней. Сперва были охарактеризованы микробные сообщества 300 здоровых людей в нескольких участках тела: носовые ходы, полость рта, кожа, желудочно-кишечный и урогенитальный тракт.

Для анализа использовалось так называемое секвенирование генома 16S рибосомальных РНК (рРНК) методом дробовика — Shotgun 16S rRNA sequencing. Его смысл заключался в «стрельбе вслепую» по геному, то есть постепенном выявлении последовательностей нуклеотидов. С каждым «выстрелом» неисследованных областей становилось все меньше, и в какой-то момент ученые собрали воедино весь бактериальный геном.

Метод дробовика представляет собой высокотехнологичную квинтэссенцию «метода научного тыка». Хотя он гораздо более информативен по сравнению с традиционными посевами бактерий на питательные среды.

Проект HMP завершился в 2013 году — за это время было собрано более 14,23 терабайта данных, которые лежат в свободном доступе на официальном сайте. Полученная информация не только не помогла ответить на все поставленные вопросы, но лишь принесла новые. Это заставило ученых начать вторую фазу проекта, которую назвали интегративный проект по изучению микробиома человека — The Integrative Human Microbiome Project или iHMP. Он исследует болезни и особые состояния организма в их тесной связи с микробным сообществом.

Принятие

Сегодня известно, что наиболее распространенными филумами (или типами) бактерий на и в человеке являются актинобактерии, протеобактерии, фирмикуты, бактероиды, циано- и фузобактерии. Их можно найти на поверхности кожи, в просвете желудочно-кишечного тракта, сосудистом русле, ушных и носовых ходах, а также многих внутренних органах и областях тела. Бактерии могут быть резидентными, то есть присутствовать в конкретном ареале постоянно, или транзиторными — они появляются время от времени и быстро исчезают.

Большинство исследований микробиома человека сосредоточено на желудочно-кишечном тракте (ЖКТ), поскольку считается, что эти микроорганизмы наиболее активно влияют на наше здоровье. Микробиом ЖКТ чрезвычайно разнообразен, при этом у каждого человека он обладает своими, порой весьма значительными, особенностями.

В нормальных условиях подавляющее большинство микроорганизмов ЖКТ и не только являются комменсальными, то есть полезными или нейтральными для нас. Они способствуют пищеварению, укрепляют иммунитет и предупреждают внедрение патогенных бактерий. Ряд исследований показали, что сокращение разнообразия микробиома ЖКТ связано с такими заболеваниями, как экзема, бронхиальная астма, сахарный диабет и ожирение, различные типы аллергий, воспалительные заболевания кишечника и другими. Также было отмечено, что изменение микробиома внешними факторами, такими как рацион питания, может помочь справиться с целым рядом проблем со здоровьем.

На коже также есть много бактерий, которые выполняют различные функции: защищают нас от проникновения патогенов, модулируют иммунный ответ, поддерживают целостность верхнего слоя — эпидермиса, подавляют воспаление, управляют активностью противомикробных цитокинов и даже регулируют продукцию кортизола эпидермальными кератиноцитами, то есть играют роль гормонов!

К слову, каждый час человек выбрасывает в воздух около 37 миллионов бактерий и 7 миллионов грибов. Вы только вдумайтесь: ежедневно каждый из нас создает вокруг себя невидимое облако из почти 1 млрд бактерий и 168 млн грибов. Каждый человек на планете — каждый день.

И вся эта без преувеличения орава микроорганизмов обладает собственным геномом, которого во много раз больше, чем нашего собственного. Просто для справки: в кишечнике находится около 1000 видов бактерий, по 2000 генов на каждую. Суммарно это составляет 2 млн генов, тогда как у человека всего 20 000 генов.

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.

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.