Читать онлайн Полина Мирошникова - PRO полезных микробов и красоту

Наше тело служит пристанищем для триллионов полезных микробов. Невероятно разнообразное и многомиллионное по численности, это микробное сообщество на протяжении долгих лет своей эволюции развивалось в таком тесном симбиозе с человеком, что стало просто незаменимым в жизни своего хозяина, и даже обрело способности влиять на процессы его физиологии. Это сообщество микроскопических жителей в нашем теле называется микробиотой.

Интересно наблюдать, как поменялось понимание роли микробов со времен открытий Пастера и Коха, которые в конце 18 века доказали, что «микробы являются основой болезней» к современным взглядам. Сейчас уже всем известно, что кроме болезнетворных, существует еще и великое множество полезных микробов, которые организованы в естественную микробную популяцию в нашем организме и причиняют нам только пользу. Такие бактериальные популяции составляют резидентную или комменсальную микробиоту, они являются неотъемлимой частью нашей жизни, и обеспечивают фундаментальную поддержку здоровья и благополучия.

И сегодня мы наблюдаем вспышку числа исследований микробиоты, что позволяет все лучше понимать ее незаменимую роль в нашей жизни. Стало совершенно ясно, что кишечная флора активно участвует в пищеварении, расщепляет трудноперевариваемые компоненты пищи, вырабатывает витамины и питательные вещества. Ученые показали, что это мирное сообщество микробов помогает организму сопротивляться вторжению чужеродных болезнетворных микроорганизмов, предотвращать отравления и инфекционные болезни. Микробы внутри нас постоянно влияют на наши гормоны, на работу нервной системы, на иммуннитет и даже на укрепление костей.

Выяснено, например, что нарушения баланса в микробиоме кишечника, из-за неправильного питания, стресса или приема антибиотиков, может привести к кожным заболеваниям. Поэтому продукты, улучшающие баланс кишечной микробиоты, теперь особенно интересны для косметических и фармацевтических компаний. Изучается и микробиота нашей кожи, эти микробы на поверхности нашего тела также необходимы нам с самого рождения и на протяжении всей жизни, как и кишечные внутри. Нарушение баланса микробиоты кожи, может быть связано с кожными заболеваниями, такими как акне, атопический дерматит, фотостарение и рак кожи. Кишечная микробиота со своей стороны может играть роль в формировании угревых поражений, и предполагается, например, что акне – это заболевание, которое связано с состоянием пищеварительного тракта и его микробиома, а использование пробиотиков может уменьшить высыпания на коже.

В последние годы пробиотики и постбиотики становятся все более популярным ингредиентом косметики. Создаются средства с пробиотиками, рассчитыватся формулы микробиом-дружественных продуктов, которые будут содержать пробиотические и постбиотические ингредиенты, способные блокировать воздействия вредного ультрафиолетового излучения, защищать кожу от фотостарения и помогать восстанавливать баланс кожной микробиоты благодаря их антиоксидантной и противовоспалительной активности.

Растет интерес и к пищевым добавкам для улучшения состояния кожи, на основе знаний о том, что существует тесная взаимосвязь между кишечником и кожей. Влияние на разнообразие микробного состава нашего тела с помощью пробиотиков может помочь улучшить пищеварение, уменьшить воспаление, избавиться от лишнего веса, стать более энергичным и меньше болеть. Исследования показывают, что манипулирование бактериальными штаммами микробиома, помогает значительно улучшить не только здоровье, но и внешний вид.

Более 2000 лет назад Гиппократ предположил, что «Все болезни начинаются в кишечнике», но тогда еще не был изобретен микроскоп, чтобы рассмотреть как выглядят начала болезни и здоровья, и в чем же их особенности. Сейчас, благодаря современным технологиям, таким как секвенирование генома, мы можем досконально изучать население нашего кишечника и даже получать информацию о том, какова генетика всего этого интересного сообщества.

По оценкам, число микробов, которые живут в человеке, больше числа соматических и половых клеток человека в десять раз, а количество генов этих микробов превосходят по количеству человеческие гены более чем в 100 раз. Для описания совокупности всех генов из общего количества бактерий, вирусов, грибов, архей и простейших, населяющих организм человека используется термин микробиом.

Заселение желудочно-кишечного тракта комменсальными микроорганизмами начинается еще до рождения, в утробе матери и меняется далее всю жизнь, в зависимости от жизненных событий, регулярно пополняясь новыми поселенцами из внешней среды. В итоге, микробиота желудочно-кишечного тракта состоит из огромного разнообразия видов бактерий, грибов, архей и простейших, которые живут сообща, поддерживая взаимодействие с организмом хозяина. Они постепенно формируют структурно стабильный кишечный микробиом. Кишечный микробиом сейчас считается «скрытым органом» организма и кодирует более 3 миллионов генов, а это в 100 раз больше, чем количество генов самого человека, поэтому его часто называют «вторым человеческим геномом».

Кишечная флора очень разнообразна, и точное количество населяющих кишечник видов еще не полностью известно, по общим оценкам, в пищеварительном тракте человека может быть до 1500 различных видов бактерий. Бактерии в микробиоте кишечника, классифицируются на царства, типы, классы, порядки, семейства, роды, виды и штаммы. Основными бактериями, обнаруженными в кишечнике современными методами исследований, являются Firmicutes и Bacteroidetes, составляющие 90% флоры кишечника, другие бактериальные компоненты включают Actinobacteria и Proteobacteria. Проект «Геном человека», который работал над характеристикой микробиома кишечника, изучая его связи с заболеваниями, идентифицировал 2172 вида из 12 типов микроорганизмов, из которых более 90 % были обнаружены в Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria и Bacteroidetes.

Кишечные бактерии влияют на рост, созревание, деление и обновление клеток стенки кишечника, на проницаемость кишечных стенок, длину и толщину кишечных ворсинок. Микрофлора также влияет на моторику кишечника, играя регулирующую роль в кишечном метаболизме желчных кислот и серотонина.

Конкурируя за питательные вещества, подкисляя кишечную среду и синтезируя бактериоцины, кишечная микробиота подавляет развитие патогенных микроорганизмов и нейтрализует токсины и ксенобиотики. Она также участвует в синтезе некоторых витаминов группы В и витамина К. Исследование на мышах показало, что под воздействием определенной микрофлоры клетки кишечника секретируют иммуноглобулин А, который является ключевым в гуморальном иммунном ответе. Реакции иммуноглобулина А устраняют кишечные патогены и способствуют симбиозу хозяина и микроба.

Полезные кишечные бактерии прикрепляются к рецепторам на поверхности кишечного эпителия, герметизируют кишечную стенку, и поддерживают целостность кишечного барьера. Показано, что под воздействием кишечных микроорганизмов происходит снижение проницаемости кишечника даже для таких токсичных металлов как мышьяк, кадмий, свинец и ртуть (As, Cd, Pb, Hg).

В кишечнике человека доминируют две группы бактерий: грамположительные Firmicutes (Lactobacillus spp., Bacillus spp. и Clostridium spp.) и грамотрицательные Bacteroidetes. Молочнокислые бактерии Lactobacillus проявляют противовоспалительное действие и способность модулировать состав кишечной микробиоты. Они классифицируются как пробиотические микроорганизмы, относятся к типу Firmicutes, классу Bacilli и порядку Lactobacillales, и включают более 50 родов из 6 семейств и более 300 видов.

Тип Bacteroidetes содержит много родов палочковидных бактерий. Некоторые важные роды – Bacteroides, Parabacteroides, Prevotella, Paraprevotella, Alloprevotella, Barnesiella и другие. Эти микроорганизмы широко распространены в окружающей среде, особенно в почве и воде. Они в изобилии присутствуют в кишечнике, составляя ~10^>11 клеток/г и поддерживают симбиотические отношения с хозяином. Некоторые виды родов Bacteroides и Prevotella способны расщеплять полисахариды растительного происхождения, такие как целлюлоза, крахмал, пектины.

Микробиом кишечника также содержит небольшую долю ДНК-вирусов (Anelloviridae, Geminiviridae, Herpesviridae, Nanoviridae, Papillomaviridae, Parvoviridae, Polyomaviridae, Adenoviridae и Circoviridae), и РНК-вирусов (Caliciviridae, Picornaviridae, Reoviridae). Человеческий виром также включает фаги, которые появляются в микробиоме на очень раннем этапе жизни. Они играют важную роль в регуляции бактериальной микробиоты. Наиболее важными генами фагов являются Caudovirales и Microviridae.

Заселение желудочно-кишечного тракта микробами начинается еще внутриутробно. Исследования показали, что микробиом плаценты матери сходен по своему составу с микробиомом ротовой полости ребенка и в обеих средах доминируют Firmicutes, Proteobacteria, Tenericutes, Bacteroidetes и Fusobacteria.

Кишечник у доношенных новорожденных уже не стерильный, и бактерии, присутствующие в нем, также присутствуют в амниотической жидкости, влагалище и полости рта. Дальнейшее заселение микрофлоры происходит во время родов. В случае естественных родов желудочно-кишечный тракт новорожденного содержит бактерии, которые живут в желудочно-кишечном тракте и влагалище матери. Например, Lactobacillus spp. являются доминирующими колонизаторами при вагинальных родах. Тогда как у новорожденных, рожденных путем кесарева сечения, бактериальная флора содержит бактерии, населяющие кожу матери, поэтому у них меньше бактерий типа Bifidobacterium и Bacteroides и больше патогенных Enterococcus, Enterobacter и Klebsiella. Вот почему так важен контакт с материнским телом ребенку сразу же после рождения.

В дальнейшем основным фактором, модулирующим микробиоту кишечника младенцев становится кормление. В первую неделю жизни в микробиоме кишечника доношенных детей доминируют Actinobacteria, Proteobacteria, Bacteroides и Firmicutes (в меньшей степени), тогда как у недоношенных детей это в основном бактерии родов Firmicutes и Tenericutes, а также Actinobacteria (в меньшем количестве). У детей на грудном вскармливании отмечено доминирование Bifidobacterium spp. Напротив, более разнообразная микробиота, которая исключает доминирование Bifidobacterium spp., была замечена у детей, находящихся на искусственном вскармливании.

Затем состав микробиома динамически меняется, пока не достигнет относительно зрелого равновесия примерно в возрасте 3 лет. До этого времени структура микробиоты очень нестабильна и реагирует на изменения в рационе, например на введение твердой пищи, на лекарства или заболевания. Созревание микробиоты кишечника на ранних этапах жизни человека влияет на рост клеток кишечника и на формирование иммунитета посредством метаболитов микробов.

В возрасте от 3 до 5 лет микробиота считается полной. Состав относительно постоянен, но при этом эксклюзивен для хозяина, поскольку становится похожим на микробиоту взрослого человека. На протяжении всей жизни микробный состав будет постоянным, но все же продолжает зависеть от особенностей питания, окружающей среды, образа жизни, приема лекарств, возраста и состояния здоровья.