Внутри каждого из нас скрыт целый мир, изучать который можно всю жизнь. И это отнюдь не метафора, как может показаться на первый взгляд. Тело человека населяет колоссальное множество бактерий, которые ведут себя весьма активно. Кто они для нас: враги или друзья? Чем они постоянно заняты? Можно ли заставить их работать на наше здоровье? И что о них думает наука? Предлагаем разобраться вместе.
Жизнь под микроскопом
Микробиота — это популяция микроорганизмов в определенном органе человека, например, коже, слизистых оболочках, мочеполовой системе, дыхательных путях или кишечнике. В нашей статье как раз речь и пойдёт о последнем. По разнообразию и численности кишечную микробиоту можно называть одной из самых обширных и сложных экосистем организма. По приблизительным подсчётам, она включает более 500 видов бактерий, а их общее число превышает несколько триллионов.
Точкой отсчёта в изучении микробиоты принято считать 80-е годы XVII века, когда голландский натуралист и учёный Антони ван Левенгук изобрёл микроскоп. С его помощью он впервые рассмотрел микроорганизмы полости рта с увеличением более чем в 250 раз. Обнаруженных живых микроскопических существ он назвал «анималькули» (в пер. с латыни — маленькие животные).
Термин «бактерия» появился позже, его ввёл немецкий естествоиспытатель и зоолог Кристиан Эренберг в 1828 году. Он одним из первых стал внимательно изучать виды кишечных бактерий. Немецкий учёный и микробиолог Роберт Кох продолжил развивать это направление и разработал собственную методику определения полезных и болезнетворных микроорганизмов. В частности, выявил возбудителей сибирской язвы и туберкулёза. В этой череде нельзя не упомянуть французского химика и микробиолога Луи Пастера, создавшего целую теорию о том, как различные бактерии влияют на наше пищеварение.
В XIX веке у учёных не оставалось никаких сомнений, что населяющие наш организм микроорганизмы напрямую влияют на работу различных систем и в целом на здоровье. Однако существующих научных методов для полномасштабного изучения этих взаимосвязей на тот период не хватало. В лабораторных условиях удавалось «вырастить» лишь небольшое их количество, а это затрудняло классификацию и дальнейшее исследование.
Настоящий прорыв в изучении микробиоты начался в 70-80-е годы XX века после того, как английский биохимик Фредерик Сенгер открыл метод секвенирования генов. Он первым смог прочесть последовательность цепочек ДНК и РНК и выявить генетические мутации, которые влияют на наследственные заболевания и разные особенности организма. Впоследствии этот метод был успешно применён к анализу микробиоты.
Вымерли, но не исчезли
В 2021 году в одном журнале была опубликована любопытная статья, международная группа экспертов во главе с итальянскими учёными из Болонского университета исследовала обнаруженные на неандертальской стоянке Эль-Сальт фекалии, которым было около 50 тысяч лет. Исследователи выделили из найденных образцов ДНК и воссоздали состав микроорганизмов в кишечнике неандертальцев. Затем они сопоставили эти данные с кишечными бактериями современного человека, и пришли к неожиданному заключению. Оказалось, обе микробиоты удивительным образом схожи. Получается, многие хорошо изученные сегодня микроорганизмы населяли кишечник вымерших древних людей уже сотни тысяч лет назад.
Не менее удивителен тот факт, что перечень изученных бактерий — лишь небольшая часть от общего количества неизученных пока микроорганизмов в нашем теле. При этом нельзя даже утверждать, будто они чётко делятся на вредных и полезных. Ещё один интересный вывод говорит о том, что состояние здоровья человека, помимо всего прочего, зависит и от разнообразия микробиоты. То есть, чем больше разных видов бактерий, тем лучше.
Причём у каждого человека уникальный состав микробиоты. Она начинает формироваться ещё в утробе матери, но меняется на протяжении всей жизни. Американские учёные Медицинского колледжа Бейлора провели исследование и убедились, что плацента беременной женщины содержит неповторимый микробиом, передаваемый плоду. Дальнейшие изменения состава бактерий зависят от гестационного возраста ребёнка (с момента зачатия до рождения), от того как протекали роды, от типа вскармливания, условий окружающей среды и даже от географического фактора.
Каждый занят важным делом
Микробиом кишечника в полной мере можно называть отдельным органом уже только потому, что суммарный вес бактерий составляет от 3 до 5% массы нашего тела. Это больше, чем весят сердце или мозг. Но гораздо важнее то, что микробиота напрямую воздействует на нашу физиологию и процессы саморегуляции — на обмен веществ, кровообращение, уровень сахара в крови, баланс жидкости, температуру тела.
Микробиота выполняет и много других важных функций, например, помогает синтезировать аналоги жизненно важных гормонов. В процессе метаболизма кишечные бактерии продуцируют серотонин, мелатонин, катехоламины, гистамин и ацетилхолин. Многие из этих веществ являются ключевыми нейромедиаторами, воздействующими не только на нервную систему кишечника, но и на центральную нервную систему.
Взаимосвязи мозга и микробиоты посвящена научная статья отечественных специалистов НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи. Они провели серию опытов с участием лабораторных крыс. После введения микрофлоры стерильным грызунам в плазме их крови отмечался повышенный уровень серотонина, в среднем в 2-8 раз выше первоначального. А искусственно созданный стресс с резким выбросом кортизола снижался при введении определённых бифидобактерий.
Другая ключевая функция, которую выполняет микробиота в организме — иммуномодулирующая. Бактерии вырабатывают особые белки и тем самым повышают сопротивляемость патогенным микроорганизмам. Они также сохраняют целость барьера слизистой оболочки. Кроме того, микробиота защищает нас от инфекций и уменьшает воспалительные процессы. Некоторые современные исследования говорят, что микробиота связана с иммунной системой клеток кишечника, за счёт чего снижается общий риск развития воспалительных заболеваний кишечника.
Задействована она и в разных процессах метаболизма. Так, бактерии участвуют в обмене белков, пептидов, желчных кислот, в синтезе некоторых витаминов. Они поддерживают процесс ферментации сложных углеводов, в результате образуются ценные жирные кислоты. Наконец, они сами способны вырабатывать биоактивные метаболиты, благодаря которым происходят многие важнейшие процессы в клетках.
Разнообразие и баланс микробиоты заметно влияет на наше эмоциональное и физическое состояние. Некоторые бактерии выделяют бензодиазепины — особые вещества с мягким успокоительным эффектом. Другие дружественные микроорганизмы создают индолы — вещества, повышающие активность в пожилом возрасте и замедляющие процессы старения.
Мифы о микробиоте
Пожалуй, пришло время развеять некоторые мифы о микробиоте. К примеру, что её средний вес в теле человека колеблется от 1,5 до 2 килограммов. Это одно из самых популярных заблуждений. Опровергается оно простым арифметическим подсчётом. Общий вес содержимого толстого кишечника, по разным данным, составляет примерно от 80 до 450 граммов. Средняя масса стула человека редко бывает больше 200 граммов. Таким образом, несложно подсчитать, что общий вес микробиоты вряд ли может превышать 500 граммов. Хотя в действительности он даже меньше этого значения.
Другое распространённое заблуждение связано с тем, что микробиота настолько обширна, что превосходит суммарное количество всех живых клеток в организме в пропорции 10 к 1. Скорее всего, эта ошибка закралась в расчёты в 70-е годы прошлого века, когда учёные пытались пересчитать все бактерий в теле человека. Современные методы показывают, что в организме условного взрослого мужчины весом около 70 килограммов находится примерно 38 триллионов бактерий и почти 30 триллионов клеток. То есть, мы получаем соотношение примерно 1 к 1.
Микробиота частично или полностью передаётся по наследству — ещё один довольно частый миф. Ранее мы уже упоминали, что она начинает формироваться во внутриутробном периоде, поэтому некоторые бактерии новорождённый действительно получает от матери. Однако среди них крайне мало наследуемых и тех, которые сохранятся в течение всей жизни. Доказано, что даже у однояйцевых близнецов микробиота может разительно отличаться. Состав бактерий у каждого человека во многом формируется и меняется с годами под воздействием окружающей среды, рациона, соблюдения гигиены, приёма антибиотиков, генетики и других факторов.
В научной среде долгое время главенствовало убеждение, что некоторая часть микробиоты не может быть культивирована. То есть, эти бактерии невозможно воспроизвести в искусственных условиях и детально изучить. В действительности это не так, поскольку еще полвека назад у учёных попросту не было необходимых технологических возможностей и практического опыта, чтобы «вырастить» нужные микроорганизмы в лаборатории, но сегодня они успешно культивируют и изучают бактерии.
Питание решает
Наш повседневный рацион напрямую влияет на работу микробиоты. При этом белки, жиры, углеводы и пищевые волокна по-разному воздействуют на качественный и количественный состав кишечных бактерий.
Оптимальной считается модель питания, в которой преобладают растительные продукты, прежде всего свежие овощи, фрукты, ягоды, зелень, бобовые и злаковые культуры. Главная роль отведена продуктам с высоким содержанием пищевых волокон, поскольку именно они улучшают метаболическую активность микробиоты.
Вместе с тем, употребление продуктов животного происхождения, в основном мяса, молока и яиц, желательно ограничивать, поскольку они плохо сказываются на общем разнообразии микробиоты. Преобладание жиров при почти полном отсутствии клетчатки уменьшает количество полезных бактерий, которые усиливают защитную функцию стенок кишечника и подавляют рост патогенных микроорганизмов. В долгосрочной перспективе постоянный перекос в сторону жирной пищи может привести к повышенному уровню аммиака, аминов и фенолов в организме, а заодно к ожирению и сопутствующих хронических заболеваний.
Австралийские эксперты из Университета Саншайн-Коста провели исследование, в котором приняли участие 37 детей в возрасте от 2 до 3 лет. Учёные отметили, что употребление молочных продуктов привело к снижению микробного разнообразия. Тогда как обилие овощей в рационе способствовало активному росту дружественных кишечных бактерий. Соя, бобовые и любые орехи также повышали численность полезных микроорганизмов.
А вот сахар и любые его заменители наоборот, плохо сказываются на составе микробиоты. Особенно вредны продукты со скрытыми сахарами: магазинные соусы, каши быстрого приготовления, кукурузные хлопья, пакетированные соки, замороженные полуфабрикаты, обезжиренные йогурты и колбасные изделия. Продукты с высокой степенью очистки (белая мука, шлифованный рис, манка) полезным бактериям тоже не нравятся.
Живая сила
Усилить микробиоту можно с помощью пробиотиков — дружественных бактерий, содержащихся в специальных пищевых добавках и некоторых продуктах питания, главным образом, ферментированных. К ним относят кисломолочные во всём многообразии: кефир, йогурты без добавок, простокваша, ацидофилин, айран. За счёт естественного сквашивания лактоза распадается, а полезные бактерии наращивают силу. Поэтому кисломолочные продукты полезны для микробиоты, в отличие от молока и его производных. К ферментированным также относят квашеную капусту, кимчи, солёные огурцы, мочёные яблоки, чайный гриб и соевый соус.
Богатым источником пробиотиков считаются и пищевые добавки. Но здесь важно помнить несколько важных моментов. Для максимально эффективного действия пробиотикам необходимо сохранить свои ценные свойства по мере прохождения пищеварительной системы. Ведь работать им предстоит именно в кишечнике, а не в желудке. Кроме того, они должны выжить среди конкурентов и адаптироваться к имеющимся условиям. Наконец, штаммы пробиотиков должны принадлежать к тем же видам, что представлены в составе естественной микрофлоры человека.
Конечно, пробиотики обычно применяют для поддержания и восстановления микробиоты, но это не единственное их полезное применение. Исследование, проведённое корейскими специалистами из Университета Кен Хи, показывает, что они помогают выравнивать баланс «плохого» и «хорошего» холестерина в организме, снижают риск развития сахарного диабета и заболеваний сердца. Объясняется оно тем, что ослабленная микробиота нередко провоцирует нарушения обмена липидов, ожирение, системные воспалительные процессы и окислительный стресс. Кроме того, некоторые бактерии вырабатывают природный аналог инсулина, стабилизирующий уровень глюкозы в крови.
Специалисты из Иорданского университета провели систематический обзор клинических исследований с участием более 4300 пациентов с синдромом раздражённого кишечника. Анализ данных показал, что у тех, кто регулярно получал пробиотики, заметно смягчились симптомы заболевания, а качество жизни улучшилось. Похожие исследования подтверждают, что пробиотики хорошо дополняют лечение и профилактические меры при язвенном колите.
Бактериям в помощь
Несколько слов следует сказать и о пребиотиках, выступающих в качестве «еды» для полезных бактерий. По сути, это пищевые компоненты, которые не перевариваются в кишечнике, но активно стимулируют рост обитающих в нём полезных микроорганизмов.
Содержатся они в некоторых свежих овощах (луке, чесноке, спарже, артишоках, морских водорослях), фруктах (яблоках, незрелых бананах), зелени. Список можно дополнить крупами, у которых сохранена твёрдая оболочка, например, овсянка с минимальной обработкой или бурым рисом. Среди бобовых можно выделить красную чечевицу и кукурузу.
При достаточном количестве пребиотиков пробиотические штаммы развиваются особенно интенсивно и наращивают потенциал. Такая комбинация называется синбиотиком и тоже эффективно работает при различных заболеваниях. Например, исследование иранских экспертов из Исфаханского медицинского университета показало, что использование синбиотических добавок при лечении пациентов с неалкогольной жировой болезнью печени оказывает положительное воздействие на различные факторы воспаления, выработку ферментов печени, изменения массы тела и уровня сахара в крови.
Однако в большинстве своём подобные исследования говорят, что эффективность пребиотиков во многом зависит от типа штаммов. И для получения более убедительных доказательств о реальной пользе, требуются дополнительные исследования.
Вот такая она, жизнь внутри нас. Кажется, на сегодня микробиота изучена всесторонне, и принципы её устройства понятны. Однако учёные не перестают обнаруживать в ней нечто новое и удивительное. Впрочем, имеющихся знаний вполне достаточно, чтобы сохранить мир внутри нас целым и невредимым.