Микробиота человека, её влияние на здоровье и развитие заболеваний

Ученые называют микробиоту особым органом, от которого зависит работа эндокринной и иммунной систем, сердца и даже мозга. Последние исследования выявили взаимосвязь микробиоты с развитием ожирения, сахарного диабета, онкологии, болезни Паркинсона, аутизма и других патологий. Разберемся, как живущие в человеческом организме микробы влияют на здоровье человека и как с помощью их регуляции можно предотвратить серьезные заболевания.

Микробиота: что это такое

Микробиота – сообщество микроорганизмов, которые живут в симбиозе (взаимовыгодном сожительстве) с человеком. Помимо микроскопических «сожителей» в кишечнике, микробная популяция включает микроорганизмы в полости рта, на коже и мочеполовых органах. Также недавние исследования подтвердили наличие микробиоты в легочной ткани, которая ранее считалась стерильной.

В человеческом организме проживает более 10 тыс. видов различных микробов, в общей сложности до 100 триллионов микроорганизмов. Около 70% наиболее важных из них заселяют кишечник. Наиболее многочисленные популяции:

• фирмикуты (Firmicutes) – лактобактерии, стрептококки и энтерококки высвобождают энергию из пищи;
• бактериодеты (Bacteroidetes) – микроорганизмы толстого кишечника расщепляют углеводы и белки;
• протеобактерии (Proteobacteria) – живут исключительно в тонкой кишке.

Около 1% микробиоты кишечника составляют грибы Candida, вирусы, простейшие и гельминты. На каждом участке ученые фиксируют определенное соотношение разных видов микроорганизмов. Состав микробной популяции зависит от следующих факторов:

• Возраст – у пожилых людей заметно снижено количество актинобактерий (Actinobacteria).и общее разнообразие типов микробов.
• Пол – у женщин больше Bacteroides caccae, а у мужчин преобладают Bacterioides plebeius.
• Тип питания – «западная диета» (много мяса, жиров, простых углеводов и минимуим клетчатки) значительно увеличивает популяцию Alistipes и Bacteroidetes. Употребление цельнозерновых злаков, фруктов/овощей (средиземноморская диета) и кето-диета благоприятствует размножению Firmicutes.
• Вредные привычки – злоупотребление алкоголем чревато увеличением протеобактерий, которые являются главным фактором кишечного воспаления и синтезируют токсины, отравляющие организм.
• Другие факторы – стресс, прием лекарств и т. д.

Влияние микробиоты человека на иммунитет

У здорового человека микробиота пребывает в стабильном состоянии и предупреждает активное размножение патогенных микробов в человеческом организме. Фактически микробиота является защитой от внешних патогенов и, как следствие, развития инфекций. При вторжении инфекционных агентов микробиота начинает с ними конкурировать за питательные вещества, вырабатывает противомикробные субстанции и активирует размножение бактериофагов. Например, собственная кишечная палочка не позволяет размножаться ее патогенным штаммам.

Ожирение

Как бы часто ни говорили о «широкой кости» и гормональных изменениях, основная причина лишнего веса – употребление большого количества калорий и снижение энергозатрат вследствие малоактивного образа жизни. Ожирение часто развивается на фоне следующих факторов, которые влияют на обменные процессы:

• Употребление большого количества углеводов – в микробиоте увеличивается количество бактериодетов, расщепляющих сахар.
• Чрезмерное увеличение популяции фирмикутов – эти бактерии расщепляют пищевые волокна, нерастраченная энергия в итоге утилизируется в виде жировых клеток.
• Питание с высоким содержанием жиров – в этом случае происходит активная гибель микроорганизмов, выделяемые при этом липополисахариды запускают слабую воспалительную реакцию и повышают риск набора лишнего веса.
• Снижение разнообразия микробиома – чем меньше видов полезных бактерий обитает в человеческом организме, тем выше риск ожирения.

Исследования на мышах показали, что у микробиоты есть «память» относительно влияния на метаболические процессы. Бактерии, пересаженные от грызуна с ожирением к здоровому запускают активный набор веса у последнего.

Другие представители микробиоты, напротив, призваны защищать человека от ожирения. Первая из них – бактерия Christensenella, количество которой предается по наследству. Этот факт в совокупности с генетически заложенными особенностями метаболизма у некоторых людей обеспечивает нормальный вес даже при высококалорийном питании. Второй тип «защитников» от ожирения – бактерии Akkermansia. Большая популяция этих микроорганизмов считается маркером здоровья. Помимо ассоциации с нормальным индексом массы тела, эти микробы снижают уровень холестерина и глюкозы в крови.

Важно! Бактерия Akkermansia питается муцином, содержащимся в слизистой кишечника. Поэтому при голодании, когда другие микробы испытывают недостаток питания, эта бактерия активно размножается. Ученые отметили, что Akkermansia сама производит муцин и жирные кислоты, которые защищают слизистую кишечника.

Влияние микробиоты на мозг

Действие микробиоты можно сравнить с приемом лекарственных препаратов: адекватные дозы оказывают охдоравливающий эффект, чрезмерные действуют как яд. Например, крайне полезная бактерия Akkermansia при активном размножении повышает риск развития болезни Паркинсона и рассеянного склероза.

При болезни Паркинсона обнаруживется многочисленная популяция Lactobacillus. Бактериальное разрастание провоцирует чрезмерное употребление молочно-кислой продукции (йогурт, кефир, некоторые виды сыра), колбас, квашеной капусты и соленых огурцов. Однако в целом влияние лактобактерий положительное. Они снижают риск респираторных инфекций и уровень холестерина, благоприятно воздействуют на показатели витамина D в крови. Их недостаток в урогенитальной системе приводит к микробному дисбалансу (вагинозу), повышает риск заражения половыми инфекциями, включая ВИЧ и вирус папилломы человека. Однако избыток лактобактерий в кишечнике снижает количество бактерий, которые продуцируют масляную и пропионовую кислоты, вызывают стойкое нарушение микробиоты. 

Ученые утверждают, что связь микробиоты и мозга работает в обоих направлениях. В процесс включаются вегетативная нервная, иммунная и эндокринная системы. При исследовании на плодовых мушках низкое количество деметилаз гистонов (участвуют в работе моторных нейронов) выявлен дисбаланс кишечной микробиоты и изменения в брачном поведении. При кормлении мышей молочнокислыми бактериями в коре головного мозга активируется ген ГАМК (отвечает, в том числе, за сужение сосудов), снижается регуляция в гиппокампе и других участках. Эти изменения могут привести к развитию мигрени, бессонницы, тревоги, депрессии и спровоцировать нарушение социального поведения.

Важно! При повышенной активности нейроэндокринной системы повышен уровень кортикостероидов. Ученые выявили, что микробиота кишечника способна регулировать степень реакции на стресс. А у пациентов с синдромом раздраженного кишечника на фоне изменения микробиоты, напротив, отмечается повышенная выработка гормонов стресса.

Питание также влияет на ось микробиота – мозг. Так, кето-диета снижает частоту и тяжесть эпилептических приступов. Рацион, насыщенный Lactobacillus reuteri, улучшает регуляцию окситоцина, ускоряет заживление ран и улучшает когнитивные функции. Добавление в питание B. Longum 1714 уменьшает стресс и улучшает память.

Ученые выявили влияние некоторых препаратов на микрофлору и опосредованно на мозговые функции. К ним относятся антибиотики, метформин (противодиабетическое средство), ингибиторы протонной помпы (применяются при язве желудка), статины (снижают холестерин). У некоторых психотропных препаратов выявлено противомикробное действие.

Последние исследования выявили изменение кишечной микробиоты у детей с расстройствами аутистического спектра. Изменение микрофлоры является следствием аутизма вследствие определенных пищевых привычек. Обратная взаимосвязь не выявлена.

Сахарный диабет

Диабет II типа часто развивается на фоне избыточного веса и связан с низкой чувствительностью к инсулину. У диабетиков снижено количество фирмикутов и часто обнаруживаются популяции патогенных микроорганизмов. Цельнозерновая диета на 33% снижает риск высокого сахара в крови! Исследователи утверждают, что употребление большого количества фруктов и овощей не дает такого преимущества. Видимо, это обусловлено большим содержанием простых сахаров в этих продуктах.

Важно! Глюкоза расщепляется при работе мышц. Поэтому регулярные физические нагрузки в совокупности с коррекцией питания могут снизить сахар в крови до нормального уровня и во многих случаях избежать приема лекарственных препаратов.

Язвенный колит, болезнь Крона

При этих заболеваниях иммунные клетки атакуют слизистую кишечника, провоцируя воспаление, язвы, кровотечения и рак (в длительной перспективе). Исследования показывают скудное разнообразие микробиоты при воспалительных патологиях кишечника. Это обуславливает недостаток необходимых для нормальной работы иммунной системы жирных кислот, которые производят микроорганизмы. Поэтому для лечения этих заболеваний активно используются пробиотики (бифидобактерии из рода Actinobacteria), предотвращающие повреждение и отмирание клеток кишечной слизистой. Напротив, увеличение количества некоторых типов бактериодетов (например, Prevotella) провоцирует воспалительную реакцию, синдром раздраженного кишечника и нарушение обменных процессов.

Важно! Большое количество протеобактерий является маркером кишечного воспаления. Также этот фактор ассоциируется со снижением прогестерона у женщин (возможно бесплодие или выкидыши без явной причины), ожирением и алкогольным циррозом.

Акне

Прыщи на коже обычно связывают с пропионобактериями Cutibacterium acnes. Их популяция составляет 90% микробиоты кожи. Это одни из немногих микроорганизмов, которые отлично себя чувствуют в среде, богатой липидами (кожное сало). Последние исследования выявили взаимосвязь акне с дисбалансом разных типов С.acnes и общим изменением микробиоты. Так, на здоровой коже преобладают пропионобактерии 2 типа с геномом защиты, вырабатывающие противовоспалительные интерлейкины-10. При угрях преобладают микроорганизмы 1 типа с генами, определяющими их повышенную агрессивность. Эти бактерии активируют синтез веществ, запускающих воспалительную реакцию.

Другие представители микробиоты помогают бороться с акне. S. epidermidis синтезирует сериновую протеазу, которая разрушает биопленки золотистого стафилококка. Staphylococcus lugdunensis синтезирует лугдунин, который тормозит размножение Staphylococcus aureus, вызывающего инфекции кожи, эндокардит, пневмонию и остеомиелит.

Во многих клиниках проводятся тесты микробиоты. Они позволяют оценить риск развития различных заболеваний и своевременно скорректировать дисбаланс. Напоминаем, прием лекарственных средств, в том числе пробиотиков, без назначения врача чреват нарушением баланса полезной микрофлоры. Рекомендуем обратиться к опытному специалисту, который проанализирует состав микрофлоры и при необходимости назначит эффективное лечение.

 

Автор: Смирнова Ольга Николаевна. Терапевт, врач общей практики. Опыт работы – 14 лет.

Литература

1. Zahraa Al Bander, Marloes Dekker Nitert, Aya Mousa and Negar Naderpoor. The Gut Microbiota and Inflammation: An Overview. Int. J. Environ. Res. Public Health 2020, 17(20), 7618
2. Kaijian Hou, Zhuo-Xun Wu, Xuan-Yu Chen, Jing-Quan Wang, Dongya Zhang, Chuanxing Xiao, Dan Zhu, Jagadish B. Koya, Liuya Wei, Jilin Li & Zhe-Sheng Chen. Microbiota in health and diseases. Signal Transduction and Targeted Therapy volume 7, Article number: 135 (2022).
3. Карпеева Ю.С., Новикова В.П., Хавкин А.И., Ковтун Т.А., Макаркин Д.В., Федотова О.Б. Микробиота и болезни человека: возможности диетической коррекции. Российский вестник перинатологии и педиатрии, 2020.
4. Тикунов А.Ю., Морозов В.В., Швалов А.Н, Бардашева А.В., Шрайнер Е.В., Максимова О.А., Волошина И.О., Морозова В.В, Власов В.В., Тикунова Н.В. Изменение кишечного микробиома пациентов с язвенным колитом после трансплантации кишечной микробиоты. Вавиловский журнал генетической селекции, 2020.