Микробиом кишечника: как он влияет на наше здоровье?

Мы носим в кишечнике до 2 кг микробов. Среди десятков триллионов микроорганизмов, обитающих там, есть как минимум 1 000 видов бактерий, несущих более 3 миллионов генов. Более того, две трети микробиома кишечника уникальны для каждого человека. Но не все знают, как именно микробиота влияет на здоровье.

Большинство из нас осведомлены о том, что бактерии в нашем кишечнике играют важную роль в пищеварении. Когда желудок и тонкий кишечник не в состоянии переваривать определенные продукты, которые мы едим, микробы из кишечника вступают в игру, чтобы помочь, обеспечивая получение нами необходимых питательных веществ.

Кроме того, известно, что бактерии кишечника способствуют образованию некоторых витаминов, таких как витамины группы В и К, и играют важную роль в иммунной функции.

Однако все больше исследователей пытаются узнать больше о том, как бактерии кишечника – особенно те, которые уникальны для каждого из нас – влияют на наше здоровье и риск заболеваний.

Возможно, наиболее изучено, как микробиота кишечника влияет на риск ожирения и других метаболических состояний у человека. В ноябре 2014 года, например, Medical News Today сообщил о исследовании, утверждающем, что наша генетическая предрасположенность формирует тип бактерий, которые обитают в кишечнике, что может влиять на вес.

В этой статье мы рассмотрим ожирение и некоторые другие состояния здоровья, которые могут быть вызваны нашей микробиотой кишечника.

Формирование микробиоты кишечника

Долгое время считалось, что формирование микробиоты кишечника начинается только после рождения, а пищеварительный тракт плода — стерильная среда.

Согласно информационному сервису Gut Microbiota Worldwatch,  пищеварительный тракт новорожденного быстро населяется микроорганизмами от матери и окружающей среды.

Например, микробиота кишечника младенца может зависеть от того, было ли грудное вскармливание. Gut Microbiota Worldwatch объясняет, что кишечник грудных младенцев в основном состоит из Bifidobacteria – считаемых «дружественными» бактериями, благотворно влияющими на кишечник, в то время как у малышей на искусственном вскармливании этих бактерий, вероятно, меньше.

Тем не менее некоторые исследования предполагают, что формирование микробиоты кишечника начинается до рождения.

Исследование 2008 года, опубликованное в журнале Research in Microbiology, выявило бактерии, включая Enterococcus и Staphylococcus, в ранних фекалиях новорожденных мышат— это указывает на то, что бактерии передаются от матери из ее кишечника в кишечник плода во время беременности.

В этом исследовании группе беременных мышей также подселили бактерию Enterococcus fecium, выделенной из грудного молока человека. Мышат доставили при помощи кесарева сечения за 1 день до предполагаемой даты родов, и был произведен анализ их мекония (первородного кала). Исследователи выявили наличие E. fecium в их фекалиях, но ни малейшего следа не было обнаружено в меконии контрольной группы.

«Основываясь на общей совокупности доказательств, пришло время отказаться от парадигмы о стерильной матке и признать, что нерожденный ребенок впервые получает микроорганизмы в утробе матери», сказал Сет Борденстайн, биолог из Университета Вандербильт в Нэшвилле, штат Теннесси, в беседе с The Scientist в прошлом году.

Чем разнообразнее наши бактерии в кишечнике, тем лучше. В то время как дебаты о том, рождаются ли младенцы с бактериями в кишечнике, продолжаются, кажется, что ученые согласны в одном: с рождения до старости наша микробиота постоянно эволюционирует.

Как уже упоминалось, две трети микробиома кишечника уникальны для каждого человека, и то, что делает ее особенной, – это пища, которую мы употребляем, воздух, который мы дышим, и другие факторы.

Но как это уникальное микробиомное разнообразие влияет на наше здоровье? Этот вопрос вызывает все больший интерес у исследователей.

Ранее проведенные работы предполагают, что  широкое разнообразие бактерий в кишечнике лучше для человеческого здоровья. Недавнее исследование, о котором сообщал MNT, например, выявило, что у младенцев с менее богатой микробиотой в кишечнике в возрасте 3 месяцев была более высокая вероятность развития аллергии к определенным продуктам – включая яйца, молоко и арахис – к возрасту 1 года.

Однако последствия бедного микробиома кишечника не ограничиваются этим. Вас, возможно, удивит, как отсутствие или переизбыток определенных бактерий может повлиять на здоровье.

Ожирение

Все больше исследований обращают внимание на связь между микробиомом кишечника и набором веса.

Более подробно исследование, проведенное учеными из университетов Корнелла в Итаке, штат Нью-Йорк, и Кингс Колледж в Лондоне, Великобритания, обнаружило, что определенный штамм бактерий – Christensenellaceae minuta – был более распространен у людей с низким весом тела, и что присутствие этого конкретного штамма сильно зависит от генов.

Более того, введение этой бактерии в кишечник мышей привело к тому, что животные набрали меньше веса — а значит, эти бактерии могут уменьшать или предотвращать ожирение.

«Наша работа показывает, что конкретные группы микробов, обитающих в нашем кишечнике, могут защищать от ожирения – и их количество поддается влиянию наших генов», — сказал автор исследования профессор Тим Спектор из Королевского колледжа Лондона. — «Микробиом человека представляет собой захватывающую новую цель для изменений в диете и лечения, направленных на борьбу с ожирением.»

В 2012 году другое исследование, опубликованное в журнале Journal of Proteome Research, предположило, что отсутствие бактерий в толстой кишке может способствовать ожирению, замедляя активность коричневого жира, который защищает от набора веса при стимуляции сжигания калорий и белого жира.

Более позднее исследование предоставляет дополнительные доказательства того, что кишечные бактерии могут влиять на набор веса. Отчет о случае, опубликованный в журнале Open Forum Infectious Diseases, раскрыл, как женщина, подвергшаяся трансплантации фекальной микробиоты (FMT) с использованием донора с избыточным весом, быстро набрала вес после процедуры.

Вопрос о том, прямо ли связаны кишечные бактерии с ожирением, до сих пор остается открытым, но это область, которая безусловно заслуживает дальнейших исследований.

Рак

В последние годы ученые все более глубоко изучают связь между микробами в кишечнике и раком.

В исследовании 2013 года, опубликованном в журнале The Journal of Cancer Research, американские исследователи утверждали, что обнаружили конкретные бактерии в кишечнике – Lactobacillus johnsonii – которые могут играть роль в развитии лимфомы, рака белых кровяных клеток.

Другое исследование 2013 года, проведенное британскими исследователями, выявило, что обычная бактерия под названием Helicobacter pylori может вызывать рак желудка и двенадцатиперстной кишки, деактивируя часть иммунной системы, участвующей в регулировании воспаления.

И в 2014 году MNT сообщил о исследовании из Школы медицины Маунт Синай в Нью-Йорке, в котором исследователи связали определенную комбинацию кишечных бактерий с развитием рака толстой кишки.

Но помимо связи с развитием рака, исследования показали, что кишечные бактерии могут быть важными для улучшения эффективности лечения онкозаболеваний.

В 2013 году исследование, проведенное исследователями из Национального института рака, выявило, что иммунотерапия и химиотерапия были менее эффективны у мышей без важных кишечных бактерий, в то время как такие методы лечения значительно лучше срабатывали у мышей с нормальной кишечной микрофлорой.

Похожие результаты были получены в другом исследовании 2013 года французскими учеными. Противоопухолевый препарат – циклофосфамид – оказался намного менее эффективным у мышей с ограниченным количеством кишечных бактерий по сравнению с мышами с нормальной микрофлорой кишечника.

«Оба исследования очень захватывающи, поскольку они показывают начальные связи между микробиотой кишечника и [реакцией на] терапии», сказал Питер Тернбо из Гарвардского университета The Scientist. «Статьи подчеркивают важность микробов в формировании не только нашей первоначальной предрасположенности к болезни, но и нашего восстановления от нее.»

Психическое здоровье

Многие из нас, вероятно, не задумываются о том, как бактерии в кишечнике влияют на психическое состояние, но они играют очень важную роль.

Согласно Американской психологической ассоциации (APA), бактерии в кишечнике производят множество нейрохимикатов, которые мозг использует для регулирования физиологических и психических процессов, включая память, обучение и настроение. Фактически, 95% запаса серотонина в организме производится кишечными бактериями, согласно APA.

С учетом этого, возможно, неудивительно, что бактерии в кишечнике были ассоциированы с рядом проблем в области психического здоровья, включая тревожные расстройства и депрессию.

В 2014 году, например, исследование, опубликованное в журнале Psychopharmacology, показало, что пребиотики – углеводы, способствующие росту здоровых бактерий в кишечнике – могут быть эффективными в снижении стресса и тревоги.

В рамках этого исследования 45 здоровых взрослых были случайным образом разделены на две группы: одной давали пребиотик ежедневно в течение 3 недель, а другой плацебо. Затем все участники подвергались как негативным, так и позитивным стимулам.

Команда обнаружила, что у участников, получавших пребиотик, было меньше вероятности обращать внимание на негативные стимулы по сравнению с теми, кто получал плацебо. У них также были более низкие уровни «гормона стресса» кортизола.

«Мы все время слышим от пациентов, что они никогда не чувствовали себя депрессивными или тревожными, пока не начали испытывать проблемы с кишечником», сказал ведущий автор исследования доктор Кирстен Тиллиш, ведущий автор исследования. «Наше исследование показывает, что связь между кишечником и мозгом двусторонняя.»

Аутизм

По оценкам, аутизм затрагивает 1 из 68 детей в США. Хотя исследования ассоциируют окружающую среду – такую как загрязнение – и генетику как потенциальные причины этого расстройства, ученые все более обращают внимание на роль бактерий в кишечнике в его развитии.

В 2013 году исследование ученых из Университета штата Аризона показало, что у детей с аутизмом уровни трех видов бактерий в кишечнике – Prevotella, Coprococcus и Veillonellaceae – были ниже по сравнению с детьми без этого расстройства.

Более недавнее исследование от команды показало, что концентрации конкретных химических веществ, производимых кишечными бактериями – так называемые метаболиты – в фекальных образцах детей с аутизмом отличались от концентраций, обнаруженных в образцах детей без этого расстройства.

Это побудило исследователей предположить, что микробы в кишечнике изменяют метаболиты, связанные с обменом информацией между кишечником и мозгом, что мешает функционированию мозга.

Дополнительно подтверждая связь между бактериями в кишечнике и аутизмом, является исследование 2013 года, опубликованное в журнале Cell, которое показало, что бактерия Bacteroides fragilis снизила симптомы, сходные с аутизмом, у мышей.

Можем ли мы изменить наши кишечные бактерии?

Поскольку микробиом кишечника подвержен влиянию продуктов, которые мы употребляем, и окружающей нас среды, существуют способы сделать его более здоровым.

По мнению клиники Майо, здоровое питание может способствовать наличию полезных бактерий в кишечнике. Они отмечают, что употребление броженых продуктов – таких как мисо и квашеная капуста – увеличивает уровень брожения бактерий в кишечнике. Кроме того, фрукты и овощи содержат волокна и сахара, которые могут улучшить здоровье кишечных бактерий.

Также физическая активность может быть ключом к улучшению разнообразия бактерий в кишечнике, согласно исследованию, о котором сообщалось MNT в июне 2014 года.

Исследование, опубликованное в журнале Gut, сравнило микробиоту кишечника 40 профессиональных регбистов с двумя контрольными группами. Они обнаружили, что у регбистов уровень бактерий Akkermansiaceae в кишечнике был значительно выше –  это бактерия, которая ассоциируется с сниженным риском ожирения.

В редакционной статье, связанной с исследованием, доктор Джорджина Холд из Института медицинских наук Университета Абердин в Шотландии отметила, что лучшее понимание способов улучшения здоровья через микробиоту кишечника крайне важно: «Поскольку продолжительность жизни продолжает увеличиваться, важно понимать, как наилучшим образом поддерживать хорошее здоровье. И нашей целью не в последнюю очередь должна быть забота о микробиоме».