Внутренний мир

Имя им – легион. Их больше, чем людей, которые когда-либо рождались на свет. В организме моих собственных генов - как минимум в 100 раз меньше, чем их. Если хорошенько подумать, то я – это мои микробы. Примерно так научный журналист Эд Йон (Ed Yong) с BBC рассказывает про суперорганизм - объединение человека и его микробиома, сосуществующих и помогающих друг другу.

Мы – это наш микробиом

Самое широкое понимание микробиома - это совокупность бактерий, вирусов, грибов и архебактерий внутри человека и на поверхности его кожи. Часто это понятие сокращают до бактерий, а для остальных сообществ вводят отдельные названия, например, виром для совокупности вирусов и микобиом для популяций грибов. Микробиом в сбалансированном состоянии называют здоровым.

До недавнего времени совокупность микроорганизмов, живущих в человеческом организме в норме, оставалась малоизученной. Сейчас, благодаря масштабным исследованиям, проводимым в рамках проекта «Микробиом человека» (Human Microbiome Project, HMP), ученые смогли составить хоть какое-то представление о многообразии микрофлоры тела.

Фото: Sisacorn/Shutterstock.com

Подобная стратегия – объединение множества ученых для расшифровки генома и получения огромного массива данных – уже была опробована в рамках гораздо более известного проекта «Геном человека», который совсем недавно отпраздновал свое двадцатипятилетие.

Основной сложностью было то, что вырастить отдельные популяции из микробиома в лаборатории весьма трудно, не говоря о секвенировании сразу множества геномов. Эта проблема была преодолена с развитием метагеномики, которая позволяет анализировать ДНК сразу из образцов без предварительного выращивания. Ученые привлекают для изучения сообществ микроорганизмов и другие методы –  транскриптомику, протеомику и метаболомику. Это позволяет получить данные о развитии популяций, их взаимодействии с человеком и их роли в развитии заболеваний.

Хорошие и плохие

Конечной целью проекта «Микробиом человека» является не только расширение академических знаний, но и их практическое применение. Как оказалось, взаимодействие микроорганизмов с человеческим телом гораздо теснее, чем предполагалось, а к развитию многих болезней приводит именно нарушение баланса «хорошими» и «плохими» бактериями.

Исследователи анализировали образцы с пяти частей человеческого тела у более чем 200 добровольцев. Полученные к 2012 году за 5 лет работы результаты оказались впечатляющими: удалось обнаружить более 10000 разных типов микроорганизмов. Кроме того, оказалось, что до 90% клеток в человеческом теле не принадлежат человеку. Его геном тоже составляет лишь небольшую часть всей ДНК. Таким образом, тело можно считать инкубатором для микроорганизмов, или же, кому как больше нравится, всю совокупность клеток – «суперорганизмом».

Фото: Jarun Ontakrai/Shutterstock.com

Сегодня работа продолжается, и исследователи пополняют «микробную карту» человека. Появляются новые методы статистической обработки данных, созданные специально для оценки метагенома. Уже изучены микрофлора кишечника, ротовой и носовой полостей, конъюнктивы глаза, дыхательных путей, мочеполового трактов, кожи и даже крови, которая ранее рассматривалась как стерильная среда.

Если вы считаете, что микроорганизмы - это просто квартиранты в вашем теле, которых надо изгнать, то это вовсе не так. Они, напротив, помогают многим системам организма функционировать правильно. Сосуществуя бок о бок с человеческими клетками, они принимают участие во многих процессах жизнедеятельности организма, например, в пищеварении. Часть необходимых витаминов (например, В₁₂ и К) человек получает именно от населения микрофлоры кишечника, поскольку они синтезируют эти молекулы в процессе своего метаболизма.

Самый изученный

Микрофлора кишечника – самая изучаемая и изученная часть микробиома. Она является и самой колонизованной частью человеческого тела: концентрация бактерий варьирует от 10-1000 клеток на грамм в верхней части кишечника до 10¹²  в толстой кишке.

Первое, с чем сталкивается ребенок при родах, – вовсе не взгляд любящей матери, а ее вагинальные бактерии. Они и формируют первоначальный микробиом младенца. У детей, появившихся на свет с помощью кесарева сечения, микробиом сильнее отличается от материнского микробиома, чем у родившихся естественным путем, но все же и они получают некоторые организмы как с поверхности ее кожи, так и из ротовой полости. Это показали в своей совместной работе исследователи из Университета Гетеборга (University of Gothenburg) и китайского Института геномики в Шэньчжэне (Beijing Genomics Institute-Shenzhen).

Важным для формирования набора микроорганизмов оказывается и то, находится ли ребенок в первый год жизни на грудном или искусственном вскармливании. Ключевой же момент в созревании «взрослой» микрофлоры кишечника – переход на твердую пищу.

Во взрослом состоянии здоровый микробиом кишечника защищает хозяина от патогенных инфекций. Бактерии, составляющие микробиом, могут конкурировать с болезнетворными микроорганизмами, ведь и тем, и другим нужны схожие питательные вещества и условия окружающей среды (например, рН).

Кишечные бактерии также могут ингибировать рост патогенных бактерий, косвенно усиливая защитные реакции в организме хозяина, что приводит к синтезу антимикробных пептидов и иммуноглобулина А.

Разнообразие и индивидуальность

Уже известно, что набор микроорганизмов в одной и той же части тела разных людей существенно различается. Однако, несмотря на это, в целом микробиомы различных людей выполняют одни и те же функции.

Гарвардская школа общественного здоровья. Фото: hsph.harvard.edu

Сейчас ученые из Гарвардской школы общественного здоровья (Harvard T.H. Chan School of Public Health) под руководством Эрика Францосы (Eric Franzosa) пришли и к более интересному выводу: микробиом каждого человека настолько уникален, что его можно было бы использовать вместо отпечатков пальцев для идентификации! Впрочем,это порождает и новые вопросы: безопасно ли с точки зрения приватности делиться с учеными своим микробиомом?

Наконец, по мнению исследователей, за манипуляциями с микробиомом конкретного пациента кроется светлое терапевтическое будущее. С ним связывают не только воспалительные заболевания, но и психические. Об этом «МедНовости» расскажут в следующей статье.