Если бы инопланетяне исследовали человека, они бы подумали, что мы всего лишь рабские организмы, созданные для того, чтобы питать микробы и переносить их. Наши тела содержат в десять раз больше бактерий, чем клеток, и, по оценкам, общая ДНК бактерий насчитывает 3,3 миллиона генов, что в 160 раз превышает количество генов человека. В нашем кишечнике содержится около одного килограмма бактерий, которые помогают переваривать и усваивать пищу, вырабатывают витамины и защищают нас от инфекций.
Вышеупомянутое знание из учебника, но множество недавних исследований раскрывают новые и неожиданные роли для этих маленьких компаньонов. Имеются доказательства того, что кишечные бактерии могут защищать или предрасполагать нас к патологиям, начиная от воспалений и заканчивая диабетом и ожирением. И, как бы неправдоподобно это ни звучало, огромное количество данных показывает, что они могут даже изменять наше настроение и поведение.
Микробы занимают горячее место в научной повестке дня. В мае правительство США запустило Национальную инициативу по микробиому с общим бюджетом в полмиллиарда долларов, в то время как ЕС финансирует более 300 проектов, связанных с микробиомом.
Иоланда Санс, научный сотрудник Института агрохимии и пищевых технологий (IATA) Испанского национального исследовательского совета в Валенсии, Испания, координирует MyNewGut, крупнейший консорциум ЕС в этой области с 30 партнерами в 15 странах. Мы спросили Санса о перспективах исследований и интригующих связях между микробиомом и мозгом.
Из чего состоит наша кишечная флора и как она меняется со временем?
Наш кишечник содержит сложную экосистему бактерий; мы называем это кишечной микробиотой, которая включает не менее 1000 различных видов. Мы получаем большую часть кишечных микробов вскоре после рождения, хотя есть свидетельства колонизации даже во время внутриутробной жизни.
В течение первых 2-3 лет жизни микробиота очень нестабильна по своему составу. Это состояние совпадает с периодом, когда иммунная система еще незрела. На этом этапе на микробиоту сильно влияет диета, например, кормите ли вы грудью или нет.
Когда взрослая диета вступает во владение, состав кишечной микробиоты становится более стабильным, и появляется микробиотический профиль. Обычно это продолжается до старости, когда рацион снова становится менее разнообразным и более нестабильным, как, например, у младенцев. В некотором роде эволюция микробиоты отражает наш рост и старение.
Имеем ли мы, таким образом, своего рода микробную идентичность, бактериальный отпечаток пальца, который уникален для человека?
Да, у каждого человека разное соотношение видов и штаммов бактерий в кишечнике. Если бы мне пришлось поставить цифру, я бы сказал, что около четверти микробиоты уникальна для каждого человека, но точную оценку дать сложно. Кроме того, мы знаем, что наш геном влияет на нашу кишечную флору. Мы не знаем, как это работает, но по крайней мере некоторые особенности нашей микробиоты связаны с нашей ДНК.
Что происходит, когда люди радикально меняют свой рацион? Например, если я стану веганом, изменится ли моя микробная идентичность?
Исследования показывают, что если вы резко измените свой рацион, например, изменив пропорцию клетчатки, белков или жиров, вы увидите относительно быстрые изменения в своей микробиоте. Около 30-40 процентов бактериальных штаммов различаются по своей численности. В некотором роде вы получите новую микробную идентичность, пока снова не измените диету.
Наркотики также могут изменить микробиоту. Недавние исследования, конечно же, указывают на антибиотики, но также и на ингибиторы протонной помпы, противовоспалительные препараты и другие классы лекарств, которые не взаимодействуют напрямую с бактериями. Картина сложнее, чем выглядела несколько лет назад.
Какова связь между микробиотой, мозгом и настроением?
Появляется все больше свидетельств микробной оси кишечник-мозг, в которой бактерии могут влиять на мозг, и наоборот.
Исследователи из Канады обнаружили, что мыши из особо застенчивых видов становились более активными и любопытными после пересадки кишечных микробов от менее заторможенных мышей. Мы знаем, что некоторые штаммы кишечных бактерий продуцируют соединения, влияющие на нервную систему: например, нейротрансмиттеры или метаболиты, изменяющие гематоэнцефалический барьер (барьер, фильтрующий молекулы, проходящие из организма в кровоток - прим. ред.).. примечание). Мы еще не знаем точных механизмов, но совершенно ясно, что кишечные микробы могут влиять на настроение и модели поведения.
Применимы ли эти выводы и к людям?
Большая часть информации получена из исследований на животных, но некоторые данные по людям вполне убедительны. Например, у людей с первичной депрессией наблюдаются изменения в микробиоте.
Кроме того, трансплантация микробиоты пациентов с депрессией мышам может воспроизвести патологию у животных.
Проблема с испытаниями на людях заключается в том, что мы можем анализировать только фекалии пациентов, которые более характерны для бактерий из нижних отделов кишечника. Чтобы получить информацию о других частях желудочно-кишечного тракта, вам нужно будет сделать биопсию и другие инвазивные тесты на здоровых людях, что, конечно, было бы неэтично.
Можем ли мы представить пробиотическую терапию заболеваний мозга у людей хотя бы для облегчения некоторых симптомов?
Было проведено несколько испытаний, в которых пациентам с депрессией давали лечение пробиотиками. Результаты обнадеживают, но это небольшие исследования, и предстоит пройти много шагов, прежде чем мы сможем сказать, действительно ли эти вмешательства работают.
На сегодняшний день мы обнаружили много корреляций между микробиотой кишечника и патологиями: чтобы перейти к терапии, нам необходимо установить причинно-следственную связь и внимательно изучить механизмы, с помощью которых бактерии взаимодействуют с нервной системой.
Каковы следующие шаги, и видите ли вы взаимодействие между проектами Национальной микробиомной инициативы (NMI) в США и ЕС в той же области?
Для дальнейшего прогресса нам необходимо изучить большие группы пациентов и интегрировать различные подходы -омики, такие как геномика и протеомика. Это философия, лежащая в основе NMI, и это то, что мы делаем с европейским проектом MyNewGut. Мы должны признать, что США инвестируют гораздо больше, чем Европа, но есть много возможностей для сотрудничества. Мы стараемся сделать так, чтобы большая часть геномных данных была открыта и доступна всему научному сообществу.
НМИ открыт для партнеров из ЕС, и многие европейские консорциумы, включая наш, имеют партнеров по обе стороны Атлантики. Проблема в том, что американские партнеры не могут получить доступ к финансированию из ЕС и наоборот. Есть много будущих проблем, которые мы должны решить вместе. Нелегко перенести результаты исследований мышей на людей, но я думаю, что мы движемся в многообещающем направлении.