Микробиома человека что это такое
Наш микробиом – это отдельный орган?
Примечание Лахта Клиники.
Пробиотик – пищевой продукт или пищевая добавка, несущая в себе живую культуру бактерий-симбионтов, присутствие которых в толстом кишечнике критически необходимо человеческому организму.
Пребиотик – волокнистая органическая (преимущественно растительная) пища, которая не расщепляется и не перерабатывается собственными ферментами пищеварительной системы человека, но служит важнейшим ресурсом для кишечной симбиотической микробиоты.
Микробиом, микробиота –принятые в современной медицине собирательные термины, обозначающие всю совокупную популяцию микроорганизмов, существующих в каких-либо пределах (в данном случае имеется в виду толстый кишечник человека). Устаревший и ныне вытесняемый из употребления синоним – микрофлора.
Данная статья представляет собой экстракт нашего общения с двумя врачами-исследователями из Великобритании, специализирующимися в области ожирения и нарушений метаболизма: доктором Петрой Хансон и доктором Томасом М. Барбером. Темой обсуждения выступали микробиом, маркетинговый хайп вокруг пробиотиков и возможные направления будущих исследований. П.Хансон и Т.Барбер работают в медицинском институте и университетском больничном комплексе «Ковентри и Уорикшир» (фонд Национальной службы здравоохранения Великобритании). Оба являются членами Уорикской Сети по борьбе с ожирением.
Внимательно изучив сегодня полки многих аптек и магазинов, можно убедиться в том, что увлечение пробиотиками и спрос на них ничуть не ослабевают, рынок отвечает массой предложений, и все это уже давно не ограничивается одними лишь йогуртами. Пробиотики входят в десятки добавок. Они есть в шампунях, зубных пастах, средствах ухода за кожей, сухих завтраках для людей и кормах для домашних животных. Они присутствуют даже в некоторых гипоаллергенных матрацах.
Шумиха вокруг пробиотиков проистекает от растущего научно-исследовательского внимания и признания важности кишечного микробиома, – совокупности обитающих в толстом кишечнике бактерий.
Исследователи кишечного микробиома изучают его потенциал в плане бесчисленных положительных эффектов и влияний как на физическое, так и на психическое здоровье. Этот потенциал вдохновляет искать здесь новые перспективные подходы к укреплению здоровья, – и, возможно, к профилактике эпидемии ожирений, – посредством оздоровления наших кишечных бактериальных культур. Результаты исследований таковы, что специалисты из Университета Уорика считают возможным и необходимым рассматривать кишечный микробиом почти как полноправный орган.
Действительно: как и прочие органы, кишечный микробиом может вызвать серьезное недомогание и плохое самочувствие, если мы не будем заботиться о нем должным образом. И напротив: за ним закреплена власть способствовать укреплению здоровья и улучшению самочувствия, если бактерии культивируются правильно.
«Мы знаем, что симбиотический по отношению к человеческому организму микробиом критически важен для оздоровлении физиологических процессов. Как показывают наши исследования, он выполняет множество различных функций, – например, участвует в нормальном развитии иммунной системы, в медиации воспалительных путей и метаболических процессов, в регуляции аппетита и так далее».
Доктор Петра Хансон
Недавнее масштабное и высококачественное, в плане организации, исследование, результаты которого опубликованы в авторитетном журнале Nature Medicine, позволило задокументировать ранее неизвестные или недооцениваемые связи между состоянием здоровья и кишечным микробиомом, проследив существенное влияние определенных бактериальных культур на благоприятные и нездоровые исходы.
С жизнедеятельностью некоторых видов бактерий, по всей видимости, тесно связаны плохой аппетит, недостаточная масса тела и сниженный общий воспалительный статус. Недавняя работа специалистов Уорикского медицинского института показала, что другие бактериальные культуры ассоциированы с неблагоприятным состоянием обменных процессов. Более того, есть публикации (журнал Nature), где изучается связь определенных паттернов микробиома с более здоровым старением.
На сегодняшний день мы идентифицировали лишь около 1000 микроорганизмов в человеческом теле, хотя предполагаем, что на самом деле их миллионы.
К тому моменту, когда ребенок достигает трехлетнего возраста, кишечная микробиота в норме окончательно формируется и стабилизируется, однако мы знаем, что различные факторы могут изменить ее разнообразие и развитие. Сюда относятся, прежде всего, генетические факторы, диета, возраст, способ рождения, антибиотики, пробиотики, пребиотики, фекальные трансплантаты.
«До настоящего времени исследования с участием людей-добровольцев носили преимущественно наблюдательный характер. У нас по-прежнему недостаточно доказательств того, что более здоровый, более разнообразный микробиом обеспечивает более здоровый метаболизм; мы пока можем утверждать лишь то, что такие микробиомы связаны с лучшими показателями. Это совсем другой стандарт».
В условиях все более интенсивного научного поиска и растущего со стороны потребителей интереса маркетологи успешно продают массу продуктов, манипулируя непроверенными и никем не доказанными обещаниями. Чтобы преодолеть хаос рекламных заявлений и трезво проанализировать эти предложения, мы должны отличать словесные кружева от фактов. Здесь мы в своих суждениях опираемся на последние научные данные.
Пробиотики
Ученые полагают (PubMed Central, наукометрическая база данных Национальных институтов здравоохранения США), что пробиотики действуют как стабилизаторы баланса в составе кишечной микробиоты, тем самым поддерживая эффективность иммунной системы. Итоги недавно завершенного исследования свидетельствуют о том, что некоторые типы пробиотиков могут положительно влиять на течение определенных заболеваний.
Однако нельзя не уточнить: невзирая на огромную популярность пробиотиков в последние годы, доказательства их полезных эффектов и безопасности (включая возможные побочные эффекты) остаются недостаточными.
Фекальные трансплантаты
Согласно научным данным, доступным в базе PubMed Central, проводились детальные исследования возможных преимуществ все чаще применяемого подхода, который подразумевает трансплантацию фекальных бактерий от здорового донора пациентам, страдающим кишечными заболеваниями, – в качестве попытки восстановить функционирование здоровой кишечной микробиоты. Имеются аргументированные сообщения о том, что такие трансплантаты могут способствовать исцелению или быть средством выбора при различных заболеваниях, в т.ч. при воспалениях кишечника разной этиологии, синдроме раздраженного кишечника, запорах (констипации), метаболических расстройствах, аутоиммунных заболеваниях, аллергии, синдроме хронической усталости и т.д.
Фекальная трансплантация значительно более эффективна, чем пробиотики, – эффект трансплантированной микробиоты сказывается примерно до 24 недель, тогда как пробиотики действуют лишь на протяжении 14 дней.
Пребиотики
Пища растительного происхождения является источником пребиотиков (Wiley, рецензируемый журнал), – веществ, стимулирующих рост кишечных бактерий. Согласно имеющимся данным, пребиотики обладают тремя главными отличительными свойствами:
— сопротивляются всасыванию через кишечные стенки;
— микробиом может ферментировать их;
— могут иметь позитивный эффект для здоровья посредством как прямого, так и косвенного действия на микробиом.
Волокнистая клетчатка, входящая преимущественно в продукты растительного происхождения, является основным источником пребиотиков. Различают два типа пищевой клетчатки: растворимая (способствует снижению уровней холестерола и глюкозы), и нерастворимая (стимулирует кинетику пищеварительной системы)
В свою очередь, главным источником растворимой клетчатки являются фрукты и овощи. Нерастворимой клетчаткой особенно богаты злаковые и цельнозерновые культуры, однако большинство продуктов, где много клетчатки как таковой, несет в себе оба ее типа.
Ныне действующие рекомендации в отношении потребления волокнистой клетчатки взрослыми в большинстве европейских стран и Соединенных штатах составляют 30-35 граммов в день для мужчин и 25-32 г/день для женщин, но в ежедневном рационе большинства людей клетчатки меньше.
Одно из исследований специалистов из Уорика было посвящено этому пробелу. Выяснилось, что большинству из нас следовало бы увеличить повседневное потребление клетчатки примерно вдвое.
Исследования продолжаются. Предстоит найти ответы на множество вопросов – о сложных взаимодействиях кишечника и центральной нервной системы, о роли микробиома в регуляции метаболизма, иммунитета, настроения, общего физического и психического самочувствия и т.д. А пока сформулируем основную идею для широкой публики.
Ешьте побольше растительной волокнистой клетчатки. Ешьте фрукты и овощи. Ешьте разнообразную, желательно не обработанную химией пищу. Ваш бактериальный внутренний орган способен творить чудеса для вас, если относиться к нему с пониманием и заботой.
По материалам сайта Medical News Today
Влияние микробиоты человека на канцерогенез
Роль микробиома в развитии и терапии рака
СОДЕРЖАНИЕ
Практические выводы для непрерывного образования:
Вступление
Рак является ведущей причиной заболеваемости и смертности: только в Соединенных Штатах в 2017 году было зарегистрировано около 1,7 миллиона новых случаев заболевания раком и около 600 000 случаев смерти от рака. 1 В дополнение к огромным страданиям, которые он причиняет, рак является значительным экономическим бременем, а расходы на здравоохранение в Соединенных Штатах превышают 125 миллиардов долларов в год. 2 Несмотря на недавнее, высокоэффективный отчет о том, что рак является в первую очередь стохастическим или «неудачей» из-за накопления спонтанных мутаций во время репликации ДНК в тканях, где стволовые клетки претерпевают относительно большое количество клеточных делений, 3 широко распространено мнение, что окружающая среда существенно влияет на риск развития рака. Многочисленные эпидемиологические и профессиональные исследования подтверждают важность факторов образа жизни и воздействия известных или предполагаемых канцерогенов в развитии рака. На самом деле, по оценкам, до 20% случаев рака вызываются инфекционными агентами 6 ; От 20% до 30% в основном вызваны употреблением табака; и от 30% до 35% связаны с диетой, физической активностью и/или энергетическим балансом (например, ожирение). 7,8 Ультрафиолетовое (УФ) излучение от солнечного света, воздействие алкоголя и многих других веществ (например, асбеста, бензола, радона) также играет определенную роль, как по отдельности, так и в сочетании (т. е. при смешанном воздействии), хотя относительный риск зависит от дозы и продолжительности каждого воздействия и генетического фона каждого человека.
Рис. 1. Стратегия Исследования Микробиома. А) Эта технологическая схема анализа метагеномных последовательностей иллюстрирует процесс, в ходе которого (слева направо) биологические материалы (щечные мазки, образцы кала, биопсии тканей, слюна) забираются у пациентов (случаи) и здоровых контрольных групп. ДНК получают из каждого образца, секвенирование ДНК следующего поколения ( NGS ) выполняется для получения целевых ( 16S рРНК гипервариабельных областей) или считываний цельных геномных последовательностей методом дробовика ( WGS ), вычислительная сборка и анализ микробных последовательностей позволяет оценить структуру микробного сообщества для каждого образца, а (верхний) анализ главных компонентов ( PCA ) представляет собой статистическую процедуру, которая сравнивает степень родства считываний последовательностей между образцами и иллюстрирует взаимосвязь между случаями (красные круги) и контролем (синие круги), которые часто образуют отдельные кластеры с минимальным перекрытием. (Внизу) другие вычислительные методы позволяют количественно оценить обилие различных микробных таксонов при сравнении с базами данных. Анализ данных 16S дает относительное обилие операционных таксономических единиц ( OTUs ) и их филогенетические взаимосвязи. Анализ данных WGS обеспечивает большую таксономическую разрешающую способность, вплоть до обилия специфических штаммов внутри одного вида, которые варьируют в зависимости от содержания генов, включая факторы вирулентности и однонуклеотидные полиморфизмы, и обеспечивает более глубокое понимание путей. WGS предоставляет гораздо больше информации, но является более дорогостоящим и вычислительно трудоемким методом с менее полными ресурсами базы данных, отчасти из-за ограниченного числа эталонных геномов. Более подробную информацию можно найти в других обзорах (например, см. Goodrich et a l9 и Morgan and Hutenhower 11 ). (B) Поскольку изменение микробиома между случаями и контролем может быть либо причиной, либо следствием заболевания, гнотобиотические модели мышей используются для оценки функции специфической микробиоты в организме хозяина. Слева: модели безмикробных мышей, которые первоначально были получены путем кесарева сечения, но теперь получены путем переноса эмбрионов в суррогатных безмикробных самок. Эти модельные мыши колонизированы (в середине) оральным гаважем с одним штаммом бактерий (моноассоциированным), консорциумом специфических бактерий (полиассоциированным) или сложными микробными сообществами (например, трансплантатами фекальной микробиоты), в то время как (справа) мыши содержатся в гнотобиотических изоляторах.
Многочисленные исследования метагеномного секвенирования выявили значительные различия в составе микробных сообществ у здоровых и больных людей (рис. 1А). 6,9,11 В качестве следствия микробиота была вовлечена в возникновение или предотвращение различных болезненных состояний, включая рак и эта идея подтверждается строго контролируемыми экспериментами с использованием моделей мышей-гнотобиотов, колонизированных одной или несколькими специфическими бактериями (рис. 1B). Появляются также доказательства того, что микробиотой можно манипулировать для лечения различных болезненных состояний, включая рак. В этом обзоре мы обсуждаем эти темы в контексте профилактики и лечения рака.
Микробиом Человека
Генетика хозяина влияет на состав микробиома индивидуума, основываясь на исследованиях близнецов, демонстрирующих, что β-разнообразие неродственных индивидуумов превышает разнообразие дизиготных близнецов (имеющие 50% общих генов – ред.), которые, в свою очередь, более разнообразны, чем монозиготные близнецы (имеющие 100% общих генов – ред.). Не удивительно, что некоторые таксоны более наследуемы, чем другие. Рассматривая состав микробиома как сложный признак, общегеномные ассоциативные исследования начали картографировать локусы у людей и мышей. 21 Некоторые из человеческих локусов, ассоциированных с признаками микробиома, находятся в непосредственной близости от локусов, влияющих на риск заболевания. Хотя нарушение равновесия связей затрудняет различие между причинными и связанными однонуклеотидными полиморфизмами, некоторые гены-кандидаты, такие как рецептор витамина D, в настоящее время оцениваются. 22 Однако общая генетическая архитектура, лежащая в основе признаков микробиома, осложнена относительно небольшими размерами эффектов, которые было трудно воспроизвести. Возможно, это неудивительно, учитывая тот большой эффект, который оказывают диета и другие факторы окружающей среды, тем самым представляя собой «шум», маскирующий скромные генетические эффекты. Чтобы устранить это ограничение, было бы полезно объединить исследования диетического вмешательства и исследования общегеномных ассоциаций, примером которых может служить одно недавнее исследование, демонстрирующее, что только люди с определенным генотипом имеют корреляцию между потреблением молока и обилием бифидобактерий. 21, 23
Как уже упоминалось выше, наши диеты влияют на состав нашей микробиоты, хотя долгосрочные модели питания перевешивают краткосрочные изменения в рационе. 24, 25 Неудивительно, что определенная диета выбирает определенную микробиоту вместо другой, учитывая, что различные таксоны кишечной микробиоты обладают различными метаболическими способностями. Недавнее исследование показало, что определенная микробиота может даже исчезнуть. 26 В этом исследовании мыши, получавшие диету с низким содержанием клетчатки, подвергались обратимым изменениям микробиома, что согласуется с ранее опубликованными исследованиями. Но после обеспечения рациона с низким содержанием клетчатки в течение нескольких последующих поколений микробиом, передаваемый от матери, претерпевал прогрессирующую потерю разнообразия, причем некоторые таксоны становились необнаружимыми. Этот вывод идентифицирует трансгенерационный механизм, опосредованный микробиотой, а не эпигенетикой, и может быть актуален для семей, которые потребляют гораздо меньше клетчатки, чем рекомендуется, что не редкость в Соединенных Штатах и других промышленно развитых странах. Множество других факторов влияет на микробиом, включая международные поездки, инфекции и фармацевтические препараты. 27 После таких изменений или после устранения инфекции большинство, но не все, представители комменсальной микробиоты возвращаются к своим базовым уровням. Этот тип неполного восстановления осложняет оценку риска, поскольку преходящее событие может повлиять на подмножество микробиоты долгосрочным образом, что влияет на риск заболевания в более позднем возрасте.
Несмотря на преобладание микробных клеток в организме человека, они имеют небольшие, похожие на митохондрии размеры и в совокупности составляют всего несколько фунтов веса тела каждого человека, что соответствует 2-7% биомассы человека, исключая вес воды. Однако наша микробиота оказывает огромное влияние на биологию человека из-за своей огромной метаболической способности и глубокого воздействия на иммунную систему. Отношения между комменсальной микробиотой и человеком-хозяином являются сложными, которые в значительной степени полезны, но иногда вредны для здоровья человека. С одной стороны, наша кишечная микробиота увеличивает нашу способность поглощать питательные вещества и извлекать калории из нашего рациона.Например, кишечный микробиом высокообогащен генами, участвующими в углеводном обмене, включая ≥115 семейств гликозидгидролаз и ≥21 семейств полисахаридных лиаз. 31,32 Существует недостаток соответствующих генов в геноме человека из-за отсутствия избирательного давления, потому что млекопитающие (и все животные) и их геномы постоянно сосуществовали с кишечной микробиотой и микробиомом. Комменсальная кишечная микробиота также играет решающую роль в развитии и гомеостазе врожденной и адаптивной иммунной систем. Эти полезные функции зависят от эубиоза, при котором микробиота остается либо комменсальной, либо симбиотической со своими хозяевами. Однако трудно определить стандартизированный, идеальный эубиоз из-за огромной вариабельности популяции, и то, что является оптимальным эубиозом у одного индивидуума, может отличаться у другого. Изменения в рационе питания, введение антибиотиков и инвазия патогенов вызывают различные изменения в составе микробиоты у разных людей. Тем не менее, микробиота индивидуума остается в значительной степени устойчивой к возмущениям и может со временем вернуться к базовым уровням. 33 В отличие от эубиоза, при различных состояниях болезни существует измененная структура микробного сообщества, которая называется дисбактериозом. Например, ожирение связано с изменением соотношения 2-х доминирующих типов бактерий в ЖКТ, Bacteroidetes и Firmicutes, и этот таксономический сдвиг увеличивает извлечение калорий и ожирение у мышей. 34,35 Дисбактериоз может увеличить представленность вредной микробиоты, которая продуцирует вредные метаболиты и антигены, приводя к дезадаптивным иммунным реакциям. Эти нарушения особенно актуальны для онкологии, учитывая, что дерегулированный метаболизм и воспаление признаются признаками рака. 36
Патогенные микроорганизмы вызывают некоторые виды рака
Таблица 1. Микробы, отнесенные к классу 1 (канцерогены) Международным агентством по исследованию рака (IARC) 6
Роль микробиоты кишечника в поддержании здоровья
Микрофлора представляет собой метаболически активную и сложную экосистему, состоящую из сотен тысяч микроорганизмов — бактерий, вирусов и некоторых эукариот. Подобно невидимому чулку, биоплёнка покрывает все слизистые нашего организма и кожу. Микробиота объединяет более чем 10 14 (сто биллионов) клеток микроорганизмов, что в 10 раз превышает число клеток самого организма. Микробиота находится в содружественных отношениях с организмом человека: организм хозяина предоставляет среду обитания и питательные вещества, микроорганизмы защищают организм от патогенных возбудителей, способствуют поддержанию нормальных иммунологических, метаболических и моторных функций. Выделяют несколько важных биотопов, которые отличаются плотностью распределения микроорганизмов и составом: кожные покровы, слизистые оболочки ЖКТ, дыхательных путей, урогенитального тракта и проч. Самой многочисленной считается микробиота кишечника, на её долю приходится 60% микроорганизмов, колонизирующих организм человека.
Микрофлора кишечника состоит из группы микроорганизмов, представленных более чем 1000 видами, 99% из которых приходится на 30–40 главных видов. В научных кругах кишечную микрофлору называют также дополнительным органом.
Состояние микробиоты кишечника определяет качество и продолжительность жизни. У каждого человека есть свой индивидуальный характер распределения и состава микробиоты. Частично он определяется генотипом хозяина и первоначальной колонизацией, которая происходит сразу после рождения. Различные факторы, такие как тип родов, кормление грудью, образ жизни, диетарные предпочтения, гигиенические условия и условия окружающей среды, использование антибиотиков и вакцинация, могут определять окончательные изменения в структуре микробиоты.
При изменении состава или функции микробиоты развивается дисбиоз. Дисбиотические состояния изменяют моторику кишечника и его проницаемость, а также искажают иммунный ответ, тем самым создавая предпосылки для развития провоспалительного состояния. Такие изменения, особенно в отношении иммунных и метаболических функций хозяина, могут вызывать или способствовать возникновению ряда заболеваний, например, сахарного диабета, ожирения, неврологических и аутоиммунных заболеваний. Недавние исследования показали, что микробиота участвует в этиопатогенезе многих гастроэнтерологических заболеваний, таких как синдром раздраженного кишечника, воспалительные заболевания кишечника, целиакия, неалкогольный стеатогепатит и новообразования желудочно-кишечного тракта.
Кишечная микрофлора и иммунитет
Кишечная микробиота имеет решающее значение для развития лимфоидных тканей, а также для поддержания и регуляции кишечного иммунитета.
В кишечнике происходит сенсибилизация иммуноцитов, которые затем заселяют другие слизистые оболочки и циркулируют между различными органами. Этот механизм обеспечивает формирование клонов лимфоцитов и образование специфических антител в участках слизистой оболочки, отдалённых от очага первичной сенсибилизации.
Иммунокомпетентные ткани пищеварительного тракта объединены в лимфоидную ткань. Лимфоидная ткань представлена лимфоцитами, расположенными между эпителиальными клетками кишечника, лимфоцитами собственного слоя, пейеровыми бляшками (скопления лимфоидной ткани в тонкой кишке) и лимфоидными фолликулами.
Попавшие в просвет кишечника или на слизистые оболочки антигены распознаются иммуноглобулинами памяти (IgG), после чего информация передаётся в иммунокомпетентные клетки слизистой оболочки, где из сенсибилизированных лимфоцитов клонируются плазматические клетки, ответственные за синтез IgА и IgМ. В результате защитной деятельности этих иммуноглобулинов включаются механизмы иммунореактивности или иммунотолерантности. Благодаря индукции иммунологической толерантности в кишечнике не возникают нежелательные воспалительные реакции против кишечной микробиоты и пищевых белков.
Кишечная микробиота и обмен веществ
Кишечная микробиота вносит непосредственный вклад в метаболизм питательных веществ и витаминов, необходимых для жизнедеятельности организма хозяина, при этом извлекая энергию из пищи. Эта энергия образуется путём реакции сбраживания не усваиваемых углеводов (клетчатки), в результате реакции образуются короткоцепочечные жирные кислоты, водород и углекислый газ.
Короткоцепочные жирные кислоты обеспечивают работу колоноцитов.
Короткоцепочные жирные кислоты считаются тонкими регуляторами иммунитета, энергетического обмена и метаболизма жировой ткани. Например, короткоцепочные жирные кислоты участвуют во взаимодействии бактерий и иммунитета, подавляя сигналы, которые могут привести к развитию аутоиммунных реакций. Пропионовая и масляная жирная кислота положительно влияют на метаболизм глюкозы. Наконец, короткоцепочные жирные кислоты обеспечивают подкисление просвета толстой кишки, предотвращая рост бактериальных патогенов.
Кишечная микробиота принимает непосредственное участие в метаболизме желчных кислот, источником которых является холестерин. В печени из холестерина синтезируются первичные желчные кислоты — холевая и хенодезоксихолевая, которые поступают в кишечник. Бактероиды и лактобациллы далее превращают первичные желчные кислоты во вторичные желчные кислоты — дезоксихолевую и литохолевую. Изменение нормального баланса кишечных бактерий приводит к неадекватному синтезу желчных кислот.
Микробиота и нервная система
Ещё более удивительные данные о взаимосвязи кишечной микробиоты и нервной системы. Микробиота кишечника тесно общается с центральной нервной системой. Микробиота кишечника производит такие нейроактивные молекулы, как ацетилхолин и серотонин, дофамин, которые являются главными медиаторами сигналов в ЦНС, а также регулируют работу мозга через активацию иммунных сигнальных путей. Дополнительно, блуждающий нерв активно участвует в двунаправленных взаимодействиях между кишечной микробиотой и мозгом для поддержания гомеостаза как в головном мозге, так и в кишечнике.
Недавние исследования показали, что микробиом влияет на свойства и функцию микроглии. Микроглия защищает мозг от различных патологических состояний через активацию иммунного ответа, фагоцитоза и продукцию цитокинов. Кроме того, микроглия ответственна за формирование нейронных цепей, которые участвуют в развитии мозга. Различные дисбиотические состояния, в том числе вызванные приёмом антибиотиков приводят к угнетению созревания клеток микроглии. Незрелая микроглия приводит к нарушению иммунной активации.
Астроциты — самая многочисленная клеточная популяция в ЦНС, и они почти в пять раз превосходят численность нейронов. Подобно микроглии, астроциты выполняют несколько важных функций по поддержанию целостности ЦНС, включая контроль кровообращения в головном мозге, поддержание стабильности гематоэнцефалического барьера. Астроциты регулируют баланса ионов и оказывают влияние на передачу сигналов между нейронами. Чрезмерная активация астроцитов является пусковым механизмом в развитии дисфункции ЦНС и неврологических расстройств. Чрезмерная активация происходит под действием метаболитов микрофлоры.
Целостность гематоэнцефалического барьера регулируется также метаболитами микробиоты, которые опосредуют передачу большего количества микробных сигналов между осью кишечник-мозг.
Дисбиоз микробных видов в кишечнике может вызывать атипичные иммунные сигналы, дисбаланс в гомеостазе организме-хозяина и привести к прогрессированию заболеваний ЦНС. Например, рассматривается роль микробиоты в патогенезе рассеянного склероза-заболевания, характеризующимся демиелинизацией аксонов нервных клеток. При болезни Паркинсона, которая проявляется моторными симптомами, включая тремор, мышечную ригидность, медлительность движений и аномалию походки наблюдается накопление α-синуклеина в нейронах. Избыточное отложение α-синуклеина в нервной системе инициируется кишечной микрофлорой до того, как возникают симптомы поражения ЦНС, что связано с некоторыми специфическими пищеварительными симптомами (запоры и нарушение двигательной функции толстой кишки). Бактериальный состав кишечника влияет на болезнь Паркинсона: тяжесть симптомов, в том числе постуральная нестабильность и нарушение походки, связана с изменениями численности некоторых видов Enterobacteriaceae, уменьшение количества Lachnospiraceae приводит к более серьёзному ухудшению моторных и немоторных симптомов у пациентов с болезнью Паркинсона. Болезнь Альцгеймера — ещё одно нейродегенеративное заболевание, которое приводит к серьёзным нарушениям функции ЦНС — обучению, памяти и поведенческим реакциям. Болезнь Альцгеймера характеризуется отложением пептида амилоид-β (Aβ) снаружи и вокруг нейронов, вместе с накоплением белка тау внутри корковых нейронов. Перегрузка амилоидом и агрегация тау нарушают синаптическую передачу. Изменение состава и разнообразия микробиоты вносит определённый вклад в патогенез болезни Альцгеймера. Активированная микроглия способствует развитию заболевания, увеличивая отложение амилоида.
Ожирение и состав микробиоты
При ожирении и сахарном диабете наблюдаются изменения в составе микробиоты кишечника, в частности, снижение популяционного уровня сахаролитических бактероидов, влияющих на интенсивность метаболических процессов, а также увеличение доли бактерий класса Firmicutes (Esherichia coli, Clostridium coccoides, Clostridium leptum). Снижение содержания сахаролитических бактерий уменьшает выработку коротко-цепочных жирных кислот, обеспечивающих трофику и деление эпителия кишечника, его созревание, оказывающих антимикробное действие и регуляторное действие в отношении ионов и липидов.
Дополнительно при ожирении отмечается хроническое системное воспаление, сопровождающееся секрецией провоспалительных цитокинов (интерлейкины — ИЛ, С-реактивный белок, α-фактор некроза опухоли — α-ФНО и др.) в висцеральной жировой ткани. Нарушения в составе кишечной микрофлоры приводят к усилению эффекта системного воспаления за счёт увеличения концентрации бактериальных липополисахаридов, стимулирующих выработку провоспалительных компонентов.
Диагностика состояния кишечной микробиоты
Существует два метода определения микробиоты — стандартный анализ на дисбактериоз и оценка состава микробиоты методом масс-спектрометрии по крови (ГХ-МС). В основе методики масс-спектрометрии лежит определение присутствия микроорганизмов по их клеточным компонентам (высшие жирные кислоты, альдегиды, спирты и стерины). Методика разработана профессором Осиповым Г.А. Метод ГХ-МС позволяет одновременно измерять более сотни микробных маркёров непосредственно в образце, позволяющих сделать заключение о некультивируемых и труднокультивируемых патологических возбудителях. Метод универсален также в отношении грибов и вирусов.