Микробиом кишечника: кто мы на самом деле?

Основная идея: человек как «корабль поколений»

Тема выпуска — бактерии и другие микробы, живущие внутри нас (кишечная микробиота, или кишечная флора). Изучая их, мы начинаем лучше понимать самих себя и сталкиваемся с почти метафизическим вопросом: кто мы такие с точки зрения клеток, из которых состоим?

Удобная аналогия — корабль поколений: космический корабль, летящий сквозь пространство многие годы, внутри которого живут «астронавты», обслуживающие его системы. Заменим корабль на человеческое тело, а астронавтов — на микробов. Ни одна из сторон не может существовать без другой, и обе напрямую отвечают за защиту и «направление» друг друга.

Известное выражение «ты — то, что ты ешь» оказывается не просто верным, а работающим гораздо глубже, чем предполагалось: микробы внутри нас — это отчасти и есть мы.

Что живёт у нас в кишечнике

• В кишечнике обитают бактерии, древние микроорганизмы — археи, а также грибы (например, широко распространённая Candida albicans, которая нередко вызывает проблемы, но, вероятно, играет и какую-то ещё не понятую роль).
• Приблизительно от 300 до 1000 видов, многие из которых до сих пор открываются и почти не изучены.
• Кишечник человека — место с самой высокой плотностью микробов на всей планете.
• Аналогичные сообщества есть не только у людей, но и у множества других видов, включая насекомых.

Генетический масштаб

Если сложить все гены всех этих микробов, их окажется примерно в 100 раз больше, чем генов в человеческом геноме. Генетически говоря, вполне допустимо считать нас кораблями поколений для микробных колонистов: их генов несопоставимо больше, чем наших собственных. Многие из этих организмов существуют на Земле миллиарды лет и лишь в последние миллионы лет приспособились жить внутри нас.

Функции микробиоты

• Защита от патогенов, которые иначе легко проникали бы в организм.
• Защита от токсинов окружающей среды.
• Обслуживание и ремонт тканей кишечника — как колонисты, поддерживающие корабль.
• Поддержка метаболизма: микробы переваривают то, что иначе было бы неперевариваемым. Именно поэтому около 60% массы наших фекалий — это мёртвые микробы.
• Существенная роль в иммунитете человека.
• Прямое влияние на мозг, включая качество сна.

Давняя тема: связь «кишечник — мозг»

Учёные десятилетиями знают о прямой коммуникации между головным мозгом и «малым мозгом» кишечника. Обе системы влияют друг на друга, причём кишечник порой оказывает более сильное влияние на мозг, чем наоборот.

Как микробиом изменился со временем

Индивидуальные и географические различия

У всех людей набор микробов разный. По меньшей мере одно исследование показало, что в разных городах у жителей формируются разные микробные сообщества — существует своего рода «бактериальный отпечаток» места проживания.

Исследование древних образцов

Работа, опубликованная в прошлом году, проанализировала древнейшие микробы из окаменевших фекалий возрастом до 2000 лет, изучая геномы бактерий прошлого. Выводы:

• Часть древних бактерий оказалась полностью новой для науки — сегодня этих видов уже нет, они исчезли.
• Современный микробиом содержит много антибиотикорезистентных микробов, но обладает заметно меньшим разнообразием.
• Обнаружена прямая связь между составом кишечных бактерий и такими проблемами, как диабет и ожирение.
• Микробиом древних людей был похож на микробиом современных коренных сообществ, но даже у них исчезнувшие виды уже отсутствуют.

Роль «диеты из супермаркета»

Переход к промышленному питанию лишил нас множества нутриентов, которые поддерживали защитные бактерии. Например, разрушение слизистого слоя толстой кишки связывают с болезнью Крона, целиакией и язвенным колитом — все эти состояния имеют бактериальную природу и, вероятно, связаны с современным рационом. В прошлом таких проблем не было.

Кроме того, у древних микробов было гораздо больше транспозаз — ферментов, участвующих в перестройке ДНК и помогающих бактериям приспосабливаться к меняющимся условиям. Из-за лёгкой доступности питательных веществ современные бактерии стали «ленивее» и хуже адаптируются: мы едим примерно одно и то же неделя за неделей. У традиционных и аграрных сообществ, где рацион меняется чуть ли не ежедневно («ешь то, что вырастил»), картина иная.

Эксперименты на мышах: обращение старения вспять

С помощью трансплантации фекалий (метод, уже применяемый в медицине) от молодых мышей старым исследователям удалось:

• обратить вспять ряд возрастных нарушений;
• уменьшить когнитивный спад, характерный для старых животных;
• зафиксировать признаки частичного восстановления мозга и улучшения когнитивных функций.

Ключевую роль, по-видимому, играет бактерия рода Enterococcus: она обильна у молодых мышей и практически отсутствует у старых.

Поскольку у людей похожие процедуры уже применяются при аллергиях и синдроме раздражённого кишечника, вполне вероятно, что вскоре врачи начнут использовать пересадку микробиоты от молодых доноров для оздоровления пожилых пациентов.

Микробы, психика и личность

Ось «кишечник — мозг»

Множество химических сигналов, формирующихся в кишечнике, воздействует на мозг, и значительная их часть производится именно бактериями.

Депрессия

В экспериментах образцы микробиоты людей с большим депрессивным расстройством (БДР) пересаживали мышам — и у животных развивались схожие симптомы: повышенная тревожность и депрессивное поведение.

Сон и циркадные ритмы

Состав микробиома меняется в течение суток, поэтому кишечник в разное время дня подвергается воздействию разных метаболитов. Это напрямую связывает микробиоту с качеством сна и циркадными ритмами.

Черты характера

Исследование, опубликованное несколько месяцев назад, связывает конкретные микробы с конкретными чертами личности. Механизм прост: бактерии оставляют после себя определённые метаболиты, которые через ось «мозг — кишечник» порождают сигналы, не возникающие иначе.

Отсюда следует, что рацион поощряет рост определённых бактерий, а те со временем меняют личность. Процесс не мгновенный и зависит от общего баланса микробиома, но корреляция прослеживается. Таким образом, «ты — то, что ты ешь» касается не только тела, но и характера, и когнитивного состояния.

Открытые вопросы

• Что произойдёт с личностью, если антибиотики уничтожат бактерии, отвечающие за определённые черты характера?
• Насколько быстро изменится личность при радикальной смене диеты?
• Кто мы в итоге: корабли поколений, управляемые чрезвычайно эффективными микробами, или организмы, которые бактерии просто заняли без спроса и стали постоянными жильцами?

Направление находится в самом начале пути: вопросов пока значительно больше, чем ответов, поэтому тема получит продолжение в следующих выпусках.