Биореактор внутри нас: как микробиота может управлять метаболизмом хозяина

Микробиота необходима для нормальной жизнедеятельности организма

Популярная механикаНаука

Биореактор внутри нас: как микробиота может управлять метаболизмом хозяина

Всего сто лет назад микробов, живущих в человеческом кишечнике, считали нахлебниками и вредителями. В последние годы человеческую микробиоту стали называть своеобразным органом нашего тела, необходимым для нормальной жизнедеятельности организма.

Валерий Поройко

Со времен Пастера известно, что желудочно-кишечный тракт человека — это, по существу, биореактор проточного типа, в котором обитает множество микроорганизмов. Отношение ученых к микрофлоре кишечника за это время радикально изменилось. Лет сто назад великий Илья Мечников, основоположник современной теории иммунитета, за создание которой он получил Нобелевскую премию (на двоих со своим непримиримым оппонентом, не менее великим Паулем Эрлихом), предлагал даже удаление толстого кишечника как один из способов продления жизни. А тем, кому эта мера казалась слишком радикальной, рекомендовал пить как можно больше кефира, чтобы вытеснить вредных, по его мнению, микробов полезными лактобактериями. Через полвека курс изменился на 180 градусов. Оказалось, что нормальная микрофлора кишечника, а также кожи и слизистых оболочек выполняет множество полезных функций — например, подавляет жизнедеятельность постоянно атакующих организм патогенных микроорганизмов. А в последние годы самые смелые из микробиологов пошли еще дальше, объявив человека и его микробов единым симбиотическим сверхорганизмом.

26dc84ddda16a356ec04451874c2507f.jpg

Развитие методов молекулярной биологии вывело ученых на новый уровень понимания процессов симбиоза человека и его микрофлоры, которые казались хорошо изученными и от дальнейшего изучения которых не ждали особых сюрпризов. Стремительный рост скорости и падение стоимости методов секвенирования ДНК (определения ее нуклеотидной последовательности) и параллельный рост мощности персональных компьютеров и развитие интернета дали возможность анализировать информацию о крупных участках геномов. После того как были расшифрованы хромосомы сотен видов отдельных бактерий, в генетике микроорганизмов появился новый подход — популяционный: анализ генов сразу всех бактерий, населяющих определенный ареал. Разумеется, население «человеческого биореактора» оказалось одной из наиболее важных для изучения микробных популяций.

Первая работа, заставившая совершенно по-новому взглянуть на кишечную микробиоту, была опубликована в 1999 году группой ученых из Национального института агрономических исследований (Франция) и Университета Ридинга (Великобритания). Авторы решили применить для исследования микробной популяции кишечника метод секвенирования генов 16S РНК (см. врезку «16S PHK — удостоверение личности бактерии»).

Что у нас внутри

Кодирующие последовательности 16S РНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) извлекали непосредственно из «окружающей среды» — 125 мг человеческого, извините, стула встраивали в плазмиды кишечной палочки (не потому, что она кишечная, а потому, что Escherichia coli — одна из любимых рабочих лошадок молекулярных биологов) и снова выделяли из культуры размножившихся бактерий. Таким образом была создана библиотека генов 16S РНК всех микроорганизмов, находившихся в образце. После этого случайным образом было отобрано и секвенировано 284 клона. Оказалось, что только 24% полученных последовательностей 16S РНК принадлежали известным ранее микроорганизмам. Три четверти микрофлоры, находящейся в кишечнике каждого человека, больше сотни лет избегали внимания исследователей, вооруженных методами классической микробиологии! Ученые просто не могли подобрать условия для культивирования этих бактерий, потому что самые капризные обитатели кишечника отказывались расти на традиционных микробиологических средах.

На сегодняшний день при помощи молекулярных методов установлено, что в микробиоте взрослого человека представлены 10 из 70 крупных бактериальных таксонов. Около 90% наших микробов принадлежат к типам Firmicutes (к ним относятся, например, всем известные лактобактерии — основные «виновники» скисания молока) и Bacteroidetes — облигатные анаэробы (организмы, способные жить только в отсутствие кислорода), которые часто используются в качестве индикатора загрязнения природных вод канализационными стоками. Оставшиеся 10% популяции поделены между таксонами Proteo-bacteria (к ним относится, среди прочих, и кишечная палочка), Actinobacteria (из одного из видов актиномицетов был выделен антибиотик стрептомицин), Fusobacteria (обычные обитатели ротовой полости и частая причина пародонтоза), Verrucomicrobia (недавно в геотермальном источнике был обнаружен вид этих микробов, питающихся метаном, которого в кишечнике предостаточно благодаря жизнедеятельности других микроорганизмов), Cyanobacteria (их до сих пор часто называют по-старому — «сине-зелеными водорослями»), Spirochaeates (по счастью, не бледные), Synergistes и VadinBE97 (что это за звери, спросите у создателей новой систематики прокариот).

8faf3782020d7f46cc0ed2eda2b63973.jpg

От младенчества до старости

Несмотря на то что видовой состав микроорганизмов кишечника достаточно однообразен, количественное соотношение представителей определенных систематических групп в микробиоте разных людей может сильно варьировать. Но что же представляет из себя нормальная кишечная микрофлора и каковы пути ее формирования?

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Давай после праздников: почему можно не начинать новую жизнь с нового года Давай после праздников: почему можно не начинать новую жизнь с нового года

Почему возвращаться в обычную жизнь бывает так трудно

Forbes, январь'20
Бумажная броня картонных линкоров Бумажная броня картонных линкоров

Японский скульптор Ацуси Адачи делает памятники из старых газет

Популярная механика, январь'20
Черная дыра извергает потоки вещества со сверхсветовой скоростью Черная дыра извергает потоки вещества со сверхсветовой скоростью

Ученые не сломали физику, а нашли пример сверхсветого движения

Популярная механика, январь'20
Вместо силы Вместо силы

Разбираемся, что такое функциональный тренинг

GQ, февраль'20
Возрастная забывчивость или болезнь Альцгеймера? Когда пора бить тревогу Возрастная забывчивость или болезнь Альцгеймера? Когда пора бить тревогу

Рассеянность старших родственников может сигнализировать о признаках заболевания

Psychologies, январь'20
Секретный чат Секретный чат

Должно ли детское тайное становиться явным?

Огонёк, январь'20
26 переводных романов, которые нужно читать в 2020 году 26 переводных романов, которые нужно читать в 2020 году

Анастасия Завозова составила для Esquire список отличных переводных романов

Esquire, январь'20
9 самых бесчеловечных видов современного оружия 9 самых бесчеловечных видов современного оружия

Оружие с самым высоким КПД смертоносности надо знать в лицо

Maxim, январь'20
Опасно ли заказывать товары из Китая? Отвечает врач Опасно ли заказывать товары из Китая? Отвечает врач

Сможет ли вирус доехать в посылке из другой страны?

Cosmopolitan, январь'20
Империя Чаек: как построили свой бизнес сыновья генпрокурора Империя Чаек: как построили свой бизнес сыновья генпрокурора

За годы сыновья Юрия Чайки построили настоящую бизнес-империю

Forbes, январь'20
В поисках обхода «особого пути». Чем запомнятся уходящие 2010-е В поисках обхода «особого пути». Чем запомнятся уходящие 2010-е

Поставит ли история уходящему десятилетию больше «лайков» или «дислайков»

СНОБ, январь'20
Что делать, когда у вас нет настроения заняться сексом? Что делать, когда у вас нет настроения заняться сексом?

Заниматься сексом, которого совершенно не хочется – своего рода обман

GQ, январь'20
Смотритель маяка Смотритель маяка

Роберт Паттинсон – почему обязательно нужно увидеть черно-белый хоррор «Маяк»

Grazia, январь'20
Мо Янь: Лягушки Мо Янь: Лягушки

Каждую неделю Илья Данишевский отбирает для Сноба самое интересное из литературы

СНОБ, январь'20
От заката до рассола. Краткий курс молодого бойца с похмельем От заката до рассола. Краткий курс молодого бойца с похмельем

Ящик ценных советов по борьбе с похмельем

Maxim, январь'20
Как Трамп попал в «ловушку Фукидида» Как Трамп попал в «ловушку Фукидида»

Напряженность вокруг Ирана не спровоцирована чьими-то планами на большую войну

Forbes, январь'20
Что делает Германия для развития гендерного равноправия в обществе и бизнесе Что делает Германия для развития гендерного равноправия в обществе и бизнесе

Почему закон о женских квотах не идеален для развития карьеры в Германии

Forbes, январь'20
Почему не надо пить витамины: мнение врача Почему не надо пить витамины: мнение врача

Здоровым людям принимать поливитамины не надо

Популярная механика, январь'20
Мама может все, что угодно Мама может все, что угодно

Семейные проекты многодетных матерей

Огонёк, январь'20
«Выбирают, кто меньше пил»: как накажут, если передал каршеринг другому «Выбирают, кто меньше пил»: как накажут, если передал каршеринг другому

Какие штрафы операторы каршеринга накладывают за передачу управления

РБК, январь'20
6 способов выйти из положения, если у вас разный темперамент 6 способов выйти из положения, если у вас разный темперамент

Рассказываем, что делать, если у тебя и твоего партнера разные темпераменты

Cosmopolitan, январь'20
Дали огня Дали огня

Все, что вы хотели знать о Сальвадоре Дали, ищите в ретроспективе Манежа

Vogue, февраль'20
Бенкендорф: под клеймом «душителя свобод» Бенкендорф: под клеймом «душителя свобод»

Во времена СССР шефа жандармов называли врагом свободолюбия и гонителем Пушкина

Дилетант, февраль'20
Генетики продлили жизнь червей на 500%: эликсир долголетия Генетики продлили жизнь червей на 500%: эликсир долголетия

Методика, которая позволила существенно увеличить продолжительность жизни червей

Популярная механика, январь'20
Операция «Мавзолей» Операция «Мавзолей»

Как из вождя мирового пролетариата, атеиста и сторонника кремации сделали мумию?

Дилетант, февраль'20
Мода hand-made: как сшить простое платье своими руками Мода hand-made: как сшить простое платье своими руками

Как сшить простое, но красивое платье своими руками

Cosmopolitan, январь'20
«Илон Маск — отличный пиарщик»: Сергей Лукьяненко о превосходстве Роскосмоса, фантастике и Достоевском «Илон Маск — отличный пиарщик»: Сергей Лукьяненко о превосходстве Роскосмоса, фантастике и Достоевском

Рецепты бизнеса и секреты правильного питания — в YouTube-шоу «Кухня Forbes»

Forbes, январь'20
Kavanah Artist Kavanah Artist

Новый рассказ Алексея Поляринова

Esquire, февраль'20
«Бой на $100 млн»: почему реванш Хабиба и Конора неизбежен «Бой на $100 млн»: почему реванш Хабиба и Конора неизбежен

Возвращение Макгрегора в октагон принесло UFC солидный доход

Forbes, январь'20
С новым продуктом и без долгов С новым продуктом и без долгов

Среднему бизнесу с трудом удается оставаться на плаву

Эксперт, январь'20