Триллионы микроорганизмов — наши случайные соседи

ReminderНаука

Микробиом: как полюбить полчища населяющих нас бактерий

Триллионы микроорганизмов — наши случайные соседи. На что они влияют и как мы можем повлиять на них?

0:00 /
2857.326

Многие представления, сформированные нашими органами чувств, обманчивы. И этот обман открывается нам постепенно, по мере развития науки и технологий.

Долгое время люди считали, например, что солнце и звезды вращаются вокруг меня Земли, потому что это казалось очевидным. Законы физики Ньютона тоже были очевидны, пока Альберт Эйнштейн не показал, что они работают лишь в привычном нам мире — с низкими скоростями и видимыми нам размерами. В масштабах Вселенной или элементарных частиц действуют иные законы: физика Ньютона — их частный случай, и мы не могли этого понять, пока не появились более точные измерительные инструменты и современные математические теории.

Примерно такой же переворот происходит сейчас и с пониманием устройства биологического организма. От очевидной модели, которая предполагала, что мы состоим из внутренних органов и тканей, а они — из клеток, наука переходит к модели, в которой человек и все другие живые организмы — это системы, включающие себя как собственные клетки, так и живущие рядом с ними клетки множества других существ: бактерий, грибов, архей, и даже не совсем существ — если иметь в виду вирусы. Все вместе они называются микробиомом.

Число этих соседей, населяющих наши организмы, сопоставимо с числом наших собственных клеток. Они играют настолько важную роль в нашей жизнедеятельности, что даже удивительно, как мы умудрялись объяснять происходящие внутри нас процессы, лечить болезни, разрабатывать диеты, изучать психологию без учета этого соседства.

Только в последние 20 лет ученые смогли в полной мере оценить масштаб взаимодействия с микробами, которые не только не убивают нас, но и дают нам суперсилы. Они тренируют наш иммунитет, помогают усваивать питательные вещества, поставляют провиант клеткам организма, защищают от опасных бактерий и вирусов извне и делают много чего другого.

В этом отчете вы найдете:

  • самые важные научные факты о микробиоме;
  • 10 полезных советов;
  • актуальные вопросы и ответы;
  • личный опыт одного из наших экспертов.

А в самом конце — ссылки на тщательно отобранные источники, знакомство с которыми позволит вам досконально разобраться в теме.

Знакомство

Кого у нас больше: клеток или микроорганизмов? Соотношение собственных человеческих и микробных клеток — примерно 1 : 1,3. У человека весом 70 кг около 30 трлн человеческих и порядка 39 трлн микробиотических клеток.

Если учесть, что от 70 до 85% наших собственных клеток — это эритроциты, у которых в отличие от обычных клеток нет ни ядра, ни митохондрий, то микроорганизмы окажутся в явном преимуществе. Популяризаторы науки любят шутить, что каждый раз, когда вы идете в туалет, вы становитесь чуть-чуть человечнее.

Зато микробы меньше клеток в размерах: вместе на них приходится до 2 кг вашего веса (по другим оценкам — и вовсе 0,2 кг).

СЛОВА. Совокупность микроорганизмов, живущих внутри и на поверхности нашего тела, называется микробиота. Микробиом — это все гены этих микроорганизмов. Впрочем, оба термина часто используют как синонимы.

Еще интересные факты

  • Двое любых людей имеют 99,5% общих генов, но всего 25% одинаковых кишечных бактерий. По какой-то причине населяющие вас микроорганизмы любят именно вас, а не коллегу или родственника. Возможно, именно поэтому с диетами всегда так сложно: нет какой-то схемы питания, которая гарантирует большинству людей снижение веса. Даже однояйцевые близнецы могут реагировать на одну диету по-разному.
  • Всего человека населяют более 10 000 видов микроорганизмов — такова оценка ученых из Проекта «Микробиом человека» (Human Microbiome Project) — крупнейшей исследовательской инициативы в этой области. Это сопоставимо с числом видов птиц (10 000) и рыб (35 000), известных науке.
  • Среди генов, регулирующих обмен веществ в нашем теле, большая часть — микробные, а не наши собственные. «Гены нашего микробиома представляют собой в сущности второй геном, который усиливает активность нашего собственного, — говорит микробиолог из Калтеха профессор Саркис Мазманян. — Людьми нас делает комбинация микробной и человеческой ДНК».

Картина мира

Бактерии — самые древние существа на планете. Только задумайтесь: первые два с лишним миллиарда лет с момента появления жизни Землю населяли одноклеточные организмы, которые ни на минуту не переставили эволюционировать и совершенствоваться. На этой диаграмме (вы можете в деталях разглядеть ее здесь) видно, как постепенно от простейших организмов отделялись более сложные создания. При этом бактерии живы до сих пор, а все мы в каком-то смысле — их прямые потомки.

Откуда берутся эти полчища микроорганизмов?

В каком-то смысле они наследуются. До рождения мы стерильны, но когда ребенок проходит по родовым путям, он получает своих самых первых микробов, «собирая» их во влагалище матери и из ее испражнений, сопровождающих роды. Эти бактерии очень важны для нового человека — ученые иногда сравнивают эту порцию микроорганизмов с «термостатом для иммунитета», помогающим настроить защитную систему организма.

Второй в нашей жизни источник необходимых микробов — материнское молоко: из него дети до 6 месяцев получают 28% своего микробиома. Еще 10% перебираются с кожи матери, а остальное мы постепенно приобретаем из окружающей среды. Процесс развития микробиома идет достаточно быстро, и к 2-3 годам, как считается, состав бактерий на и в теле человека стабилизируется. На него можно влиять (об этом — в 3-й части статьи), но таких больших изменений, как в детстве, он уже не претерпевает.

Где они и какие?

Бактерии не распределены по телу равномерно — и плотность, и состав микробного «населения» различается от одного органа к другому. Настолько, что микробные сообщества будут разными даже на пальцах правой и левой руки или на зубах и в слюне. Более того, численность бактерий на той или иной части тела необязательно коррелирует с их многообразием — бывает ровно наоборот. К примеру, у нас под мышками и на лбу обитает многочисленное, однако относительно гомогенное сообщество. А вот на ладонях и предплечьях численность колоний не слишком высока, но зато там много разных видов.

Это разнообразие по-прежнему озадачивает. Наблюдения показывают, что здоровый человек служит домом для многих видов бактерий, которые вообще-то вызывают опасные болезни. Например, на слизистой ноздрей у нас преспокойно проживает золотистый стафилококк, причина воспалений различной тяжести, вплоть до остеомиелита и сепсиса, а в кишечнике сидит клебсиелла — возбудитель пневмонии и урогенитальных инфекций.

Эти и другие потенциальные патогены умудряются сосуществовать с нами, не причиняя вреда. Исследователи предполагают, что «развернуться» им мешают толпы соседей — все вместе микробы находят некий баланс, позволяющий им не поубивать друг друга и нас заодно.

Значение микробиома для нас настолько велико, что ученые называют его новым (а некоторые — забытым) органом, почти таким же важным, как мозг или сердце. Без него мы были бы неспособны усваивать витамины и питательные вещества, совсем иначе вели бы себя и непредсказуемо реагировали бы на инфекции.

Вполне возможно, что дальнейшее изучение микробиома — вкупе с новыми генетическими технологиями — приведет к настоящей революции в медицине. Но даже то, что известно сейчас, уже может помочь нам изменить свою жизнь.

Микробиом и наше здоровье

Как вы уже догадались, они тесно связаны. Вот несколько основных мыслей, которые помогут понять, как именно.

  • Бактерии и прочие обитатели нашего тела — живые существа, им нужно питание. Бактерии, живущие в кишечнике, могут питаться тем, что — буквально — остается от нашей пищи. Главный продукт для них — клетчатка (пищевые волокна). Этим термином называют целую группу веществ, содержащихся в растениях: они не перевариваются в желудке и достаются бактериям. Разным бактериям может быть нужна разная пища — именно поэтому от разнообразия питания зависит разнообразие микробиома в кишечнике.
  • Как и любые другие существа, бактерии выделяют продукты жизнедеятельности — метаболиты. Они могут оказывать самое разное воздействие на организм человека. Так, животные и растения не вырабатывают ферменты для синтеза витамина В12, но зато это делают бактерии. Это полезное свойство. А вот обратный пример. После потребления животных жиров, включая яйца, красное мясо и жирные молочные продукты, в организме производятся холин, лецитины и карнитин. Кишечные бактерии превращают их в триметиламин, из которого затем в печени образуется триметиламиноксид (ТМАО) — вещество, способствующее развитию атеросклероза и других сердечно-сосудистых заболеваний.
  • Бактерии также выделяют сигнальные молекулы, которые воздействуют на среду обитания. Всем знакомы сигналы, которые наш организм посылает, когда хочет есть и когда наелся, — их связывают с действием гормонов голода и насыщения. В последние несколько лет появляется все больше свидетельств того, что бактерии могут производить белки, схожие с нашими гормонами. Есть и указания на то, что бактерии могут заставить хозяина предпочитать ту или иную пищу в зависимости от нужных им веществ. Возможно, это их эволюционный инструмент: они управляют пищевым поведением хозяина, чтобы выживать, и иногда делают это в ущерб его фигуре.

FUN FACT. В одном из экспериментов бактерии E.coli «сообщали» о том, что им больше не требуется энергия: в течение 20 минут после начала кормления они размножались, а когда размножение прекращалось, они начинали производить белок, схожий по действию с «гормоном насыщения». Другая группа ученых нашла вырабатываемый бактериями пептид, из-за которого мыши ели меньше и наедались быстрее.

Бактерии и мозг

То, что кишечные бактерии воздействуют на происходящее в кишечнике, более или менее логично. Но наш ум, настроение, поведение — все, что составляет нашу личность, — они-то, по крайней мере, человеческие? Необязательно.

Состояние кишечной флоры существенно влияет на то, что происходит у нас в голове. Несколько исследований показали, что «стерильные», рожденные и живущие в безмикробной среде, мыши ведут себя не так, как обычные, — они более подвижные и наглые. А у людей некоторые кишечные бактерии производят вещества, симулирующие действие ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты), которая служит тормозным нейромедиатором ЦНС. Предполагают, что эти бактерии могут вносить свой вклад в развитие депрессии.

В англоязычной литературе связь между кишечником и мозгом называется gut-brain axis. Это целая система, включающая нейроны, гормоны, иммунные клетки и химические соединения, производимые бактериями, которые передают сигналы от ЖКТ к мозгу и обратно. В каком-то смысле это VIP-пропуск микробиома в мозг, — что неудивительно, учитывая огромную площадь эпителия кишечника, количество живущих здесь микроорганизмов и число нейронов, которых тут больше, чем в спинном мозге.

FUN FACT. Площадь эпителия кишечника человека — около 32 кв. м. Это в 15-20 раз больше площади поверхности кожи.

Главный канал коммуникации между кишечником и мозгом — блуждающий нерв, но в передаче также участвуют иммунная и эндокринная системы. Сигналы от микробиоты передаются с помощью ее метаболитов — короткоцепочечных жирных кислот (short-chain fatty acids, SCFA) вторичных желчных кислот и др. Большинство этих молекул активируют нервные окончания в самом кишечнике, но некоторые из них проникают в кровь, проходят гемато-энцефалический барьер и вызывают соответствующие реакции мозга.

Вот несколько примеров.

  • Бактерии могут вырабатывать нейротрансмиттеры, включая уже упомянутую ГАМК, норадреналин, серотонин, дофамин, ацетилхолин и другие. Эти вещества влияют на наше настроение, концентрацию, уровень тревоги и мотивацию.
  • Реакция на стресс — одна из функций, в которую вовлечен микробиом: стресс может менять состояние кишечной флоры, а та в свою очередь воздействует на уровень гормона кортизола. Уровень «стрессовых» гормонов связывают с памятью, обучаемостью и т.п. Так что в теории (пока это не доказано наверняка) нарушения в микробиоме способны влиять на когнитивные способности.
  • Этот вывод подтверждается многими исследованиями, которые показали связь между кишечником и нейродегенеративными процессами: нарушение баланса кишечной флоры запускает воспаление, а оно увеличивает вероятность развития болезни Альцгеймера. Ученые настаивают на том, что при терапии заболевания следует обращать внимание на диету пациентов.
  • Многочисленные публикации также указывают на корреляцию между состоянием кишечной микробиоты — стабильностью и составом бактерий — и настроением человека, его отношением к себе, тревожностью и депрессией. Какие именно механизмы действуют при развитии депрессии, в точности неизвестно (объяснения включают серотонин, дофамин и бутираты), но похоже, что симптомы тревожности действительно можно уменьшить через регуляцию кишечной флоры.

Бактерии и долголетие

Эксперименты с плодовыми мушками показывают, что пища, богатая пробиотиками и пребиотиками, сокращает признаки старения и увеличивает жизнь: в случае мушек, живущих 6 недель, — на 60%.

FUN FACT. Результаты опытов с плодовыми мушками часто используют, чтобы провести параллель с человеческим организмом. Это неслучайно: биохимические механизмы у мушек имеют 70% общего с механизмами, действующими в млекопитающих.

Исследование, опубликованное три года назад, обнаружило связь между кишечными бактериями и долголетием у пожилых китайцев: оказалось, что у долгожителей (>90 лет) микробиота разнообразнее, чем у взрослых среднего возраста. Проверка результатов на группе итальянских долгожителей показала, что, несмотря на разное питание и окружающую среду, в микробиоме обеих когорт преобладали считающиеся полезными бактерии Clostridium, Ruminococcaceae, Akkermansia и Christensenellaceae. Их роль, вероятно, состоит в активном производстве короткоцепочечных жирных кислот, помимо прочего участвующих в подавлении воспалительных процессов.

Ряд научных публикаций также связывает физическую и умственную дряхлость у пожилых с пониженным разнообразием кишечных микроорганизмов. Пока достоверно неизвестно, что из этого причина, а что следствие, но возможно, что поддержание разнообразия микробов способно сделать старение более здоровым.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как в 2021 приумножить капитал или начать копить на будущее Как в 2021 приумножить капитал или начать копить на будущее

Как хранить деньги? Во что вложиться?

СНОБ
Штормгласс Фицроя: забытый метеорологический прибор XIX века Штормгласс Фицроя: забытый метеорологический прибор XIX века

Самый красивый метеорологический прибор, даже если он ничего не показывает

Популярная механика
Как распознать проплаченные отзывы в интернет-магазинах Как распознать проплаченные отзывы в интернет-магазинах

Как отличить фейковые отзывы от мнения реальных пользователей

CHIP
Твой личный шедевр Твой личный шедевр

Микротатуировки: за и против

Cosmopolitan
Где деньги, папа? Чему учат своих детей российские бизнесмены Где деньги, папа? Чему учат своих детей российские бизнесмены

Можно ли стать миллионером, следуя советам Роберта Кийосаки

Forbes
Курит, пьет и скрывается: неожиданные факты о Леонардо ДиКаприо Курит, пьет и скрывается: неожиданные факты о Леонардо ДиКаприо

Несколько малоизвестных фактов о Леонардо ДиКаприо

Cosmopolitan
Сибирь назвали центром происхождения многобугорчатых Сибирь назвали центром происхождения многобугорчатых

Таштыкию новую и тагарию древнюю нашли под Красноярском

N+1
Гарри ясно Гарри ясно

Дэниел Рэдклифф давно отошел от амплуа волшебника из Хогвартса

Esquire
Сам себе дизайнер: 5 способов переделать одежду своими руками (и немного развлечься в процессе) Сам себе дизайнер: 5 способов переделать одежду своими руками (и немного развлечься в процессе)

Как изменить вещи, которые разонравились или обзавелись дефектами

Esquire
Каково это — быть искусствоведом: отрывок из книги Елены Муриной «Об искусстве и искусствознании» Каково это — быть искусствоведом: отрывок из книги Елены Муриной «Об искусстве и искусствознании»

Фрагмент книги Елены Муриной о том, как она решила стать искусствоведом

Esquire
«Древнеримский пранк»: в военном поселении I века до нашей эры нашли игрушечную кожаную мышь «Древнеримский пранк»: в военном поселении I века до нашей эры нашли игрушечную кожаную мышь

Вероятно, ее обладатель пользовался страхом своих знакомых перед грызунами.

National Geographic
Что делает мужчину мужчиной, мистер Лебовски? Что делает мужчину мужчиной, мистер Лебовски?

Отрывок из книги Берни Глассмана «Чувак и мастер дзен»

СНОБ
10 частых ошибок при использовании бытовой техники 10 частых ошибок при использовании бытовой техники

Эти ошибки в эксплуатации бытовой техники значительно сократят её срок службы

Популярная механика
7 фактов о супермодели Наоми Кэмпбелл — важных и неожиданных 7 фактов о супермодели Наоми Кэмпбелл — важных и неожиданных

Главные факты о Наоми Кэмпбелл, ее блестящей карьере и неоднозначных выходках

Esquire
Как отметить годовщину на карантине? 11 романтичных идей Как отметить годовщину на карантине? 11 романтичных идей

Сделайте свою годовщину незабываемой!

Playboy
Программа на восстановление Программа на восстановление

Как восстановить потерянный бьюти-баланс?

Здоровье
До сих пор работают! Лучшие упражнения из аэробики 90-х от Синди Кроуфорд До сих пор работают! Лучшие упражнения из аэробики 90-х от Синди Кроуфорд

Несложный комплекс упражнений поможет преобразить фигуру

Cosmopolitan
Что смотреть: вспоминаем все серии «Форсажа» от худшей к лучшей Что смотреть: вспоминаем все серии «Форсажа» от худшей к лучшей

«Форсаж» — главная киноэпопея XXI века для мальчиков

Maxim
Как часто нужно созваниваться со взрослыми детьми? Как часто нужно созваниваться со взрослыми детьми?

Как часто и в какой форме лучше поддерживать контакт с взрослыми детьми

Psychologies
Флешка, SSD, карта памяти: в чем разница? Флешка, SSD, карта памяти: в чем разница?

Каждый тип накопителей подойдет под определенные нужды

CHIP
Гигантский прыжок космического капитализма: что значит для бизнеса отправка астронавтов Илоном Маском Гигантский прыжок космического капитализма: что значит для бизнеса отправка астронавтов Илоном Маском

Миссия SpaceX — важный символ победы частного капитала

Forbes
Михаил Булгаков. Михаил Булгаков.

Путевые заметки Михаила Булгакова о Крыме

Esquire
Кто зажег фитиль: что было со Вселенной до Большого взрыва Кто зажег фитиль: что было со Вселенной до Большого взрыва

Большой взрыв обычно считают началом всего того, что есть сегодня

Популярная механика
10 сериалов про антигероев ― отвратительных людей, но очаровательных злодеев 10 сериалов про антигероев ― отвратительных людей, но очаровательных злодеев

Мы жалеем их, любим и презираем ― в общем, эти герои никогда не будут нам чужими

Esquire
Отважные сурикаты против капской кобры: видео Отважные сурикаты против капской кобры: видео

В пустыне Калахари произошла встреча воинственных сурикатов и ядовитой рептилии.

National Geographic
Возобновляемая энергия в России может стать дешевле традиционной Возобновляемая энергия в России может стать дешевле традиционной

Стоимость «зеленого» киловатт-часа дешевеет из-за развития технологий

National Geographic
Рекламные манипуляции: как зарабатывают на инвестициях в часы, сумки и ювелирные изделия Рекламные манипуляции: как зарабатывают на инвестициях в часы, сумки и ювелирные изделия

В 2019 году объем продаж часов, сумок и ювелирных изделий превысил $1 млрд

Forbes
Дифференцировку моноцитов в толстой кишке у мышей связали с интерфероном 5 Дифференцировку моноцитов в толстой кишке у мышей связали с интерфероном 5

Патогенез воспаления слизистой оболочки толстой кишки стал полнее

N+1
«Битва экстрасенсов»: топ-7 самых странно одетых участников шоу «Битва экстрасенсов»: топ-7 самых странно одетых участников шоу

Собрали для тебя топ-7 главных стиляг программы «Битвы экстрасенсов»

Cosmopolitan
Правила жизни Джона Траволты Правила жизни Джона Траволты

Джон Траволта, Энглвуд, США, 66 лет

Esquire
Открыть в приложении