Микробиота кишечника человека. Не думай о микробах свысока! Что такое кишечный микробиом и на что он влияет? Больше органических продуктов в рационе питания

МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА

МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА - НОВАЯ ЭРА В ПОНИМАНИИ МИКРОФЛОРЫ

Бактериальное и микробное "население" человеческого организма отличается исключительно большим разнообразием - число микроорганизмов в организме у разных людей может быть равно числу собственных клеток, а может в десять раз превосходить его, свидетельствуют первые результаты работы международного проекта "Микробиом человека" (Human Microbiome Project - HMP) .

М икробиом — собирательное название микроорганизмов, находящихся в симбиозе с организмом хозяина. Также под микробиомом подразумевают совокупность геномов микробных популяций в человеке. Различают микробиом кожи, полости рта, кишечника и т.д.

Вместе с понятием «микробиом» существует и понятие «микробиота». По сути, они несут одно и тоже смысловое значение, особенно если к этим терминам добавлена локализация, например, микробиом кишечника или кишечная микробиота. Однако в отдельности (в строго научной среде) термины понимаются по-разному:

Термин «микробиота» относится к совокупности микробов (бактерий, архей, грибов, вирусов и простейших) в конкретной среде, другими словами, к таксономии и обилию членов сообщества, а «микробиом» - это совокупность геномов микробиоты, и его часто используют для описания сущности микробных признаков (функций), кодируемых микробиотой [ Schlaeppi, K.; Bulgarelli, D. The plant microbiome at work. Mol. Plant Microbe Interact.2015, 28, 212-217.].

Микробиота используется для характеристи-ки микробиоценоза отдельных органов и систем, генетического материала и взаимосвязей внутри экологической ниши в определенный временной период на определенной территории. Микробиота взаимодействует с остальными органа-ми и системами, определяя функционирование организма в целом как у здорового человека, так и при заболеваниях. К настоящему разделу отдельно добавлен раздел и о микробиоте:

См. подробнее:

ЧЕЛОВЕК КАК ЭКОСИСТЕМА

Человек с точки зрения микробиолога представляет собой ходячую экосистему - в человеческом организме обитает множество самых разных микроорганизмов. Первые данные о наших внутренних "соседях" были опубликованы еще 300 лет назад, вскоре после изобретения микроскопа. Однако теперь, с появлением методов изучения генома, представление о внутричеловеческих экосистемах могут радикально измениться.

В теле одного человека живет сотня триллионов бактерий. На каждую клетку нашего тела приходится десять бактериальных клеток, на каждый ген - 100 бактериальных генов. По подсчетам ученых, каждый взрослый человек носит в себе от полутора до трех кг микробов. Первые бактерии попадают в новорожденный организм уже в родовых путях, и далее бактериальное сообщество не покидает нас до конца жизни. Меняется лишь его видовой состав.

Совместная с бактериями жизнь оказывает огромное влияние на состояние нашего здоровья. Часть ферментов и витаминов, необходимых для нормального пищеварения и жизнедеятельности человека вообще, выделяют именно живущие в кишечнике микробы. Так распорядилась эволюция.

Наше развивающееся понимание здорового микробиома

Ранние исследования были направлены на выявление нормального набора микробов, которые колонизируют здоровых людей, прежде всего в кишечнике, по культуре и характеристике физиологических свойств. Такие исследования лучше всего выделяют организмы, которые хорошо растут в лабораторных условиях, такие как Escherichia coli. Это смещение привело к восприятию того, что кишечная палочка является обильным и распространенным членом кишечного микробиома человека. Внедрение строго анаэробных методов в 1970-х годах позволило извлечь из кишечника более 300 видов бактерий; кроме того, подсчет жизнеспособных клеток в стандартизированных серийных разведениях в селективных средах позволил количественно оценить эти виды. Резюме четырех крупных исследований этой эпохи, в которых рассматривались образцы кала от 141 американца на различных диетах, показало, что бактерии рода Bacteroides и анаэробные кокки были распространены и многочисленны, тогда как род Clostridium был вездесущим, но в более низкой численности, хотя один вид (как тогда было определено) наблюдался у всех субъектов. Другие распространенные, но менее распространенные бактерии включали представителей родов Bifidobacterium, Eubacterium, Lactobacillus и Streptococcus, а также факультативных анаэробов, таких как Escherichia.

В то время уже предполагалось, что большое количество видов микроорганизмов, связанных с человеком, так и не было обнаружено, причем одно исследование оценило одновременное присутствие около 400 видов микроорганизмов в здоровой толстой кишке. Тем не менее, привередливые требования некоторых микробов и трудоемкий характер работы, необходимой для их культивирования, представляли значительный барьер на пути их открытия. Кроме того, не все микробы могут быть хорошо выделены как виды или штаммы путем культивирования только на селективных средах. Таким образом, для изучения этих аспектов здорового микробиома были необходимы новые методы.

Новые методы изучения микробиомов

В настоящее время широкое распространение получили культурально-независимые методы, такие как секвенирование ДНК и флуоресцентная гибридизация in situ (FISH ), а их демократизация позволила непосредственно исследовать содержание ДНК в микробных образцах. Ранние исследования с использованием FISH, нацеленных на ген 16S рибосомальной РНК, показали, что по меньшей мере две трети кишечных бактерий в западноевропейской когорте можно отнести к набору из шести групп приблизительно на уровне вида / рода: два Bacteroides, два Clostridium, Clostridium, Streptococcus/Lactococcus и Eubacterium rectale.

Некоторые из ранних попыток секвенировать гены 16S рРНК непосредственно из образцов показали, что 85-95% бактериальной численности, соответствующей известным видам, можно отнести к трем бактериальным группам, связанным с Bacteroides, кластером Clostridium XIVa и кластером Clostridium IV. Исследования 16S также показали большое разнообразие в таксономическом составе как между здоровыми людьми, так и среди тесно связанных биогеографических участков в пределах одного человека (таких как образцы слизистой оболочки и кала). Однако во всех этих исследованиях большинство (75-80%) кластеров последовательностей не соответствовало ни одному из документированных видов в то время, что объясняло большую часть недооценки разнообразия в предыдущей работе.

Стоит отметить и метагеномное секвенирование, которое представляет собой мощную альтернативу рРНК-секвенированию для анализа сложных микробных сообществ. Так, для получения более широкого представления о генах микробов кишечника человека ученые из проекта MetaHIT (о нем будет сказано ниже) в 2010 г. использовали технологию Illumina для проведения глубокого секвенирования общей ДНК из образцов фекалий 124 взрослых европейцев. Они сгенерировали 576,7 Гб последовательностей, что почти в 200 раз больше, чем во всех предыдущих исследованиях, собрали ее в контиги (contigs) и предсказали 3,3 миллиона уникальных открытых рамок считывания (ORF ).

Появление массивно-параллельного секвенирования с помощью метода дробовика (высокопроизводительные технологии секвенирования) существенно разрешило таксономический состав этой микробной «темной материи», хотя поразительный процент функционального разнообразия еще предстоит охарактеризовать (до 50%), как и состав нереферентных популяций. Первоначальные результаты повторяли большие межличностные различия, даже между близнецами, но также подразумевали существование набора микробных генов, которые являются общими для всех людей. Это помогло создать модель, согласно которой, подобно консервативным генам в отдельных организмах, «основной микробиом» может быть определен на функциональном, а не на таксономическом уровне.

Базовые когорты исследования микробиома

С тех пор были начаты крупномасштабные проекты по характеристике разнообразия микробного состава и его функционального потенциала, основанные на все еще растущей пропускной способности и экономической эффективности секвенирования и других молекулярных анализов. В 2010 году в исследовании «Метагеномы кишечного тракта человека» (MetaHIT - Metagenomics of the Human Intestinal Tract) сообщалось о метагеномах кишечника из образцов стула от 124 взрослых европейцев (преимущественно «здоровых»), что в то время превышало объем секвенирования всех предыдущих исследований микробиома почти в 200 раз. В 2012 году в рамках проекта «Микробиом человека» (HMP ) были представлены результаты профилирования 16S на 242 здоровых взрослых из Соединенных Штатов и метагеномного секвенирования на подгруппе из 139 человек, причем образцы, представляющие 18 мест обитания тела, были распределены между пятью основными областями тела. Большое китайское исследование диабета типа 2 вскоре дало дополнительные 145 кишечных метагеномов, примерно половина из которых была из недиабетических контролей. Кроме того, с тех пор консорциум MetaHIT продолжал публиковать новые метагеномы кишечника взрослых европейцев.

Кратко о проекте " метагеномика кишечного тракта человека"

MetaHIT (Metagenomics of the Human Intestinal Tract ) - это совместный проект, финансируемый Европейской комиссией, объединяющий 15 институтов из 8 стран. По-настоящему хорошо изучены (на 2019 г. - ред. ) лишь немногие представители микрофлоры кишечника и желудка, например, Escherichia coli или Helicobacter pylori. Об остальных известно мало. Даже видовое многообразие энтеробактерий оценивается весьма приблизительно - от 300 до 1000 видов. Но теперь ситуация начинает меняться благодаря европейскому проекту MetaHIT. Проект MetaHIT - это своего рода перепись бактериального населения кишечника. Желудочно-кишечный тракт человека - это сложная экосистема, идеальная среда обитания для множества бактерий. Их видовое многообразие ученые пытаются теперь изучить, используя методы генетического анализа. От 70 до 80 процентов бактерий, населяющих кишечник человека, не поддаются культивированию и размножению в лабораторных условиях, поэтому проект MetaHIT изучает наследственный материал бактерий. Так же, как некогда в проекте "Геном человека", задача исследователей состоит в секвенировании, то есть в расшифровке нуклеотидных последовательностей в молекулах ДНК. Но есть и существенная разница: теперь речь идет не об одном многоклеточном организме, каждая клетка которого имеет один и тот же набор генов, а о множестве одноклеточных организмов с разными наборами генов. Это сотни видов бактерий, это миллионы генов.

Типичные бактериальные компоненты микробиома

Экосистема толстой кишки является наиболее интенсивно изучаемой средой обитания организма, поскольку она может похвастаться удивительным разнообразием между людьми и микробной биомассой (количество клеток), которая затмевает экосистему других участков тела более чем на порядок величины. В сочетании с ранним появлением методов секвенирования генов 16S рРНК и методов анаэробного культивирования, эти свойства кишечника привели к особенно сильному вниманию в литературе к обитателям бактериальных кишечных микробиомов.

В настоящее время охарактеризовано более 1000 видов бактерий кишечника , что обеспечивает значительный «список деталей» бактериальных компонентов. Интересно, что за последние годы (начиная с середины 90-х) молекулярная филогенетика привела к реклассификации многих из этих видов. Особый интерес представляют виды в составе бактероидов (ранее считавшиеся наиболее обильным и распространенным бактериальным родом в кишечнике), которые были реклассифицированы в пять родов: Alistipes, Prevotella, Paraprevotella, Parabacteroides и Odoribacter с продолжением дополнительной культуральной и культурально-независимой молекулярной работы. По оценкам, в кишечных микробиомах группы MetaHIT преобладали 1000-1150 видов бактерий, из которых на каждого человека в среднем приходилось ~ 160 видов. В здоровых микробиомах кишечника, оцениваемых с помощью секвенирования, последовательно доминируют бактерии двух типов - Бактероидеты и Фирмикуты (Bacteroidetes и Firmicutes) , хотя даже при рассмотрении этого широкого уровня классификации индивидуумы различаются более чем на порядок по соотношению Firmicutes / Bacteroidetes . Распространенные бактерии в фекалиях, которые были идентифицированы с помощью молекулярных методов, расширили микробиомный список, включив в него бактерии по крайней мере из восьми семейств (рис. 1). Хотя они менее изучены, чем кишечник, многие другие места обитания организма у здоровых людей заняты микробными сообществами . Состав сообществ более сходен внутри местообитаний, чем между ними, - при этом продольные колебания существенны и до настоящего времени не имеют полностью объясненных причин.

Рис.1. Типичные роды (семейства) в человеческом микробиоме . Ранние определения «здорового» микробиома обычно фокусировались на наборах таксонов, которые, как можно было бы ожидать, будут преобладать у здоровых людей. В то время как чисто таксономические ядра любого типа оставались неуловимыми даже в относительно узко определенных популяциях, каждая среда обитания на участке тела обладает сильным филогенетическим обогащением. Типичные роды (семейства в кишечнике ) показаны здесь в здоровых популяциях на разных участках .

Формирование микробиома и ранняя колонизация

Факторы, которые влияют на динамику микробиома в раннем возрасте, являются важными факторами, способствующими здоровому микробиому. Внедрение и персистенция микробов - это полустохастический процесс, на который влияют многие элементы, что дает здоровую конфигурацию, подобную взрослой, только после первых нескольких лет жизни. Обогащение кишечного микробиома младенца симбионтами, такими как Bacteroides, Parabacteroides, Clostridium, Lactobacillus, Bifidobacterium и Faecalibacterium prausnitzii, обеспечивает несколько детерминант здорового микробиома. Как только они установлены, они являются основными производителями короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs ), которые являются важным источником энергии из неперевариваемых углеводов. SCFAs являются иммуномодулирующими, ингибируют общие патогенные микроорганизмы и по последним данным обладают способностью подавлять опухоль. Микробиом кишечника является неотъемлемым требованием для становления и функционирования иммунной системы, и образование полезных бактериальных родов в раннем возрасте способствует иммунной толерантности и, следовательно, может ослаблять или отменять аутоиммунные заболевания.

Способ родоразрешения может влиять на формирование микробиоты в раннем возрасте, так что кесарево сечение связано с обогащением у оппортунистов, включая Haemophilus spp., Enterobacter Cancerogenus / E. hormaechei, Veillonella dispar / V. parvula и Staphylococcus. Эти микробы продолжают сохраняться, по крайней мере, в течение первого года жизни и, возможно, способствуют бремени инфекций у детей. Диета также представляет собой сильное избирательное давление на микробиом, а грудное вскармливание (в качестве первой диеты) благоприятствует определенным микробным видам из числа исходной микробиоты, которая могла быть собрана случайным образом. Например, олигосахариды грудного молока (HMO) могут использоваться в качестве единственного источника углерода только несколькими видами Bifidobacterium и Bacteroides.

О структуре микробиома здорового человека

По материалам Консорциума HMP (The Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature . 2012 ; 486: 207-14)

Исследования микробиома человека показали, что даже здоровые люди заметно отличаются по микробам, которые занимают такие места обитания, как кишечник, кожа и влагалище. Большая часть этого разнообразия остается необъяснимой, хотя причастны диета, окружающая среда, генетика хозяина и раннее воздействие микробов. Соответственно, чтобы охарактеризовать экологию микробных сообществ, связанных с человеком, «» или HMP (Human Microbiome Project) проанализировал самую большую когорту и набор отдельных клинически значимых сред обитания на сегодняшний день. Исследователи обнаружили, что разнообразие и обилие сигнатурных микроорганизмов в каждой среде обитания широко варьируются даже среди здоровых людей, с сильной специализацией ниши как внутри, так и среди людей. Проект столкнулся с примерно 81-99% родов, семей ферментов и конфигураций сообществ, занятых здоровым западным микробиомом. Метагеномный перенос метаболических путей был стабильным среди индивидуумов, несмотря на различия в структуре сообщества, а этнический/расовый фон оказался одной из самых сильных ассоциаций как путей, так и микробов с клиническими метаданными. Таким образом, эти результаты очерчивают диапазон структурных и функциональных конфигураций, нормальных в микробных сообществах здоровой популяции, позволяя в будущем характеризовать эпидемиологию, экологию и трансляционные приложения микробиома человека.

Обильные таксоны в микробиоме человека, которые были метагеномно и таксономически четко определены в популяции HMP

Рис. 2. Бактериальные таксоны в здоровом микробиоме . А-С) Распространенность (интенсивность, цвет, обозначающий тип / класс) и изобилие (наличие и размер ветвей) таксонов в здоровом микробиоме. Наиболее распространенные: A) метагеномно-идентифицированные, B) PATRIC «патогены» (метагеномные) и C) 16S-идентифицированные роды. Размер популяции и глубина секвенирования HMP хорошо определили микробиом на всех анализируемых участках тела, что оценивалось по насыщенности добавленного сообщества.

Бактериальные функции важные для жизни в кишечнике

Обширный неизрасходованный каталог бактериальных генов из кишечного тракта человека дает возможность выявить бактериальные функции, важные для жизни в этой среде. Существуют функции, необходимые бактерии для процветания в кишечном контексте (т.е. «минимальный геном кишечника» ) и те, которые участвуют в гомеостазе всей экосистемы, закодированные во многих видах («минимальный метагеном кишечника »). Первый набор функций, как ожидается, будет присутствовать в большинстве или всех видах бактерий кишечника, второй набор - в большинстве или всех образцах кишечника человека.

Для определения функций, кодируемых минимальным геномом кишечника , ученые использовали тот факт, что эти функции должны присутствовать в большинстве или во всех видах бактерий кишечника и поэтому появляются в генном каталоге с частотой, превышающей частоту функций, присутствующих только в некоторых видах бактерий кишечника. Относительная частота различных функций может быть выведена из числа генов, набранных в различные кластеры Базы данных биологической информации eggNOG , после нормализации для длины гена и числа копий. Исследователи ранжировали все кластеры по частотам генов и определили диапазон, который включал кластеры, определяющие хорошо известные существенные бактериальные функции, такие как те, которые определены экспериментально для хорошо изученного представителя Фирмикутов, Bacillus subtilis , предполагая, что дополнительные кластеры в этом диапазоне одинаково важны. Как и ожидалось, диапазон, который включал большинство основных кластеров B. subtilis (86%), находился в самом верху порядка ранжирования. Около 76% кластеров с эссенциальными генами Escherichia coli находились в пределах этого диапазона, подтверждая обоснованность подхода авторов. Это говорит о том, что 1244 метагеномных кластера, обнаруженных в пределах диапазона, определяют функции, важные для жизни в кишечнике.

Ученые обнаружили два типа функций среди кластеров диапазона: те, которые требуются для всех бактерий («ведение домашнего хозяйства»), и те, которые потенциально специфичны для кишечника. Среди многих примеров первой категории являются функции, которые являются частью основных метаболических путей (например, центральный метаболизм углерода, синтез аминокислот), а также важных белковых комплексов (РНК-полимеразы , ДНК-полимеразы , АТФ-синтазы , общего секреторного аппарата ).

Рис. 3. Функциональный состав минимального кишечного генома и метагенома (функции минимального генома и метагенома: редк. - редкие, част. - частые) .

Предполагаемые кишечно-специфические функции включают те, которые участвуют в адгезии к белкам хозяина (коллаген, фибриноген, фибронектин) или в сборке сахаров глобо-серий гликолипидов, которые "декорируют" клетки крови и эпителиальные клетки. Кроме того, 15% кластеров диапазона кодируют функции, которые присутствуют в <10% геномов Базы данных eggNOG и в значительной степени (74,3%) не определены (рис. 3). Детальное их изучение должно привести к более глубокому пониманию бактериальной жизни в кишечнике.

(по результатам 16S секвенирования и метагномного секвенирования от авторов проекта MetaHIT )

Было подсчитано, что микробы в нашем организме в совокупности составляют до 100 триллионов клеток, что в десять раз превышает число человеческих клеток, и предположено, что они кодируют в 100 раз больше уникальных генов, чем наш собственный геном. Большинство микробов обитает в кишечнике, оказывают глубокое влияние на физиологию человека и питание и имеют решающее значение для жизни человека. Кроме того, кишечные микробы способствуют получению энергии из пищи, а изменения микробиома кишечника могут быть связаны с заболеваниями кишечника или ожирением.

А) 16S секвенирование

По материалам David A. Relman, et. al. Diversity of the Human Intestinal Microbial Flora. Science . 2005 Jun 10; 308(5728): 1635-1638.

Чтобы понять и использовать влияние кишечных микробов на здоровье и благополучие человека, необходимо расшифровать содержание, разнообразие и функционирование микробного сообщества кишечника. Методы, основанные на секвенировании генов 16S рибосомных РНК (16S рРНК ), показали, что два бактериальных отдела, Бактероидеты и Фирмикуты (Bacteroidetes & Firmicutes), составляют более 90% известных филогенетических категорий и доминируют в микробиоте дистального отдела кишечника. В соответствующем исследовании ученые сфокусировались на 16S рДНК, учитывая ее универсальное распределение среди всех прокариот и надежность для определения филогенетических связей. Образцы слизистой оболочки и фекалии были получены от трех здоровых взрослых субъектов (А, B, С), которые были частью более крупного популяционного исследования «случай-контроль». Образцы слизистой оболочки были получены во время колоноскопии из здоровых участков в шести основных отделах толстой кишки человека: слепая кишка, восходящая толстая кишка, поперечная толстая кишка, нисходящая толстая кишка, сигмовидная кишка и прямая кишка. Образцы фекалий отбирали у каждого субъекта также через 1 месяц после колоноскопии (итого было взято по 7 образцов от каждого субъекта). Исследователи, как было сказано выше, сфокусировались на 16S рДНК. 16S рДНК амплифицировали из образцов с полимеразной цепной реакцией (ПЦР ) и бактериальными и архейными праймерами широкого спектра действия. Семь образцов от субъекта B и образец фекалий от субъекта C дали археальные продукты; Все 21 образец дал бактериальные продукты. Продукты ПЦР были клонированы и секвенированы в двух направлениях, и были применены численные экологические подходы.

Из 395 бактериальных филотипов 244 (62%) были новыми, а 80% представляли последовательности из видов, которые не культивировались. Большинство предполагаемых организмов были членами Firmicutes и Bacteroidetes, что согласуется с другими молекулярными анализами кишечной флоры (1 , 2 , 4 ). Тип Firmicutes состоял из 301 филотипа, 191 из которых были новыми; большинство (95%) последовательностей Firmicutes были членами класса Clostridia. Исследователи обнаружили значительное количество Firmicutes, связанных с известными бутират-продуцирующими бактериями (2454 последовательности, 42 филотипа), все из которых являются членами кластеров клостридий IV, XIVa и XVI. Мы ожидали заметного представления этой функциональной группы среди наших здоровых контрольных субъектов, учитывая ее роль в поддержании и защите нормального эпителия толстой кишки. Большие различия между 65 филотипами Bacteroidetes были отмечены между субъектами, как описано ранее (, ). B. thetaiotaomicron был обнаружен у каждого субъекта и данный вид, как известно, участвует в полезных функциях, включая всасывание питательных веществ и созревание и поддержание эпителиальных клеток. Относительно небольшое количество последовательностей было связано с типами Proteobacteria, Actinobacteria, Fusobacteria и Verrucomicrobia. Низкое содержание последовательностей протеобактерий (включая Escherichia coli) не было неожиданным, учитывая, что факультативные виды могут представлять около 0,1% бактерий в строгой анаэробной среде толстой кишки; это согласуется с предыдущими результатами (, 3 , ).

Б) Метагеномное секвенирование

По материалам Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464:59-65.

Метагеномное секвенирование представляет собой мощную альтернативу рРНК-секвенированию для анализа сложных микробных сообществ. Применительно к кишечнику человека, такие исследования уже к 2010 г. сформировали около 3 Гб (Гб - здесь Гигабаза = 1 млрд. пар нуклеотидов ) микробной последовательности из образцов фекалий 33 человек из США или Японии. Так, для получения более широкого представления о генах микробов кишечника человека авторы очередного исследования из проекта MetaHIT ("метагеномика кишечного тракта человека" - Metagenomics of the Human Intestinal Tract) использовали технологию Illumina Genome Analyzer (GA ) для проведения глубокого секвенирования общей ДНК из образцов фекалий 124 взрослых европейцев. Они сгенерировали 576,7 Гб последовательностей, что почти в 200 раз больше, чем во всех предыдущих исследованиях, собрали ее в контиги (contigs) и предсказали 3,3 миллиона уникальных открытых рамок считывания (ORF ). Этот каталог генов содержит практически все распространенные гены микробов кишечника в когорте MetaHIT, дает широкое представление о функциях, важных для бактериальной жизни в кишечнике, и указывает на то, что многие бактериальные виды являются общими для разных людей. Результаты также показывают, что кратковременное метагеномное секвенирование может быть использовано для глобальной характеристики генетического потенциала экологически сложных сред.

Общее бактериальное ядро

Глубокое метагеномное секвенирование дает возможность исследовать существование общего набора видов микробов (общего ядра) в когорте. Для этой цели авторы использовали нередуцированный набор из 650 секвенированных бактериальных и археальных геномов. Они выровняли показания Illumina GA каждого микробного образца кишечника человека по набору геномов, используя 90%-ный порог идентичности, и определили долю геномов, охваченных чтениями, которые выровнены только по одной позиции в наборе. При охвате 1%, который для типичного кишечного бактериального генома соответствует средней длине около 40 кб , что примерно в 25 раз больше, чем у гена 16S, обычно используемого для идентификации видов, исследователи обнаружили 18 видов у всех идивидуумов, 57 в ≥90% и 75% ≥50% людей. При 10% охвате, требующем ~ 10-кратного увеличения численности в выборке, ученые все же обнаружили 13 из вышеуказанных видов у ≥90% индивидуумов и 35 у ≥50%.

Когда накопленная длина последовательности увеличилась с 3,96 Гб до 8,74 Гб и с 4,41 Гб до 11,6 Гб для используемых образцов MH0006 и MH0012 (156,9 Мб и 154,7 Мб), соответственно, число штаммов, общих для двух образцов при пороге охвата 1%, увеличилось на 25%, с 135 до 169. Это говорит о существовании значительно большего общего ядра, чем то, которое мы могли бы наблюдать на глубине последовательности, обычно используемой для каждого человека.

Изменчивость численности микробных видов у индивидуумов может сильно повлиять на идентификацию общего ядра. Чтобы визуализировать эту изменчивость, исследователи сравнили количество считываний секвенирования, выровненных по разным геномам у людей из их когорты MetaHIT. Даже для наиболее распространенных 57 видов, присутствующих у ≥90% индивидуумов с охватом генома >1%, межвидовая изменчивость варьировала от 12- до 2187 кратной (рис. 4 . ). Как и ожидалось, Bacteroidetes и Firmicutes имели наибольшую численность.

Дополнительный материал

БАКТЕРОИДЕТЫ, ФИРМИКУТЫ и ДРУГИЕ

Знания, полученные в течение более чем столетия изучения микробиоты желудочно-кишечного тракта человека, показали, что эта экосистема действительно является «забытым органом». Множество данных о микробиоте ЖКТ сильно разбросано во времени, а потому обзорная работа по систематизации знаний в этой области крайне необходима. И такая работа есть. В ней после анализа научной литературы (конца IXX - нач. XXI века) даны систематический обзор и подробные ссылки на 1057 микробных видов кишечника.

На нашем сайте небольшая часть указанного обзора включена в раздел о бактероидетах и фирмикутах. Данный выбор не случайный и продиктован растущим интересом к доминирующей кишечной микрофлоре, к которой относятся представители Firmicutesи Bacteroidetes, а также произошедшей за последнее время переклассификацией ряда отдельных иерархических групп и видов кишечных микроорганизмов. Подробнее см. здесь :

Представлено также микробиоты желудочно-кишечного тракта человека, в котором явно выделяются упомянутые фирмикуты и бактероидеты. Известно, что соотношение Firmicutes к Bacteroidetes отличается у тучных и худощавых людей, и эта доля уменьшается с потерей веса на низкокалорийной диете. Поэтому разумно предположить, что увеличение у людей, вероятно, вызванное их высококалорийной диетой, может считаться полезным биомаркером ожирения.

Также дополнительно представлен графический обзор относительного обилия ключевых типов состава кишечной микробиоты человека на разных этапах жизни. Данные взяты из исследований со следующими условиями: грудное и искусственное вскармливание, детское твердое питание, антибиотики для малышей, здоровый или истощенный малыш, взрослые, пожилые и 100-летние здоровые и взрослые, страдающие ожирением.

Пища для кишечной микробиоты

Питание и конфигурация кишечного микробиома

Со времени возрождения микробиомных исследований в последнее десятилетие накопилось много знаний о силах, формирующих архитектуру и функциональность резидентных микроорганизмов в кишечнике человека. Из множества вовлеченных эндогенных и экзогенных факторов, связанных с хозяином, основным детерминантом структуры и функционирования сообщества микробиоты кишечника является питание. Вводя пищевые сигналы в связь между хозяином и его микробиотой, питание поддерживает гомеостаз или способствует восприимчивости к болезням. Микробиота модулирует патогенез, прогрессирование и лечение заболеваний, начиная от метаболических нарушений до неврологических патологий. Изменение формы взаимодействия хозяина и микробиоты посредством персонифицированного питания является новым терапевтическим направлением как для борьбы с болезнями, так и для их профилактики. Состав и функция микробиоты кишечника формируется с младенчества, и в дальнейшем на нее оказывают сильное влияние многие факторы окружающей среды, из которых диета - является ключевым детерминантом конфигурации микробиоты , посредством модуляции обилия конкретных видов и их индивидуальных или коллективных функций. Кроме того, воздействие конкретного рациона питания на отдельных людей в популяции отличается от человека к человеку и может зависеть от сочетания особенностей хозяина и микробиома, причем последнее влияние в основном определяется окружающей средой, а не генетическим фоном, и поэтому потенциально более поддается вмешательству. Понимание того, как диетические питательные вещества модулируют микробиом кишечника, представляет большой интерес для разработки пищевых продуктов и моделей питания для борьбы с глобальным бременем неинфекционных заболеваний . Современные исследования показывают, что пищевые волокна , включая арабиноксиланы, галактоолигосахариды, инулин и олигофруктозу, способствуют развитию ряда полезных бактерий и подавляют потенциально вредные виды. Доклинические данные свидетельствуют о том, что количество и тип жира модулируют как полезные, так и потенциально вредные микробы, а также соотношение / в кишечнике. Клинические и доклинические исследования показывают, что тип и количество белков в рационе также оказывает существенное и дифференцированное влияние на микробиоту кишечника. То же относится к витаминам, микроэлементам, минералам, полифенолам, пищевым добавкам и т.д.

О важности оси "диета-микробиом-хозяин" см. по ссылкам :

• Роль диетических питательных веществ в модуляции микробиоты

Из истории изучения микробиома

Первые результаты проекта HMP

Human Microbiome Project

Начальная цель проекта - расшифровка 900 полных геномов микробов, представленных простейшими одноклеточными животными, бактериями и археями, однако даже это количество, в конечном итоге, будет лишь малой толикой информации о всех микробах, живущих в человеческом теле, которые и составляют так называемый "МИКРОБИОМ" .

Проект "Микробиом человека" является логическим развитием проекта "Геном человека", целью которого является полная расшифровка человеческого генома. Несмотря на то, что проект стартовал в 1990 году, а первый полный геном человека был опубликован в 2003-м, этот проект до сих пор не завершен, так как нерасшифрованными остаются некоторые участки человеческой ДНК.

Пять ключевых мест человеческого тела, а именно: кишечник, полость рта, дыхательные пути, кожные покровы и мочеполовая система, обильно населены различными видами микробов. В связи с этим они играют важную роль в поддержании иммунитета, обмена веществ, пищеварения и других функций.

Пищеварительный тракт - пристанище большинства наших микроскопических сожителей, именно здесь находится микробиом человека. То есть кишечный м икробиом - это то, что прежде называлось микрофлорой кишечника.

Сейчас, с началом масштабных геномных исследований самых разных бактериальных сообществ (например, некоторых участков дна океанов, сточных вод и пр.), название микробиом стало более популярным. Оно подразумевает совокупность не столько самих микробов, сколько всех микробных генов, оказывающих влияние на среду, в которой они существуют. Человеческий организм - это тоже среда обитания микробов...

НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА БИОЛОГИЮ ЧЕЛОВЕКА

Итоги проекта «Микробиом человека»

Консорциум американских ученых в 2012г. опубликовал результаты пятилетней работы над проектом Национальных институтов здоровья "Микробиом человека" (Human Microbiome Project). В работе над проектом Микробиом человека приняли участие около 200 ученых из 80 мультидисциплинарных исследовательских институтов. Общая стоимость исследования составила 173 миллиона долларов.

Целью проекта было охарактеризовать все микробы, присутствующие в организме человека, для чего ученые взяли образцы тканей из 15 мест на теле 129 мужчин и из 18 мест у 113 женщин. Все добровольцы - здоровые люди в возрасте от 18 до 40 лет - предоставили по три образца слизистой с внутренней стороны щек, носа, кожи за ухом и локтевого сгиба, а также фекальные пробы.

По результатам генетического анализа биоматериала было установлено, что в человеческом организме обитает свыше 10 тысяч видов различных микробов. Как утверждают авторы исследования, такое разнообразие микробиома обеспечивает человека гораздо большим количеством генов, чем можно было представить. Так, если в геноме человека содержится 22 тысячи генов, кодирующих белки для регуляции метаболизма, микробиом добавляет еще около восьми миллионов уникальных бактериальных генов.

«Вопрос о том, как индивидуальные вариации типов бактерий среди здоровых людей влияют на возможное развитие болезней, пока остается открытым», - комментирует один из членов консорциума Энтони Фодор (Anthony Fodor).

Оказывается, почти у каждого человека в теле содержится низкое количество вредоносных видов бактерий, патогенных микроорганизмов, которые уже стали известны из-за причиняемых ими инфекций. Но когда человек здоров, как и те 242 взрослых американца, которые добровольно прошли тестирование в проекте, эти микроорганизмы спокойно сосуществуют с полезными микробами, которые в свою очередь «держат их в узде».

Следующий момент, который хотят выяснить врачи - почему патогенные микроорганизмы вредят некоторым людям и одновременно не влияют на других? Какие изменения происходят в микросреде человека, которые приводят к риску различных заболеваний от инфекций синдрома раздраженного кишечника до псориаза?

Все эти и многие другие вопросы ставились перед учеными, участвующими в одном из самых масштабных проектов Национального института здоровья в США. Полученные результаты уже меняют взгляды ученных на то, каким образом люди остаются здоровыми и наоборот - болеют.

«Это совершенно новый взгляд на биологию человека и человеческие болезни, и это впечатляет», - прокомментировал доктор Филипп Тарр из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, один из ведущих ученых в $ 173-милионном проекте, который финансируется Национальным институтом здоровья США.

«Эти бактерии не являются «пассажирами» в нашем теле, - подчеркнул Тарр, - они метаболически активные. Они, как сообщество, и мы должны считаться с ними так же, как мы считаемся с экосистемой леса или воды. И так же, как и в экосистемах окружающей среды, состав микробов на каждой части вашего тела разный. Ваша кожа, например, сравнима с тропическими лесами, а кишечник изобилует различными видами микроорганизмов, как океан.

Ученым уже давно известно, что в человеческом теле сосуществуют триллионы отельных бактерий. Это называется микробиомом человека. До сих пор проводились исследования только тех микробов, которые являлись причиной разных заболеваний. Вы можете вспомнить, как часто медики говорят, что каждый третий человек является носителем золотистого стафилококка (в носу, или на коже), которым может заразить и других. Но никто не знает все виды микроорганизмов, которые населяют тело здорового человека, где именно они находятся и как влияют на наш организм. Около 200 ученых из 80 научных исследовательских организаций работали вместе в течении пяти лет над самой первой в истории переписью, для того чтобы ответить на эти вопросы, разгадывая ДНК микроорганизмов с помощью одного из методов, который используется для расшифровки генетики человека. Результаты этих исследований были напечатаны в серии отчетов в журналах Nature и Public Library of Science .

Сначала ученые должны были собрать образцы тканей с разных участков тела человека - рта, носа, некоторых участков кожи, влагалища у женщин и с кала. Затем они отделили ДНК бактерий от ДНК человека и начали анализ сложных бактерий: лактобациллус, стрептококк, коринебактерии.

«Каждая клетка человеческого тела является «домом» для около 10 бактериальных клеток, но они насколько микроскопические, что общая масса всех микроорганизмов составляет от 1 до 3-х процентов массы тела человека», - объяснил доктор Эрик Грин из Национального Центра Исследований Человеческого Генома в Национальной Организации Здравоохранения США (NIH). Это значит, что человек весом 90 кг содержит в себе до 3-х кг бактерий.

Человеческий геном содержит около 22 000 генов. Но, по оценкам нового проекта, микробы наделяют наш организм еще большей силой, равной 8-ми миллионов генов. Гены бактерий выполняют определенную работу по отношению к нашему организму. Некоторые из них играют важную роль для здоровья и развития человеческой клетки, в которой они содержатся, как рассказал доктор Брюс Биррен, другой исследователь проекта. Гены кишечной бактерии, например, расщепляют некоторые белки и жиры. А также они вырабатывают полезные соединения, которые борются с разного рода воспалениями. И еще, ученые обнаружили, что не существует какого-то основного состава микроорганизмов, которые выполняют определенные функции, это могут делать разные сочетания бактерий.

ОТЛИЧИЕ МИКРОБИОМА СРЕДИ ЭТНИЧЕСКИХ ГРУПП

Небольшое отступление. В 2018 г. ученые обнаружили 12 конкретных типов бактерий, которые регулярно варьируются в изобилии в зависимости от этнической принадлежности. Поскольку этническая принадлежность захватывает многие факторы, начиная от диеты до генетики, трудно сказать, почему это так, сказал Эндрю Брукс (Andrew Brooks), докторант университета Вандербильта (Vanderbilt University) в Институте генетики Вандербильта, который проанализировал данные, предоставленные американским проектом Gut (American Gut Project) и проектом микробиома человека (Human Microbiome Project). Но это основа для понимания здоровых различий в микробиомах между людьми...

«Каждый человек имеет разный состав бактерий в организме, при этом, они организованы так, чтобы выполнять определенные функции», - сказал Биррен. Вполне возможно, что наш образ жизни и окружающая среда стимулировала появление такого рода механизма, который работает на нас.

На данный момент проводятся исследования, которые бы показали, как отличается состав микроорганизмов у человека с определенной болезнью от здорового человека с дальнейшей целью профилактики и лечения заболеваний.

Рассмотрим, например, желудочно-кишечный сверхинфект (бактерии, устойчивые к воздействию антибиотиков, к ним относится также золотистый стафилококк), которым часто заражаются люди, пребывающие в больнице и от которого иногда умирают. Филипп Тарр (Вашингтонский университет) хочет узнать, какой состав из кишечных бактерий может предотвратить поражение ЖКТ дизбактериозом, или же уменьшить его пагубное действие и выяснить, кто из людей более подвержен заражению.

Исследователи Медицинского колледжа Бейлора сообщили, что бактерии, которые находятся во влагалище беременной женщины, имеют свойства меняться во время протекания беременности, возможно для того, чтобы создавалась наиболее благоприятная здоровая среда при рождении ребенка. Предыдущие исследования также показали, что состав бактерий у детей, которые принимались традиционными родами, отличается от бактерий детей, которые рождались с помощью кесарева сечения. Это объясняет, почему кесарево сечение повышает риск заражения ребенка некоторыми инфекциями.

«Каждая новая информация становится шокирующей для нас, потому что она показывает как много еще нужно работать над тем, чтобы понять тот мир, который существует внутри нас», - отметил специалист по инфекционным заболеваниям доктор Дэвид Рэльман (Стэнфордский университет), который написал обзор по результатам этого проекта в журнале Nature.

Например, в проекте принимали участие в основном белокожие добровольцы, живущие в округах Хьюстона и Сэнт Льюиса. Д-р Рэльман отметил, что нужно будет еще проделать большую работу над определением микробиома людей с разной расовой принадлежностью, этнического и географического происхождения. Есть также много открытых вопросов касательно того как эти микробы взаимодействуют с генетикой человека.

«Мы, по сути, совсем не осведомлены о том какие функции обеспечивает микробная экосистема, которая находится внутри нас и как она влияет на наше здоровье», - отметил Рэльман.

ВИДЕОЛЕКЦИЯ О МИКРОБИОМЕ

Рассказывает Константин Северинов - доктор биологических наук, заведующий лабораторией регуляции экспрессии генов элементов прокариот Института молекулярной генетики РАН, заведующий лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Института биологии гена РАН, профессор Университета Ратгерса (США), профессор Сколковского института науки и технологий (SkolTech)

Константин Северинов:

"Самый большой орган в нашем организме не печень и не мозг, а микробы, которые образуют т.н. микробиом…" (

10.21518/2079-701X-2016-16-92-97

МИКРОБИОМ, МИКРОБИОТА

ЧТО НОВОГО?

Последнее десятилетие в области изучения микрофлоры человека открыло во всем многообразии удивительный и густонаселенный мир микроорганизмов. Сегодня ученые считают устаревшим термин «микрофлора», предлагая более широкое понятие под названием «микробиом». Мы обратились к профессору, заведующей кафедрой педиатрии ГБОУ ВПО РМАНПО МЗ РФ, главному педиатру ЦАО Ирине Николаевне Захаровой с просьбой рассказать о новых тенденциях в области изучения микробиома и его влиянии на человека.

Уважаемая Ирина Николаевна, скажите, пожалуйста, что нового известно сегодня о кишечной микрофлоре?

История изучения кишечной микробиоты насчитывает более трех столетий. Еще в 1681 г. Антони ван Левенгук (рис. 1) изобрел примитивное приспособление, с помощью которого он обнаружил микроорганизмы в фекалиях, и выдвинул гипотезу о совместном существовании различных видов микроорганизмов в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ).

В 1850 г. Луи Пастер создал теорию о функциональной роли бактерий в процессе пищеварения, а Р. Кох продолжил исследования в этом направлении и разработал методику разграничения болезнетворных и полезных микроорганизмов.

Учение о роли симбионтной микрофлоры в организме человека связано с именем великого русского ученого, лауреата Нобелевской премии И.И. Мечникова, который в 1888 г. обосновал теорию о том, что в кишечнике человека обитает комплекс микроорганизмов, оказывающих на организм «аутоинтоксикационный эффект» (рис. 2). Он полагал, что введение в ЖКТ «здравословных» бактерий способно стабилизировать действие кишечной микрофлоры и противодействовать интоксикации. Существенный вклад в изучение микрофлоры человека внес немецкий ученый Альфред Ниссле, который с 1912 г. активно занимался изучением бактерий. Им же в 1916 г. был впервые введен термин «дисбактериоз». «Второе

Рисунок 1. Антони ван Левенгук (1632-1723)

дыхание» учение о кишечной микрофлоре получило уже в 70-е гг. XX в., во многом благодаря работам советского ученого А.М. Уголева, который определил дисбактериоз кишечника как изменение качественного и количественного состава бактериальной его флоры, возникающее под влиянием различных факторов: питания, изменения перистальтики кишечника, возраста, воспалительных процессов, лечения антибактериальными препаратами, стресса, тяжелых соматических заболеваний (рис. 3).

Ирина Николаевна, а что изменилось в современной трактовке понятия «микрофлора кишечника»?

Изменилась терминология. Мы не говорим о микрофлоре, поскольку термин «флора» устаревший: растительный мир. Микроорганизмы (бактерий, грибов, вирусов), обитающие внутри и снаружи человека, называют микробиомом. Новая эпоха в изучении кишечного микробиома наступила 5-10 лет назад и связана с появлением молекулярно-генетических методов исследования, буквально перевернувших все наши старые представления. Мы живем в удивительное время, когда с приходом новых технологий меняются наши старые знания, в т. ч. о здоровье и болезни. Сегодня пришло абсолютно новое понимание необходимости микроорганизмов (микробио-ма) внутри и снаружи нашего организма, имеющее большое значение не только для нашего пищеварения, но и всего тела и головного мозга, нашего здоровья в целом.

Как с позиции современных положений рассматривают микробиом, чем он отличается от микробиоты?

Термин «микробиом» был впервые внедрен в 2001 г. для обозначения коллективных геномов микробиоты. Микробиом представляет собой сообщество бактерий, которое каждый из нас имеет внутри и снаружи своего тела. Микробиом каждого человека является уникальным для него и содержит в десятки раз больше клеток и в 100 раз больше генов, чем собственных генов человеческого организма. Вес микробиома зависит от массы тела и составляет от 1,2 до 3,5 кг. Наш микробиом регулирует многие жизненно важные процессы организма и даже оказывает влияние на поведение человека! Микробиом считают еще одним органом человека (рис. 4). Появляется заманчивая идея: а что если поменять свой микробиом

Рисунок 2. Илья Ильич Мечников (1845-1916). Динамика роста числа

научных публикаций, посвященных изучению пробиотиков

Сто лет концепции пробиотиков

Мечников Нобелевская премия,1908

Рост числа научных публикаций, посвященных пробиотикам

Благодаря современным научным исследованиям в области генетики ученые смогли идентифицировать и определить количество микроорганизмов, живущих в человеческом организме. С помощью новейших научных разработок удалось установить, что существует более 1 100 видов микроорганизмов, большинство которых анаэробы. Ученые имеют много доказательств тому, что чем более разнообразны кишечные микроорганизмы, тем лучше здоровье человека, а низкое разнообразие связано с различными болезнями.

Активное внедрение молекуляр-но-генетических технологий в практику микробиологических исследований позволило получить новую информацию о составе и свойствах интестинальной микробиоты у людей разного возраста. Разработан целый арсенал методов исследования,

(с помощью диеты, образа жизни, медицинских манипуляций), может быть, это окажет влияние на здоровье человека в целом и позволит решить целый ряд проблем с ним? Микробиота - это термин, который используется для характеристики микробиоценоза отдельных органов и систем. Например, микробиота кишечника, микробиота кожи, микробиота плаценты, микробиота грудного молока и т. д.

А что же происходит на самом деле? По инерции педиатры продолжают рекомендовать проводить культу-ральные исследования кала, которые перестали делать во многих странах еще 7-8 лет назад! К недостаткам культу-рального метода исследования фекалий следует отнести дороговизну, длительность и трудоемкость выполнения методики, зависимость результата от техники сбора, вариабельность нормы, низкую разрешающую способность (100 жизнеспособных бактериальных клеток), а главное - большинство микроорганизмов в кале являются некультивируемыми!

Изменения в микробиоме человека и отдельных его локусов, могут быть связаны с синдромом раздраженного кишечника, бронхиальной астмой, пищевой аллергией, воспалительными заболеваниями кишечника (язвенный колит, болезнь Крона), аутоиммунными заболеваниями, сахарным диабетом 2-го типа, атеросклерозом, целиаки-ей, заболеваниями печени, ранним детским аутизмом, болезнью Паркинсона, некоторыми видами рака, депрессией, шизофренией. Отсюда мы понимаем тот интерес, который появился не только у гастроэнтерологов, но и у врачей разных специальностей - кардиологов, онкологов, эндокринологов, психиатров и других специальностей, к этой проблеме! Появились перспективные исследования, направленные на оптимизацию микробиома кишечника для восстановления здоровья человека.

Рисунок 3. История изучения кишечной микробиоты,

появление термина «дисбактериоз». Альфред Ниссле и Александр Михайлович Уголев

Альфред Ниссле (1912) изучал антагонистические свойства бактерий Предложил в 1916 г. термин «дисбактериоз»

А.М. Уголев предложил называть дисбактериозом качественное и количественное изменение состава бактериальной флоры кишечника, возникающее под влиянием различных факторов _

Рисунок 4. Международные исследования микробиоты

человека

Microbes maketti

2 международных проекта по исследованию микробиоты человека (геномные исследования) -

NIH (USA) и MetaHIT (EU)

Изменение взгляда на микробиоту человеческого организма как на «жизненных партнеров»: «...that humans are not single organisms, but superorganisms made up of tots of smaller organisms working together»

Рисунок 5. Данные Национального института США

о клеточном разнообразии человеческого организма

Согласно данным Национального института здоровья США, только 10%

клеток, которые входят в состав человеческого организма, являются собственно человеческими клетками.

Остальные 90% принадлежат бактериям, населяющим различные биотопы человека

Homo sapiens может быть описай как «суперорганизм», е которой сосуществует большое количество различных организмов

Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, Fraser-Liggett CM, Knight R, Gordon Jl. The human microbiome project. Nature 2007; 449 (7164): 804-810.

Goodacre R. Metabolomics of a superorganism. J Nutr 2007; 137(1 Suppl): 259S-266S 5.

позволяющих не только быстро и достоверно определить видовую принадлежность выделяемых микроорганизмов, но и проводить их количественную оценку непосредственно в исследуемом материале без этапа культивирования. С внедрением метода секвенирования ДНК (1999) - определения нуклеотидной последовательности генов 16S РНК - удалось установить, что только 7-10% микроорганизмов, живущих в кишечнике, культивируются. Это значит, что наши старые представления о микробиоте кишечника устарели. Метод секвенирования ДНК позволил установить, что в кишке живет более тысячи видов микроорганизмов, 99% из них - это анаэробы, состав которых существенно отличается от того, который ранее представлялся по данным культуральных исследований. Согласно данным Национального института здоровья США (National Institutes of Health, NIH), только 10% клеток, входящих в состав человеческого организма, являются собственно человеческими клетками, а остальные 90% принадлежат бактериям, населяющим различные биотопы человека. Таким образом, homo sapiens является «суперорганизмом», в котором сосуществует большое количество различных организмов (рис. 5). В 2008 г. был запущен глобальный проект «Микробиом человека» (НМР), ставивший своей целью расшифровку генома бактерий, населяющих организм человека. Расшифровкой генома бактерий, населяющих ЖКТ, занимается Европейский консорциум MetaHIT. Уже расшифровано около 3 млн генов, что примерно в 150 раз больше набора генов человека. Результаты проекта позволят попытаться установить взаимосвязь этих генов, состояния здоровья человека, развития заболеваний и фенотипа. В 2010 г. в исследование метагенома человека также активно включились российские ученые. По мнению журнала Science, расшифровка метагенома человека входит в число величайших научных открытий последнего десятилетия (рис. 6).

Ученые, с учетом состава, разделили микробиоты на энтеротипы, каждый из которых включает много различных видов микроорганизмов вне зависимости от места проживания, состояния здоровья или возраста. Исследо-

ватели объединили популяции бактерий в кластеры, названные согласно доминирующим в них родам. Данное открытие можно сравнить с делением людей на группы крови. Bacteriodes является доминирующим у первого энтеротипа, Prevotella преобладает у второго энтеротипа, а Ruminococcus - у третьего. Позднее были выделены и другие энтеротипы. Так, энтеротип Bacteroides отличается активностью в отношении разложения углеводов, а также способствует выработке витаминов C, B2, B5. H. Ruminococcus, наоборот, улучшает всасывание углеводов и повышает уровень сахара в крови, а также синтезирует фолие-вую кислоту и витамин Br Prevotella в процессе жизнедеятельности разрушает защитный слизистый покров, что, вероятно, предрасполагает к дефектам слизистой оболочки кишечника. Следовательно, наличие определенного энтеротипа позволит прогнозировать особенности обмена веществ и указывать на предрасположенность к определенным заболеваниям. В то же время использование такого диагностического метода, как ПЦР, показало, что микробиота кишечника каждого человека индивидуальна и постоянна.

C нарушенной микробиотой кишечника ассоциируется широкий спектр заболеваний: инфекции, диарея, язвенная болезнь, рак желудка и рак толстой кишки, ожирение, мальабсорбция, сахарный диабет, пищевая аллергия, бронхиальная астма, воспалительные заболевания кишечника, кишечная колика, синдром раздраженного кишечника, поведенческие нарушения. Это обусловлено тем, что нормальная микробиота кишечника участвует в разнообразных физиологических функциях организма: защитной, пищеварительной, детокси-кационной и антиканцерогенной, синтетической, генетической, иммуногенной, в регуляции обмена холестерина и оксалатов.

Ирина Николаевна, а что определяет состав микробиоты у новорожденных детей?

Прежде всего, микробиота младенца зависит от кишечной микробиоты матери, а также от окружающей

Рисунок 6. Проект «микробиом человека»

С 2008 г. начат глобальный про« г «микробиом человека» (НМР), ставивший своем мелью расшифровку генома бактерий, населяющих организм человека. Термин «микробиом» был впервые внедрен в 2001 г. для обозначения коллективных геномов микробиоты

Расшифровкои генома бактерии,

населяющих ЖКТ, занимается Европейский консорциум MetaHIT. Расшифровано около 3 млн генов, что примерно в 150 раз больше набора генов человека

РАСШИФРОВКА МЕТАГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА ВХОДИТ В ЧИСЛО ВЕЛИЧАЙШИХ НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЙ ПОСЛЕДНЕГО ДЕСЯТИЛЕТИЯ!

Qin et al. Nature 2010;464:59-65.

среды и питания новорожденного. Мать является первым источником колонизации и инфицирования своего ребенка. Состояние ее микробиоты определяется способом родоразрешения (роды естественные, оперативные), местом проведения родов (родильный дом, квартира, поскольку в некоторых странах физиологические роды осуществляются в домашних условия). Микробиота желудочно-кишечного тракта младенца зависит от состояния кожи, родовых путей и кишечника родильницы, от того, применялась ли антибактериальная терапия у матери и ребенка. Существенное значение имеет время прикладывания к груди, характер вскармливания с рождения. Так как заселение микроорганизмами слизистых новорожденного начинается с момента прохождения его через родовые пути, то естественный способ родоразрешения является одним из основополагающих, влияющих на формирование микробиоты. Однако заселение кишечника плода микроорганизмами закладывается уже во второй половине беременности от матери (по данным зарубежных и отечественных исследований, до 22-й недели гестации микробов в организме плода нет вообще, а начиная с 24-й недели появляются единичные колонии кишечной палочки и лактобацилл в кишечнике плода). Большую роль в формировании микробиоты кишечника плода играют питание, образ жизни матери, а также факт приема антибактериальных препаратов во время беременности, что может нарушить ее баланс.

Сегодня мы располагаем достоверными данными о составе микрофлоры влагалища роженицы, которая в большей степени заселена лактобактериями (более 60%), энтерококками, стафилококками и грибковой бактерией кандида, поэтому младенцы, рожденные естественным путем имеют флору, напоминающую влагалищную флору матери с преобладанием лактобацилл, а рожденные путем кесарева сечения - флору, подобную флоре кожи матери - больше стафилококков и пропио-новых бактерий.

Питание новорожденного, а именно раннее прикладывание, к груди и обеспечение, естественного вскармливания - один из главных факторов, влияющих на правильное формирование микробиоты кишечника малыша

Современный мир озабочен ростом числа родов путем кесарева сечения, в развитых странах это составляет порядка 30-40%, что позволяет наблюдать практически вертикальный рост частоты аллергии у детей раннего возраста, связанный с этим фактом. У ребенка, родившегося путем кесарева сечения, т.е. неестественным, нефизиологическим путем, происходит задержка микробной колонизации, ребенок не получает «микробного удара» в момент родов, что резко увеличивает риск развития аллергии.

Если определить факторы окружающей среды, влияющие на формирование микробиоты новорожденного, то существенную роль играют совместное пребывание

малыша с мамой после родов, был ли ребенок переведен в реанимационное отделение, как долго продолжалось его пребывание в стационаре. Например, в Нидерландах и еще ряде стран Европы для создания наиболее благополучной атмосферы окружающей среды родоразреше-ние проводится на дому. Конечно, весь процесс планируется заранее, и проводят исключительно с участием бригады медицинских сотрудников. Такие роды вполне успешны, а главное - это дает возможность избежать заселения госпитальной флорой.

Микробиота желудочно-кишечного тракта младенца зависит от состояния кожи, родовых путей и кишечника родильницы, от того, применялась ли антибактериальная терапия у матери и ребенка. Существенное, значение имеет время прикладывания к груди, характер вскармливания с рождения

И наконец, питание новорожденного, а именно раннее прикладывание к груди и обеспечение естественного вскармливания - один из главных факторов, влияющих на правильное формирование микробиоты кишечника малыша.

Почему для формирования микробиоты именно грудное вскармливание так необходимо новорожденному?

Благодаря исследованиям, проведенным в последние 10 лет, с использованием метода секвенирования, мы узнали, что грудное молоко вовсе не стерильно, как предполагалось ранее, а, наоборот, содержит до 700 различных микроорганизмов. Они попадают в материнское молоко из кишечника путем бактериальной транслокации в кровоток, минуя лимфатические узлы. Конечно, осталось множество вопросов, как этот процесс осуществляется, но факт наличия большого количества микроорганизмов в материнском молоке доказан. Соответственно, молоко матери также способствует колонизации кишечника и правильному формированию микробиоты младенца.

Ирина Николаевна, а существует ли зависимость формирования микробиома ребенка от социального уровня страны или семьи в отдельности?

Да, существует зависимость формирования микробиоты ЖКТ новорожденного от его социального уровня. Показано, что у младенцев, родившихся в бедных странах, например в Пакистане, Нигерии, Индии, где женщины иногда рожают буквально в канаве, колонизация кишечника ребенка бактериями происходит очень рано, и уже в течение первых дней жизни из его фекалий начинают выделяться энтеробактерии. Мы знаем, что в бедных странах практически нет проблемы аллергии. Однако в Европе аллергия сейчас занимает первое место, особенно у немцев. В Швеции 25% детей не имеют энтеробакте-рий в стуле через неделю пребывания в роддоме, а в США 35% детей не колонизировали кишечник в течение первых 2 недель жизни.

Огромное количество факторов влияет на формирование микробиоты желудочно-кишечного тракта. А каковы последствия ее изменения в течение жизни?

Человеческий организм представляет собой суперорганизм, который населен огромным количеством микроорганизмов, причем около 20% того, что употребляет в пищу человек, идет на кормление этих микробов. У каждого локуса своя флора, все зависит от места расположения, возраста и состояния здоровья. Да, кишечная микробиота - это, конечно, не нечто неизменное, она представляет собой динамически меняющуюся смесь микробов, типичных для каждого человека. Но необходимо помнить, что смена флоры может приводить к болезням. Поэтому сейчас весь мир изучает связь болезней с микробиотой, и уже доказано, что изменения микробио-ма приводят к аллергии, аутоиммунным, сердечно-сосудистым, метаболическим и психиатрическим заболеваниям. Потрясающие работы сейчас проводятся в Санкт-Петербурге, в Военно-медицинской академии, по выявлению связи микробиоты с инсультами и инфарктами. Установлено, что микробиота реализует свои функции через микробно-тканевой комплекс.

Ирина Николаевна, можно ли как-то корригировать микробиоту желудочно-кишечного тракта?

Существует три основных варианта воздействия на микробиоту: это применение антибактериальных препаратов, пребиотиков и пробиотиков. Многие специалисты пытаются скорректировать микробиоту антибиотиками, и, к сожалению, в нашей стране накоплен богатейший негативный опыт по уничтожению микробиоты кишечника гентамицином. Когда мы обсуждаем назначение пребиотиков, то необходимо помнить, что это «удобрения», на которых могут вырасти абсолютно любые микроорганизмы. Конечно, совсем другое дело при их дифференциации на селективные и неселективные. Более полезными являются селективные, стимулирующие рост полезной микрофлоры. Если мы применяем для восстановления микробиома пробиотики, то мы знаем, что существуют тысячи штаммов микроорганизмов и каждый штамм предназначен для лечения конкретной патологии. Все пробиотики делятся на бифидо-, лакто-, сахаромицеты, они работают на уровне собственной пластинки, эпителия слизистой. В настоящее время назначение пробиотиков надо проводить с учетом штаммоспецифичности. Например, для профилактики антибиотик-ассоциированной диареи самая высшая степень доказательности у сахаромицет (препарат Энтерол) и лактобацилл GG (LGG) (препараты Нормобакт L и Према).

Ирина Николаевна, сегодня пищевая аллергия у детей стала одной из самых распространенных патологий. Может ли применение пробиотиков помочь в лечении аллергии?

Да, сегодня мы активно используем при ведении детей с аллергией пробиотик на основе LGG, с антиаллергическим эффектом, занимающий первое место среди

других. Существует множество исследований, которые доказали, что применение LGG способствует купированию аллергического воспаления в кишечнике и снижению фактора некроза опухоли-альфа на уровне кишки. Поэтому, когда мы имеем дело с ребенком, которого беспокоят боли и вздутие живота, помимо элиминационной диеты, необходимо назначение LGG вместе с питанием (например, йогурты, другие кисломолочные продукты), что приводит к быстрому положительному эффекту. LGG имеет очень хорошую адгезию, устойчивость к кислоте, желчи и ферментам, правда, он разрешен к применению только с месячного возраста. Также пробиотик на основе LGG влияет на синтез интерлейкина-10, что позволяет успешно применять его в реабилитации часто болеющих детей и для нормализации иммунологического дисбаланса при аллергии. Препараты на основе LGG подтвердили высокую эффективность при лечении атопического дерматита у детей с отягощенной наследственностью по аллергии, поэтому я всегда использую препараты на основе LGG у своих пациентов.

Различные типы диет по-разному влияют на обмен информацией по оси «кишечник - мозг». Например, диеты с высоким содержанием жира способны провоцировать механизмы негативного влияния на мозг

Если у ребенка установлена нетяжелая непереносимость лактозы, можно рекомендовать йогурты, поскольку закваски с включением LGG дают хороший эффект.

Кроме того, LGG обладает противомикробным, противовирусным и противогрибковым действием.

Возможно ли при помощи питания, особенно детей младшего возраста, которые уже не употребляют материнское молоко, а переходят на продукты питания промышленного производства, поддерживать необходимый баланс микробима?

Да, конечно, приветствуется ежедневное употребление кисломолочных продуктов, в т. ч. содержащих про-биотические культуры, с помощью которых можно воздействовать на микробиом кишечника. Сегодня мы имеем возможность включать в рацион детей специально разработанные кисломолочные продукты из натуральных ингредиентов, дополнительно обогащенных кальцием и витамином Д, с учетом роста и развития ребенка. Важно отметить, что современные технологии позволяют создавать их без консервантов и искусственных красителей, снижая риск развития аллергии.

Ирина Николаевна, и главный вопрос: есть ли связь между состоянием микробиоты кишечника и деятельностью головного мозга?

Безусловно, на сегодняшний день нет сомнений в том, что кишечник и мозг не только связаны между собой, но и активно взаимодействуют. Появились экспериментальные исследования на животных, а также

клинические наблюдения, доказывающие эту связь. В принципе, здесь нет ничего нового. Все давно знают, что если у человека стресс, то в первую очередь часть из нас почувствует его последствия со стороны кишечника, например, появятся позывы идти в туалет. Или у ребенка, испытывающего стресс, связанный с походом в детское дошкольное учреждение, в новый класс, может развиться запор. Так, Emeran Mayer, анализируя различные типы взаимодействия, обмена информацией по оси «кишечник - мозг», как сверху вниз, так и снизу вверх, говорит о различных способах этого взаимодействия: через гормоны, нервные импульсы, а также через сигнальные молекулы иммунных клеток. Отдельно анализируется вклад кишечной микробиоты в обмен информацией между кишечником и мозгом. Одной из основных реакций микробиоты на эмоции, стресс своего хозяина, по-видимому, является изменение количества производимых ими метаболитов. Самым важным периодом жизни является ранний период, начиная с внутриутробного этапа и в первые три года жизни ребенка, когда формируются микробный состав кишечника и основные нейронные связи мозга. Перспективные исследования на грызунах показали, что микробиота кишечника способна оказывать влияние на повседневные эмоции, а возможно, и определять, насколько длительными или сильными будут эти эмоции. Важную роль в формировании микробиоты кишечника играет питание (диета), в т. ч. в формировании связи «кишечник - мозг». Различные типы диет по-разному влияют на обмен информацией по оси «кишечник - мозг». Например, диеты с высоким содержанием жира способны провоцировать механизмы негативного влияния на мозг. В этой связи рекомендуется ограничить количество жиров животного происхождения в своем рационе и потреблять больше ферментированных продуктов.

В последние годы становится больше детей с расстройствами аутистического спектра. Проведенные эпидемиологические исследования показали, что ожирение у матери во время беременности может увеличить риск развития расстройств нервной системы, в т. ч. расстройств аутистического спектра у ребенка. У детей с этими расстройствами часты проблемы с желудочно-кишечным трактом. Исследователи пытались выявить связь между изменениями в рационе питания, микробиомом и социальным поведением и сделали вывод о том, что диета матери с высоким содержанием жиров может привести к дисбиозу кишечника у потомства и вызывать поведенческие расстройства, которые могут быть скорректированы с помощью селективного введения штаммов I.. ЯвМвп. Расстройства пищеварения, которые наблюдаются у пациентов с расстройствами аутистического спектра, могут быть связаны с их более высокой раздражительностью, агрессивным поведение и нарушениями сна. Появилась гипотеза о том, что один из способов изменить пищевое поведение - изменение состава кишечной микробиоты. Исследование, проведенное профессором Г. Фростом из Лондона, подтвердило, что пропионат, производимый бактериями толстой кишки, способен влиять на механизм «еда - удовольствие» и пищевое поведение хозяина. Последние открытия в области микробиоты подтвердили ее важность для осуществления взаимодействия между центральной и энтеральной нервной системой. Эти взаимодействия по оси «кишечник - мозг», по всей видимости, осуществляются в двух направлениях с помощью нейронных, эндокринных, иммунных и гуморальных сигналов.

Уважаемая Ирина Николаевна, благодарим Вас за чрезвычайно интересную и познавательную беседу.

Беседовала Юлия ЧЕРЕДНИЧЕНКО

«Диетологический» хит последних лет — палеодиета . Основной принцип прост: давайте кушать те же продукты, что и наши далекие предки из каменного века (2,6 млн — 10 тыс. лет до нашей эры) потребляли до изобретения сельского хозяйства. С какой стати? Гены человека развиваются куда медленнее, чем его мозг. По большему счёту, сегодня они — те же самые, что и в ту далекую эпоху, когда люди были охотниками и собирателями. А раз так — то современная пища нам категорически не подходит. Но наши тела — куда более гибкая штука, чем считают «палеодиетчики». Ведь в «диете каменного века» не учтён важный фактор: микробиом .

Микробиом — сообщество из триллионов бактерий, обитающих в нашем желудочно-кишечном тракте. Он весит порядка 1,4 кг — почти столько же, сколько и мозг. Бактерий очень много — по численности они обходят живые клетки человека в соотношении 9 к 1 . Создатель микробиомной диеты доктор в шутку говорит, что люди — всего лишь «бактерии в костюмах».

А бактериальных генов больше, чем человеческих, в 150 (!) раз . Часто влияние генов бактерий на нашу повседневную жизнь оказывается даже более значимым, чем в случае с «родным» геномом.

Когда микробиом сбалансирован, у нас есть очень сильный союзник. Благодаря «довольным» микробам тело остаётся здоровым, пищеварение — хорошим, мышление — ясным. Если же баланс нарушен, последствия не заставят себя ждать — спутниками вашей жизни станут или могут стать «туман» в голове, депрессия, тревожность, проблемы с кожей и бессонница, ожирение, диабет, рак…

Микробиомный подход расходится с палеодиетой в главном — в скорости. Да, человеческие гены меняются не так быстро (хотя и быстрее, чем думают наиболее ортодоксальные сторонники «палео»). А вот популяция сверхважного для нас микробиома меняется очень быстро — в течение всего одного дня!

«Жизненный цикл одного микроба — всего 20 минут. Этого вполне достаточно, чтобы весь ваш микробиом изменил свой состав». (Рафаэль Келман).

Вместе с составом меняются и гены. Вы можете проснуться в понедельник с одним набором микробиомных генов, а во вторник — уже с другим.

На популяцию микробиома влияет множество факторов: окружение, упражнения, сон, стресс. Но самый важный — питание.

«То, как вы питаетесь, определяет, какие микробы внутри вас живут «счастливо», а какие — вымирают и исчезают».

Сторонники палеодиеты, таким образом, перевернули всё с ног на голову. Речь не о том, что наши гены запрограммировали нас на то, что мы должны придерживаться только определенной диеты. Скорее, наш рацион питания «программирует» наш микробиом — и его (очень важные для нас) гены .

Эксперимент

В 2011 году ученые из Гарварда и Университета Дюка провели крайне любопытное исследование. Добровольцам предложили две кардинально отличающиеся друг от друга диеты. Участники из первой группы питались пищей с высоким содержанием белка : беконом, яйцами, свиными ребрышками, грудинкой, салями, сыром и шкварками. Во второй группе ели очень много клетчатки — фрукты, овощи, злаки и бобы. Бактериальный анализ выделений показал большое — и практически мгновенное — влияние рациона на кишечные бактерии в обеих группах.

Началась выработка тех типов бактерий, которые помогли бы переваривать те виды пищи, которые люди только что съели. Всего за 24 часа «мясоеды» получили повышенную дозу бактерий, устойчивых к желчным кислотам (продукту, возникающему в процессе переваривания мяса). Если вы — мясоед, без таких бактерий не обойтись, и микробиом среагировал соответствующим образом. У «вегетарианцев» из второй группы таких бактерий было куда меньше — так как в них не было надобности.

Такая «гибкость» микробиома объясняет, почему наше тело столь быстро адаптируется почти к любой пище. Гены человека здесь ни при чём, нам нет нужды кивать на их медлительность. Природа дала человеку великолепный механизм выживания, который помогает ему привыкнуть к самым разным рационам питания.

«Микробиомные» продукты

Приверженцы палеодиеты уверены: люди не способны «переварить» злаки; более того, они — причина многих заболеваний. Доктор Келман не соглашается: цельнозерновые продукты предотвращают развитие сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения и диабета. Положительный эффект проявляется в том числе и потому, что клетчатка из злаковых питает микробиом.

Теперь — самое интересное. Какая пища является «хорошей» для микробиома? Келман пишет, что составленный под микробиом рацион довольно разнообразен. Не нужно есть так уж много мяса — никаких 55% дневного потребления калорий, как предлагают «палеодиетчики», вашему микробиому не требуется. По последним научным данным, мясная продукция в больших количествах вредит нашим бактериям. Типичная еда западного мира — рафинированная мука, сахар, вредные жиры, добавки, консерванты и искусственные красители — также должна исчезнуть из рациона.

В свою очередь, обилие свежих, натуральных овощей, фруктов, бобовых и цельнозерновых продуктов — то, что приведёт ваш микробиом в неописуемый восторг. Спаржа, морковь, чеснок, топинамбур, батат, лук, лук-порей, редис, помидоры — это то, что должно быть на вашем столе как можно чаще. Очень хорошая добавка к рациону — ферментированная пища (корейская капуста кимчхи, наши родные квашеная капуста, соленья, кефир ). Это натуральные пробиотики , стимулирующие рост дружелюбных бактерий. Можно принимать и пробиотики в их «аптечной» вариации — капсулы, порошки и т.п.

Обложка книги Р. Келмана «Микробиомная диета»

Микробиомная теория объясняет хорошее самочувствие людей при самых разных рационах питания. К примеру, вы можете быть вегетарианцем, который в огромных количествах поглощает злаковые и бобовые — в палеодиете эта еда признается чуть ли не дьявольской — и ощущать себя «на все 100». Или питаться качественной, свежей едой с умеренными порциями куриного мяса и рыбы, небольшими «вкраплениями» говядины или баранины — и тоже чувствовать себя очень хорошо. Детали неважны. Самое главное — поддерживать своих маленьких приятелей внутри себя.

Микробиом, или микробиота, или микрофлора человека состоит из всего набора микроорганизмов, которые живут в организме и на теле. На самом деле, внутри нашего организма в 10 раз больше бактерий, чем на коже. Изучение микробиома человека охватывает совокупность всех микробов и геномы микробных сообществ организма человека.

Эти микробы находятся в разных местах экосистемы человеческого тела и выполняют важные функции, необходимые для нашего здоровья. Например, кишечные бактерии позволяют нам правильно переваривать и поглощать питательные вещества из продуктов, которые мы употребляем в пищу.

Генная активность полезных микробов, которые колонизируют организм, воздействует на физиологию человека и защищает от . Нарушение надлежащей активности микробиома связано с развитием ряда аутоиммунных заболеваний, включая диабет и фибромиалгию.

Микробиом человека

Микроскопические организмы, которые обитают в организме, включают археи, бактерии, грибы, протисты и вирусы. Микробы начинают колонизировать наш организм с момента рождения. Микробиота человека изменяется по количеству и типу микроорганизмов на протяжении всей жизни, причем число видов увеличивается с рождения до взрослого возраста и уменьшается в пожилом возрасте. Эти микробы уникальны от человека к человеку и могут быть затронуты определенными видами деятельности, такими как мытье рук или принятие антибиотиков. Бактерии являются самыми многочисленными микроорганизмами в микробиоме человека.

Микробиом человека также включает микроскопических животных, таких как клещи. Эти крошечные членистоногие обычно колонизируют кожу.

Микробиом кожи

Кожа человека заселена рядом различных микроорганизмов, которые обитают на поверхности кожи, а также в железах и волосах. Наша кожа находится в постоянном контакте с внешней средой и служит первой линией защиты организма от потенциальных . Микробиота кожи помогает предотвратить колонизацию кожи патогенами. Она также помогает тренировать нашу иммунную систему, предупреждая иммунные клетки о наличии патогенов и инициируя иммунный ответ.

Экосистема кожи человека очень разнообразная, с различными слоями кожи, уровнями кислотности, температурой, толщиной и воздействием солнечного света. Таким образом, микробы, которые обитают в определенном месте на коже или внутри нее, отличаются от микробов в других частях тела. Например, микроорганизмы, населяющие влажные и горячие части тела (под мышки), отличаются от тех, которые колонизируют сухие, более холодные поверхности кожи на руках и ногах. Комменсальные микроорганизмы, которые обычно населяют нашу кожу, включают бактерий, вирусы, грибы и микроскопических животных, таких как клещи.

Бактерии, колонизирующие кожу, процветают в одном из трех типов кожи: жирной, влажной и сухой. Три основных вида бактерий, населяющих эти типы кожи включают: пропионовокислые бактерии (Propionibacterium ) - обнаруженные преимущественно на жирных участках; коринебактерии (Corynebacterium ) - обнаруженные во влажных областях; стафилококки (Staphylococcus ) - населяющие сухие участки.

Хотя большинство этих видов бактерий не являются опасными, они могут стать вредными для человека при определенных условиях. Например, пропионибактерии акне (Propionibacterium acnes ) живут на жирных поверхностях кожи, таких как лицо, шея и спина. Когда организм вырабатывает избыточное количество жира, эти бактерии размножаются с высокой скоростью, что может привести к развитию акне. Другие виды бактерий, например, золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus ) и стрептококк пиогенес (Streptococcus pyogenes ), могут вызывать более серьезные проблемы, такие как септицемия и ангина.

Не так много известно о комменсальных вирусах кожи, поскольку исследования в этой области пока немногочисленны. Было обнаружено, что вирусы находятся на поверхностях кожи, сальных железах и внутри бактерий кожи.

Виды грибков, которые колонизируют кожу человека, включают кандидоз (Candida ), малассезия (Malassezia) , криптококк (Cryptocoocus ), дебариомицес (Debaryomyces ) и микроспория (Microsporum ). Как и в случае с бактериями, грибки размножаются с необычайно высокой скоростью и могут вызывать проблемные состояния и заболевания. Грибки малассезия способны вызывать перхоть и атопическую экзему.

Микроскопические животные, населяющие кожу, включают клещей. Например, клещи демодекс (Demodex ) колонизируют лицо и живут внутри волосяных фолликулов. Они питаются кожным жиром, мертвыми клетками и даже некоторыми бактериями.

Микробиом кишечника

Микробиом кишечника человека отличается разнообразием и численностью. Он включает триллионы бактерий с тысячами различных видов. Эти микробы процветают в суровых условиях кишечника и активно участвуют в поддержки пищеварения, нормального метаболизма и надлежащей иммунной функции. Они помогают в переваривании неперевариваемых углеводов, метаболизме желчных кислот и лекарств, а также в синтезе аминокислот и многих витаминов.

Несколько кишечных микроорганизмов продуцируют противомикробные вещества, которые защищают нас от патогенных бактерий. Состав кишечной микробиоты уникален для каждого человека и постояно меняется. Он изменяется с такими факторами, как возраст, смена рациона, воздействие токсических веществ (антибиотики) и изменения в состоянии здоровья. Отклонения в составе комменсальных микроорганизмов кишечника связывают с развитием желудочно-кишечных заболеваний, таких как воспалительные заболевание кишечника, целиакия и синдром раздраженной толстой кишки.

Подавляющее большинство бактерий (около 99%), которые обитают в кишечнике, в основном состоят из двух типов: бактероиды (Bacteroidetes ) и фирмикуты (Firmicutes ). Примеры других типов бактерий, обнаруженных в кишечнике, включают протеобактерии (например, эшерихии (Escherichia ), сальмонеллы (Salmonella ) и вибрионы (Vibrio )), ак­ти­но­бак­те­рии (Actinobacteria ) и мелаинабактерии (Melainabacteria ).

Микробиом кишечника также содержит археи, грибы и вирусы. Самые распространенными археями в кишечнике являются метаногены Methanobrevibacter smithii и Methanosphaera stadtmanae . Виды грибков, обитающих в кишечнике человека, включают кандидоз (Candida ), сахаромицеты (Saccharomyces ) и кладоспории (Cladosporium ). Изменения в нормальном составе кишечных грибков были связаны с развитием таких заболеваний, как болезнь Крона и язвенный колит. Наиболее распространенные вирусы в микробиоме кишечника - это бактериофаги, которые инфицируют кишечные бактерии.

Микробиом ротовой полости

Микробиом ротовой полости насчитывает миллионы микроорганизмов, существующих, как правило, в взаимовыгодных отношениях с хозяином. В то время как большинство микробов являются полезными, предотвращая ротовую полость от колонизации вредными микроорганизмами, некоторые из них могут становится патогенными при определенных условиях.

Бактерии являются наиболее многочисленными из микроорганизмов ротовой полости и включают стрептококки (Streptococcus ), актиномицеты (Actinomyces ), лактобактерии (Lactobacterium ), стафилококки (Staphylococcus ) и пропионибактерии (Propionibacterium ). Бактерии защищают себя от стрессовых условий во рту, производя липкое вещество, называемое биопленкой. Биопленка защищает бактерии от антибиотиков, других микроорганизмов, химических веществ, чистки зубов или веществ, опасных для микробов. Биопленки разных видов бактерий образуют зубную бляшку, которая прилипает к поверхностям зубов и может вызвать их разрушение.

Ротовые микробы часто взаимодействуют в интересах друг друга. Например, бактерии и грибки иногда сосуществуют в отношениях, которые могут нанести вред хозяину. Бактерия стрептококк мутанс (Streptococcus mutans ) и грибок кандида альбиканс (Candida albicans ), работающие в связке, вызывают серьезные проблемы с зубами, чаще всего встречающиеся у дошкольников.

Археи в ротовой полости, включают метаногены Methanobrevibacter oralis и Methanobrevibacter smithii . Протисты, обитающие в полости рта, включают ротовую амёбу (Entamoeba gingivalis ) и ротовая трихомонада (Trichomonas lenax ). Эти комменсальные микроорганизмы питаются бактериями или пищевыми частицами и встречаются в гораздо большем количестве у людей с заболеванием десен. Ротовые вирусы преимущественно состоят из бактериофагов.