Микробиота кишечника: Определение, важность и использование в медицине

Микробиота кишечника: Определение, важность и использование в медицине

Что такое кишечная микробиота и человеческий микробиом?

Последние научные достижения в области генетики означают, что люди гораздо больше знают о микробах в организме.

Многие страны вложили значительные средства в изучение взаимодействия в экосистеме человеческого организма и их значимости для здоровья и болезней.

Два термина «микробиота» и «микробиом» часто используются для обозначения одного и того же и взаимозаменяемы. В этой статье будут объяснены различия между ними и то, как они используются и исследуются в современной медицине.

Что такое человеческий микробиом?

Человеческая микробиота состоит из широкого спектра бактерий, вирусов, грибов и других одноклеточных животных, обитающих в организме.

Микробиом — это название всех генов, содержащихся в этих микробных клетках.

Каждый человек имеет от 10 до 100 триллионов микробных клеток в симбиозе. Это приносит пользу как микробам, так и их хозяевам, пока тело находится в здоровом состоянии. Оценки варьируются, но в составе человеческой микробиоты может быть более 1000 различных видов микроорганизмов.

Существует множество проектов, пытающихся расшифровать геном человека путем секвенирования всех генов человека. Аналогичным образом, микробиом подвергся интенсивным усилиям по раскрытию всей своей генетической информации.

Нижеследующий видеоролик о человеческой экосистеме, снятый Центром изучения генетических наук Университета штата Юта, Солт-Лейк-Сити, поможет создать картину этих деликатных, но жизненно важных взаимоотношений.

Это хорошее введение в диапазон мест обитания для различных типов микробов в организме, включая различия между сухой средой предплечья и влажной и маслянистой средой подмышки.

Микробы в организме настолько малы, что они составляют лишь от 2 до 3 процентов от общего веса человеческого тела, несмотря на их численное превосходство над клетками [S2].

Исследование 2012 года, опубликованное в Nature консорциумом Human Microbiome Project Consortium, показало следующее:

  • Образцы микробных сообществ, обитающих во рту и стуле, отличаются особым разнообразием
  • В отличие от этого, образцы из влагалищ показывают особенно простые микробные сообщества.

Исследование показало большое разнообразие человеческого микробиома среди большой группы здоровых западных людей, но ставит вопросы для дальнейших исследований. Как изменяются популяции микробов в каждом из нас в течение жизни, и являются ли модели колонизации полезными микробами такими же, как и у микробов, вызывающих заболевания?

Что такое микробиота кишечника?

Микробиоту кишечника раньше называли микрофлорой кишечника.

Примерно в это же время, в 1996 году, доктор Родни Берг из отделения микробиологии и иммунологии Луизианского государственного университета написал о микробиоте кишечника, подытожив ее «глубокую» важность.

» Местная микрофлора желудочно-кишечного тракта оказывает глубокое влияние на анатомическое, физиологическое и иммунологическое развитие хозяина, — писал д-р Берг в статье «Тенденции в микробиологии».

«Местная микрофлора стимулирует иммунную систему организма хозяина быстрее реагировать на вызов патогенов и, через бактериальный антагонизм, препятствует колонизации ЖКТ открытыми экзогенными патогенными микроорганизмами».

Эта симбиотическая связь выгодна человеку, и наличие этой нормальной флоры включает в себя микроорганизмы, присутствующие в окружающей среде настолько, что их можно встретить практически у всех животных из одной и той же среды обитания.

Однако эти нативные микробы также содержат вредные бактерии, которые могут преодолеть защитные силы организма, отделяющие их от жизненно важных систем и органов. В качестве примеров можно привести

Таким образом, в кишечнике имеются полезные бактерии, а также вредные бактерии, которые могут проникнуть в более широкие системы и вызвать локальные инфекции желудочно-кишечного тракта. К таким инфекциям относятся пищевое отравление и другие ЖК-болезни, вызывающие диарею и рвоту.

Микробиота кишечника содержит более 3 миллионов генов, что делает ее в 150 раз более генетически разнообразной, чем человеческое тело.

Микробиота кишечника каждого человека уникальна. Это может сильно повлиять на то, как человек борется с болезнью, переваривает пищу, и даже на его настроение и психологические процессы.

Почему человеческая микробиота важна?

Микроорганизмы эволюционировали вместе с людьми и являются неотъемлемой частью жизни, выполняя целый ряд жизненно важных функций.

Они имеют отношение как к здоровью, так и к заболеваниям, и исследования обнаружили связь между популяциями бактерий, как нормальных, так и патологических, и следующими болезнями:

Микробиом человека оказывает влияние на следующие четыре широкие области, имеющие важное значение для здоровья:

Питание

Помимо поглощения энергии из пищи, кишечные микробы играют важную роль в усвоении человеком питательных веществ. Например, кишечные бактерии помогают нам расщеплять сложные молекулы в мясе и овощах. Без помощи кишечных бактерий растительная целлюлоза непереварима.

Микробы кишечника могут также использовать свою метаболическую активность, влияя на пищевые пристрастия и чувство насыщенности.

Разнообразие микробов связано с разнообразием рациона питания. Молодые люди, которые пробуют самые разнообразные продукты, обнаруживают более разнообразную кишечную микробиоту, чем взрослые, которые придерживаются определенного режима питания.

Иммунитет

С момента рождения животного они начинают строить свой микробиом. Люди приобретают первых микробов у входа в шейку матки своей матери по прибытии в мир.

Без этих ранних гостей-микробов адаптивный иммунитет был бы невозможен. Это жизненно важный защитный механизм, который учится реагировать на микробов после столкновения с ними. Это позволяет быстрее и эффективнее реагировать на болезнетворные организмы.

Грызуны, полностью очищенные от микроорганизмов, обладают целым рядом патологических эффектов, в том числе слаборазвитой иммунной системой.

Микробиота также связана с аутоиммунными заболеваниями и аллергией, которые могут развиться с большей вероятностью, если микробное воздействие будет нарушено на ранних стадиях.

Поведение

Микробиота может воздействовать на мозг, который также участвует в пищеварении. Некоторые даже называют кишечную микробиоту «вторым мозгом».

Тонкие молекулы, высвобождающиеся в результате деятельности кишечных бактерий, вызывают реакцию нервов в желудочно-кишечном тракте.

Исследователи также отметили связь между микробиомом кишечника и психологическими расстройствами, такими как депрессия и расстройство аутистического спектра (КАН).

Болезнь

Популяции бактерий в желудочно-кишечном тракте дали представление о кишечных заболеваниях, включая воспалительные заболевания кишечника (ВБК), такие как болезнь Крона и язвенный колит. Низкое микробное разнообразие кишечника было связано с ИБД, а также ожирением и диабетом 2-го типа.

Состояние микробиоты кишечника связано с метаболическим синдромом. Изменение рациона питания путем включения пребиотиков, пробиотиков и других добавок снизило эти факторы риска.

Микробы кишечника и их генетика влияют на энергетический баланс, развитие мозга и когнитивные функции. В настоящее время ведутся исследования о том, как именно это происходит и как эти отношения могут быть использованы на благо человека.

Нарушение состояния микробиоты антибиотиками может привести к заболеваниям, в том числе к инфекциям, которые становятся устойчивыми к антибиотикам.

Микробиота также играет важную роль в сопротивлении кишечному зарастанию внешних популяций, которое в противном случае могло бы вызвать заболевание — «хорошие» бактерии конкурируют с «плохими», с некоторыми даже выделяющими противовоспалительные соединения.

Новые данные о микробиоме

Огромные инвестиции были направлены на изучение популяций микробов в организме и их генетики, изучение связей со здоровьем и болезнями.

В 2007 году Национальные институты здравоохранения (НИЗ) приступили к осуществлению проекта «Микробиом человека» — исследовательского проекта, целью которого является определение микробных видов, оказывающих воздействие на человека и их связь со здоровьем, путем подготовки на основе генетических исследований широких и общедоступных наборов данных.

Большинство микроорганизмов, обитающих в организме человека, находятся в желудочно-кишечном тракте, и именно здесь происходит большинство новых открытий.

К числу последних достижений относится дальнейшее подтверждение способов введения нового штамма в существующую микробиоту с использованием питательных веществ без ущерба для общего баланса и функции микробиома. Это открывает возможности для пробиотического лечения и новых методов анализа состава микробиоты кишечника.

В данном исследовании морские водоросли использовались для контроля кишечной микробиоты нескольких мышей.

Недавно были также проведены исследования того, как потенциальные патогены извне организма могут проникнуть внутрь и как они соотносятся с кишечной микробиотой. Это поможет определить способы ограничения проникновения потенциально опасных микробов и их болезнетворное воздействие.

Микробиота кишечника становится краеугольным камнем профилактической медицины.