ТЕЛОСОФИЯ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ЦЕЛЕВОЙ ДЕТЕРМИНАЦИИ
ВРЕМЯ, ВРЕМЯ, ВРЕМЯ...

МИКРОБИОМ - СООБЩЕСТВО МИКРОБОВ ВНУТРИ НАС

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз

МИКРОБИОМ - СООБЩЕСТВО МИКРОБОВ ВНУТРИ НАС

Сообщение автор ARSEN в 2015-01-30, 22:18

Самый главный орган человека - это сообщество микробов внутри нас

30 января, 22:03

Всемирно известный ученый рассказал, как бактерии влияют на наше здоровье и характер, откуда берутся новые инфекции и когда появятся революционные антибиотики


Константин Северинов - доктор биологических наук, заведует лабораторией молекулярной генетики микроорганизмов Института биологии гена РАН, а также лабораторией в Институте молекулярной генетики РАН, является профессором Сколковского института науки и технологий (Сколтеха), профессором Университета Ратгерса (США).



БАКТЕРИИ НА ДРЕВЕ ЖИЗНИ

- Представьте себе огромное дерево, на котором каждая веточка – это генетический текст, определенный набор генов, соответствующий какому-нибудь организму, - рисует «пейзаж» Константин Северинов. - На этом очень разлапистом, ветвистом дереве люди, животные и растения займут совсем крохотное место в кроне, а все остальное разнообразие – бактерии, то есть микробы. Для нас они могут казаться однообразными, потому что очень мелкие и мы не видим различий. Но на самом деле бактерии составляют более 95% разнообразия жизни на планете. Многих микробов называют «экстремофилами», потому что они живут в очень неподходящих с нашей точки зрения условиях: в вечной мерзлоте, в горячих источниках, на дне океана под гигантским давлением и в безумной концентрации соли в Мертвом море.

- Но мы-то привыкли, что микробы – это вредители, возбудители болезней. Если они настолько вездесущи и ко всему могут приспособиться, то, выходит, человечество никогда не выиграет борьбу с ними, не избавится от опасных инфекций?


- Этот стереотип гуляет еще со времен Пастера (знаменитый французский микробиолог, основоположник теории инфекционных заболеваний. – Авт.): мы, мол, находимся в состоянии войны с коварным противником - микробами, которые планируют какие-то шаги, блокпосты строят и хотят нас покорить. Реальная ситуация совершенно другая. Во-первых, подавляющее большинство микроорганизмов о нас знать не знают, ведать не ведают, занимаются своими делами, и мы им глубоко безразличны. А с другой стороны, мы сами в значительной степени зависим от населяющих нас микробов, причем, гораздо больше, чем они от нас.




ВИТАМИНЫ ЗАКАЗЫВАЛИ?


- Тогда расскажите: почему и как мы зависим от бактерий?


- Тело человека состоит примерно из триллиона клеток. И при этом внутри нашего организма живет в десятки раз большее количество клеток бактерий! В основном они обитают в кишечнике и фактически образуют единый огромный орган - микробиом. Это самый большой по весу орган человека, гораздо больше чем печень или мозг.

Наши бактерии выполняют массу незаменимых функций. Например, люди потеряли способность, которая есть у ближайших родственников – приматов: вырабатывать ряд витаминов и аминокислот, необходимых для жизни. Мы можем это себе позволить, потому что в нас живут бактерии, которые производят такие вещества для нас. Кишечные бактерии вносят большой вклад в работу иммунной системы: они вырабатывают важные противовоспалительные соединения, синтез которых наш организм обеспечить не может. Кстати, современные исследования показывают, что некоторые болезни, которые до недавних пор считались генетическими, связывались со стрессами и другими факторами, на самом деле имеют бактериальную природу. Диабет, аутоимунные болезни (когда иммунитет атакует собственные здоровые клетки организма и разрушает органы. - Авт.), даже некоторые психические заболевания - такие, как шизофрения, могут быть вызваны изменениями в составе микробиома.

В ТЕМУ


- Канадские ученые провели серию опытов, которые показали: бактериальная кишечная инфекция может ухудшить... память. Лабораторных мышей заражали бактерией Citrobacter rodentium, нарушающей работу кишечника. Грызуны с таким расстройством стали намного хуже узнавать знакомые предметы - начинали исследовать их так, будто видят впервые. Эксперты предполагают, что кишечная палочка Escherichia coli может аналогично ослаблять память людей.

- Австралийский врач Барри Маршалл в 1984 году заразил себя бактерией Helicobacter pylori и заработал гастрит, а затем язву желудка. И успешно вылечился антибиотиками. Самоотверженного исследователя, открывшего бактериальную природу гастрита и язвы желудка, наградили Нобелевской премией.

- Датские ученые установили, что у стройных людей в кишечнике значительно больше бактерий семейства Christensenelaceae, чем у тех, кто страдает избыточным весом. Поскольку микроорганизмы принимают активное участие в нашем обмене веществ, исследователи предположили, что данный тип бактерий является одним из факторов, отвечающих за хорошую фигуру.

ЗАМАНИТЬ МИКРОБОВ, ЧТОБЫ ПОХУДЕТЬ И ВЫЗДОРОВЕТЬ


- Есть версия, что лишний вес у людей - это тоже плоды работы (или недоработки?) бактерий. Если так, то можно ли похудеть, воздействуя на бактерий?


- Да, такие примеры есть. В США уже прошел клинические испытания и применяется на практике не очень эстетичный, но весьма действенный метод. Людям с излишним весом пересаживают содержимое кишечника от стройных доноров. Часть бактерий приживается, часть гибнет, процедуры нужно повторять. Но эффект заметный. Кроме того, эта технология позволяет лечить тяжелые и опасные заболевания: колиты и болезнь Крона. Вообще, я думаю, что чем больше мы будем узнавать о взаимосвязи бактерий с теми или иными болезнями, тем активнее будет развиваться новое перспективное направление в медицине: лечение путем восстановления нормального состава микробиома.

- А кроме пересадки полезных бактерий из кишечника никак нельзя их в организм поселить? Пить пробиотики, например?


- Пробиотики, как правило, представляют собой высушенные препараты одного или нескольких видов «нормальных» кишечных бактерий, нарощенных в лаборатории. Для создания пробиотиков, которые смогут по-настоящему лечить людей, необходимо выделить огромное количество бактерий, охарактеризовать и изучить их совместное действие друг на друга и на людей, а также обеспечить эффективный способ их доставки в нужное место кишечника и дать им возможность выселить «конкурентов». Хотя, после приема антибиотиков, которые подобны атомной бомбе и убивают большинство микроорганизмов у нас в кишечнике, могут быть полезны и уже существующие простые пробиотики, Они могут помочь частично восстановить и нормализовать микрофлору. Только помните, что не имеет смысла принимать такие препараты, пока вы не закончили лечение антибиотиками: они уничтожат все вновь заселенные бактерии.

АНТИБИОТИКИ ИЗОБРЕТЕНЫ БАКТЕРИЯМИ ДЛЯ ОБЩЕНИЯ МЕЖДУ СОБОЙ


- Всемирная организация здравоохранения считает, что одна из главных угроз для человечества сейчас - устойчивость вредных бактерий к большинству известных антибиотиков. Из-за этого люди могут лишиться защиты от опасных инфекций. А новые антибиотики на прилавках аптек уже давно не появлялись. Почему?


- Вообще, антибиотики это вовсе не изобретение людей, а химические вещества, с помощью которых бактерии «общаются» друг с другом. В природе микроорганизмы образуют сложные сообщества. Члены сообщества зависят друг от друга, некоторые помогают друг другу, а иные пытаются расправиться с конкурентами - всё как у людей, непростые отношения, - улыбается профессор. - Конечная цель каждого вида бактерий в сообщества – победить, занять собой как можно больше места. А другие этого не дают, поскольку у них самих такая же цель. В итоге создается и поддерживается определенный баланс.

При этом самая важная информация для бактерий – есть ли в каком-то месте пища и сколько там других представителей как твоего вида, так и другого вида, которые могут тебя не пустить. И определяют они это с помощью механизма, который по-английски называется quorum sensing, а по-русски - «чувство локтя». Фактически все выглядит так: в определенном объеме среды есть некоторое количество бактерий, и каждая бактерия выпускает наружу определенное вещество, присутствие которого она и её собратья могут почувствовать. Если бактерий много, то концентрация этого вещества будет высокой и микробы «поймут», что здесь тесно, пищи на всех не хватит и прекратят расти. Вот эти вещества, дающие сигнал, что расти дальше нельзя, и есть антибиотики. Так что исторически антибиотики были «изобретены» бактериями для общения между собой.

- Поскольку бактерий в природе несметное количество, у нас есть шансы открыть еще много новых антибиотиков?


- На определенном этапе с этим возникла проблема. Изначально ученые культивировали (выращивали. - Авт.) разные бактерии в лаборатории, на чашках Петри, и изучали вещества, выделяемые выросшими микроорганизмами. Преимущественно использовали почвенных бактерий, потому что в земле их много, они активно «общаются» между собой с помощью химических сигналов и некоторые из них прекрасно растут в лаборатории. Однако набор таких «культивируемых» микроорганизмов все же ограничен, поэтому в последнее время не было слышно об открытии новых антибиотиков. А к большинству старых бактерии приспособились за счет мутаций и стали резистентны.

МЕТАГЕНОМ И ПЯТЫЙ АЙФОН


- Что же нас ждет дальше?


- Относительно недавно произошел прорыв - появилась новая наука геномика. Для ученых открылась возможность определять и изучать геномы бактерий, отказывающихся расти в лаборатории. А таких бактерий большинство, просто они не видимы для классических микробиологов. Если сейчас прямо здесь, около нас с вами пылесосом засосать воздух через бактериальный фильтр, то с помощью современных приборов мы сможем определить метагеном - набор генов всех организмов, которые присутствовали в образце воздуха. Можно взять образец микрофлоры кишечника, смыва с кожи, чего угодно. А дальше с помощью другой новой науки - биоинформатики можно читать генетические тексты, сравнивать гены друг с другом, новые гены - с теми, что нам уже знакомы.

Окажется, что в любом образце будет огромное количество разнообразных неизвестных нам генов из некультивируемых бактерий. Мы их не можем вырастить, не можем подержать в руках, но опознаем по их генам. Именно такой подход позволяет, например, установить взаимосвязь между изменением метагенома бактерий внутри человека и развитием определенных болезней, состояний, даже свойств характера. Если смотреть в будущее, то при достаточном развитии соцсетей и технологий геномного секвенирования (расшифровки геномов. - Авт.) можно будет на свою персональную страницу выставлять и собственный геном, и микробиом. Эксперты-маркетологи смогут проводить масштабные ассоциативные исследования: при наличии такой-то бактерии у людей чаще всего возникает желание купить пятый айфон... А если серьезно, то благодаря таким технологиям удастся с высочайшей точностью диагностировать заболевания, отклонения, природа которых сейчас является загадкой. И успешно подбирать лечение, в том числе с помощью бактерий.

В то же время геномика открывает широкие горизонты для поиска новых антибиотиков. Мы читаем генетическую информацию неизвестных прежде бактерий, с помощью биоинформатики предсказываем группы генов, которые отвечают за выработку веществ-антибиотиков. А потом генные инженеры создают новые штаммы на основе бактерий, хорошо растущих в лаборатории, содержащих такие гены и поэтому производящих новые антибиотики.

ЗНАКОМЬТЕСЬ: НОВАЯ ИНФЕКЦИЯ


- С тех пор, как в Африке разбушевалась Эбола, многих тревожит вопрос: как и откуда берутся новые инфекции?


- Микробы очень хорошо адаптируются к изменениям окружающей среды. Микроорганизмы постоянно обмениваются друг с другом своими генами и вирусами, которых у них очень много. Некоторые вирусы случайно встраиваются в геном бактерий, и получается микроб с несколько изменёнными свойствами. Скорее всего, он умрет, но иногда не умирает, и некоторые такие редкие микробы могут вызвать вспышку заболевания за счет вредных генов, привнесенных вирусом.
Среда очень сильно изменилась с тех пор, как люди стали широко применять антибиотики, особенно в сельском хозяйстве. Гены устойчивости к антибиотикам распространились, а на самом деле оказались отобранными людьми и теперь обнаруживаются с высокой частотой у большинства патогенных бактерий. Это создает огромные трудности при лечении вызванных ими «новых» старых инфекций, которые особенно часто встречаются внутри больниц.

Что касается лихорадки Эбола, то ее вызывает не бактерия, а вирус. От человека к человеку он по воздуху не передается. Если вы не едите на завтрак мясо гориллы или африканских летучих мышей, то вам не о чем беспокоиться.

ЭТО ПРИГОДИТСЯ


Чем подкормить полезных бактерий


- Говорят, полезные бактерии у нас в организме гибнут не только от антибиотиков, но и когда мы едим продукты с консервантами. Это правда?


- Научные исследования, подтверждающие это, мне не известны. Все продукты, которые широко используются в пищу, проходят очень серьезные испытания: на токсичность, канцерогенность и другие показатели безопасности. Большинство этих тестов связаны как раз с проверкой действия компонентов пищи на бактерий. Так что качественные продукты, прошедшие полноценную проверку, безопасны. По крайней мере, при умеренном потреблении.

- А что поможет нашим полезным бактериям чувствовать себя лучше?


- Кефир, кисломолочные продукты полезная вещь, это еще Мечников пропагандировал больше ста лет назад. Вообще, хотя таких исследований не проводилось, но почти наверняка окажется, что наши полезные микробы хорошо реагируют на рецепты из книги «О вкусной и здоровой пище». Диетологи и домашние хозяйки ничего не знали о микробах, но в конце концов прижились именно те блюда, которые не вызывают отторжения обитателей нашего самого большого органа.

avatar
ARSEN
ГРОССМЕЙСТЕР
ГРОССМЕЙСТЕР


Вернуться к началу Перейти вниз

Re: МИКРОБИОМ - СООБЩЕСТВО МИКРОБОВ ВНУТРИ НАС

Сообщение автор ARSEN в 2017-09-28, 11:20

Как кишечник влияет на иммунитет
     Влияние бактерий кишечника (микробиоты) на здоровье и болезни человека посредством регулирования иммунной системы стало фактом научной и клинической значимости. Теперь уже очевидно, что кишечная микробиота оказывает глубокое влияние на всю иммунную систему хозяина и от неё зависит развитие аутоиммунных заболеваний как самого кишечника, так и вне кишечника.
     Помимо генетических факторов, факторы окружающей среды (еда, лекарственные препараты) оказывают важное значение на формирование и состав микробиоты кишечника. К этим факторам следует относиться с крайней осторожностью, поскольку постоянное употребление в пищу трансжировкаррагинана, чрезмерное использование антибиотиков, вызывает, либо значительно увеличивает риск аутоиммунных заболеваний с помощью иммуномодуляции, опосредованной бактериями кишечника.

     В статье мы обобщили для вас некоторые как давно установленные факты, так и последние данные исследований учёных и исследовательских групп разных стран по работе иммунной системы и связи её с желудочно-кишечным трактом имеющиеся на сегодняшний день.

     Уверенность в том, что микрофлора желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) тесно связана с развитием, здоровьем человека и напрямую влияет на все аспекты жизнедеятельности организма, не вызывает у врачей и исследователей никаких сомнений уже не один десяток лет. Научные и технические достижения последних лет позволили учёным значительно расширить методики исследований и получить общесистемное понимание того, как работает иммунная система человека, что конкретно отвечает за те или иные сбои в организме.

     Различные виды комменсальных бактерий кишечника способствуют конкретным путям дифференцировки наивных CD4 + T-клеток (клеток, ещё не вступавших в распознавание чужеродных антигенов). Наивные CD4 + Т-клетки могут дифференцироваться в четыре основных типа клеток: Th1, Th2, Tregs и Th17. Дифференциация каждой линии требует индукции фактора транскрипции, который является уникальным для каждой линии. После дифференцировки каждая линия выделяет специальный набор цитокинов, как показано на рисунке. Th1 клетки играют важную роль в устранении внутриклеточных патогенов, в то время как Th2 функционирует для борьбы с паразитарной инфекцией. Основная роль Th17 заключается в контроле инфекции, а Tregs - регулировать иммунный ответ.

     Одна из первых обзорных статей посвящённых связи иммунной системы и бактерий ЖКТ человека вышла в Science в 2006 году Metagenomic Analysis of the Human Distal Gut Microbiomeв (Метагеномный анализ микробиоты дистальной кишки человека). Была установлена неразрывная связь и важность бактерий кишечника для функционирования и жизнеспособности организма человека. Популярное изложение содержания исследования изложено в статье Александра Маркова "Кишечная микрофлора превращает человека в «сверхорганизм»". За время прошедшее с публикации в Science понимание того, что и как происходит в организме человека значительно расширилось.
      На сегодняшний день точно установлены факты непосредственного влияния бактерий кишечника на течение различных заболеваний. Выясняются и устанавливаются механизмы влияния микробиоты кишечника на различные системы организма, в том числе и на работу иммунной системы.

      Исследования последних лет позволяют предполагать, а в случаях некоторых заболеваний и утверждать, что работа нашей иммунной системы напрямую зависит от состояния нашего желудочно-кишечного тракта, количества и видов микроорганизмов населяющих его, их взаимодействия. Последняя статья в nature.com рассказывает о некоторых исследованиях учёных в этой области: "Среди триллионов микробов, которые живут в кишечнике, ученые обнаружили несколько видов, которые, играют ключевую роль в поддержании нас здоровыми." Статья, безусловно, не охватывает полностью всю сферу деятельности и влияния микробиоты человека на состояние его организма, но даёт общее представление о силе и возможностях бактерий ЖКТ.
     Помимо противостояния различным заболеваниям, микрофлора ЖКТ, оказывает прямое влияние на развитие и нормальное функционирование мозга. Попытки убить микрофлору кишечника приводят к приостановке процесса нейрогенеза (выработки мозгом новых клеток). Результаты исследований немецких учёных на cell.com.
     Все мы слышали утверждение о том, что красное вино и оливковое масло полезно для сердца и сосудов. И действительно, учёные выяснили, что вещество, содержащееся в оливковом масле и в красном вине, просто "запрещает" кишечным бактериям вредить сердцу и сосудам. Само исследование здесь, популярное изложение здесь. Исследований показывающих возможности бактерий ЖКТ при лечении заболеваний множество, в том числе и по аутизмуаллергиионкологииаутоиммунным заболеваниям. Мало того, бактерии ЖКТ ответственны и за " биологический ритм" человека, и за его настроение и напрямую влияют на рост детей.
     На данный момент установлено, что кишечник-ассоциированная лимфоидная ткань (GALT – gut-associated lymphoid tissue) содержит до 80% иммунокомпетентных клеток нашего организма и естественным образом находится в постоянном взаимодействии с населяющими кишечник бактериями, активируя не только местный иммунитет кишечника, но и иммунную систему всего организма. Совсем ещё недавно считалось, что перестройка генов иммуноглобулинов, происходит в исключительно в костном мозге и селезёнке. Однако исследователи из Медицинской школы Гарварда (США)обнаружили, ещё одно место, где это происходит - кишечник. Любопытно что в перепрограммировании В-клеток (B-лимфоцитов) активнейшее участие принимают симбиотические бактерии, живущие в кишечнике. Подробнее об этом здесь
     Бактерии кишечника играют роль и в запуске антивирусных ответов. Большинство T-клеток, нарабатывающих интерферон-гамма (вещество, подавляющее распространение вирусов), обнаруживается в пищеварительном тракте. И именно специфические бактерии желудочно-кишечного тракта стимулируют синтез интерферона-гамма этими клетками. (Данные исследования в Cell.com.)
     Помимо сложных молекулярных и химических систем взаимного влияния, благодаря которым микробиота кишечника стимулируют иммунную систему работать должным образом, у бактерий нашего организма есть и более простой способ помощи иммунной системе. Представители нашей микрофлоры находятся в постоянной конкуренции с другими микробами, в частности, с внешними патогенами, за определенные метаболиты, и просто не оставляют для них никаких ресурсов. Попавшие извне в желудочно-кишечный тракт болезнетворные бактерии зачастую погибают от голода.
     Понимание взаимодействия микроорганизмов кишечника с иммунной системой является самой актуальной и важной проблемой для научного сообщества, поскольку скорость многих заболеваний, таких как многочисленные аутоиммунные нарушения, растет и является результатом различных нарушений микрофлоры кишечника.


http://empedokl.ru/immunitet.html
avatar
ARSEN
ГРОССМЕЙСТЕР
ГРОССМЕЙСТЕР


Вернуться к началу Перейти вниз

Re: МИКРОБИОМ - СООБЩЕСТВО МИКРОБОВ ВНУТРИ НАС

Сообщение автор ARSEN в 2017-09-28, 11:26

Ключевая роль бактерий в поддержании нас здоровыми 

Микробиом в кишечнике: миротворцы

     В середине 2000-х Гарри Сокол, гастроэнтеролог больницы Сен Антуан в Париже, был удивлен тем, что он нашел при проведении некоторых лабораторных тестов на образцах ткани, полученных от своих пациентов с болезнью Крона, хроническим воспалительным заболеванием кишечника. Точная причина этого недуга остается загадкой. Некоторые утверждают, что он является результатом действия скрытой инфекции; другие подозревают причиной разрастание определенных бактерий из триллионов, населяющих кишечник человека. Но когда Сокол провел сравнительный анализ ДНК хирургически удаленных пораженных участков кишечника пациентов, он отметил относительное истощение числа всего одного вида обычных бактерий, Faecalibacterium prausnitzii
     Вместо гипотез о «плохих» микробах, вызывающих болезни, он предположил: может, существует один «хороший» микроб, способный предотвратить болезнь? 

     Сокол перенес эти бактерии мышам и обнаружил, что они защищают их от экспериментально индуцированного воспаления кишечника. А затем, смешав в пробирке F. prausnitzii с иммунными клетками человека, он отметил появление сильного анти-воспалительного ответа. Казалось, Сокол определил мощный противовоспалительный агент, присущий человеческой микрофлоре.

     Каждый из нас таит в себе изобильную экосистему микробов, численно превосходящую общее количество клеток в организме человека с коэффициентом 10 к одному и чей коллективный геном по крайней мере в 150 раз богаче, чем наш собственный.
      В 2012 году Национальный институт здоровья завершил первый этап проекта расшифровки микробиома человека, затратив массу средств и усилий, чтобы систематизировать и понять, какие микробы населяют наши тела. Микробиом резко отличается у разных людей, а также может быстро меняться с течением времени в одном человеческом организме. Подавляющее большинство микробов живет в кишечнике, особенно в толстой кишке, которая служит анаэробной камерой пищеварения.
      Ученые до сих пор находятся на ранних стадиях изучения микробиома кишечника, но растущий объем исследований показывает, что состав этой сложной микробной экосистемы тесно связан с нашим иммунитетом. Некоторые исследователи допускают, что, помимо защиты нас от инфекций, одной из функций иммунной системы является воспитание, или «выращивание», дружественных микробов, на которые мы можем полагаться в поддержании здоровья. Это «сельское хозяйство» идет, однако, в обоих направлениях. Наши микробы-квартиранты, кажется, контролируют аспекты нашей иммунной функции таким образом, который наводит на мысль: они тоже меняют нас.



     Непокорная тезка: Clostridium difficile, бактериальный бич больниц, является дальней родственницей доброкачественных микробов «клостридиальных кластеров», которые, по-видимому, играют ключевую роль в здоровье кишечника.
     Изображение bionews-tx.com

     Независимые исследователи по всему миру определили группу микробов, которые представляются важными для поддержания здоровья кишечника и сбалансирования иммунной системы. Они принадлежат к нескольким кластерным отраслям группы клостридий. Названные «клостридиальными кластерами», эти микробы отдаленно связаны с Clostridium difficile, бичом больниц и самой частой причиной смерти от диареи. Но в то время, как С.difficile вызывает бесконечные воспаления, кровотечения и потенциально катастрофические потери жидкости, бактерии клостридиальных кластеров, как раз наоборот, поддерживают кишечный барьер здоровым и непроницаемым, а также облегчают работу иммунной системы.
      В настоящее время ученые изучают, могут ли эти микробы быть использованы для лечения группы аутоиммунных, аллергических и воспалительных недугов, заболеваемость которыми значительно увеличилась в последние десятилетия. И в их числе, возможно, даже ожирение.

 
     F. prausnitzii - бактерия, которая может защитить наш пищеварительный тракт от воспалительного заболевания. 
      Фото english.inserm.fr

     F.prausnitzii был одним из первых идентифицированных клостридиальных микробов. У больных Сокола с более высоким содержанием F.prausnitzii через шесть месяцев после операции наблюдаются значительно лучшие результаты лечения. 
      После того как в 2008 году он опубликовал свои первые результаты, ученые в Индии и Японии также обнаружили истощение колоний F. prausnitzii у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Сокол был особенно заинтригован результатами из Японии. В популяциях Восточной Азии варианты генов, связанные с воспалительными заболеваниями кишечника, отличаются от вариантов генов в европейских популяциях. Тем не менее, количество того же самого вида бактерий — F.prausnitzii — было уменьшено в кишечниках тех, у кого развита болезнь. Из этого можно предположить, что в то время как различные генетические дефекты лежат в основе расстройства, путь развития болезни всегда похож: потеря противовоспалительных микробов кишечника.
      И хотя Сокол подозревает, что существуют и другие «хорошие» бактерии, кроме F. prausnitzii, этот вывод подразумевает наличие одного потенциально подходящего для всех средства лечения болезни Крона и, возможно, других воспалительных заболеваний: восстановление популяции микробов-миротворцев.



     Микробные экосистемы
     Один из вопросов, имеющих важное значение для научных исследований микробиома: почему в современном обществе, где заболеваемость инфекционными недугами, одна из основных причин воспаления, относительно прошлых десятилетий низка, люди так склонны к воспалительным, аутоиммунным и аллергическим заболеваниям. Многие подозревают, что в настоящее время в масштабах всего общества сдвиги в наших персональных микробиомах способствуют гиперреактивности иммунной системы.
      Причинами этих изменений могут являться антибиотики; санитарные меры, направленные на профилактику инфекционных заболеваний, но также препятствующие передаче симбиотических микробов; и, конечно, наша современная диета с высоким содержанием сахара и жиров. В конце концов, наши микробы едят то, что едим мы. Кроме того, наше непосредственное окружение может обсеменять нас уникальными микробами, «локализуя» их в нашей микрофлоре.

     Невероятная изменчивость микроорганизмов-симбионтов людей в настоящее время настолько очевидна, что заставляет ученых пересмотреть взгляды на работу этих сообществ. В то время как несколько лет назад представление о них определялось основным набором микробов, общих для всех нас, теперь более вероятным выглядит предположение об основных специфических функциях, выполняемых любым количеством видов микробов.
     Сталкиваясь с массой случаев некорректной работы иммунной системы, заманчиво представить себе, что вместо уязвимости ко многим заболеваниям, мы на самом деле страдаем только от одной проблемы – гиперреактивности иммунной системы. Может быть, эта тенденция вызвана, в частности, снижением или потерей ключевых штаммов противовоспалительных микробов и ослаблением их функции поддержания здоровья организма.
     Антибиотики могут истощать бактерии, которые избирательно калибруют иммунную систему, формируя ее склонность к чрезмерной реактивности
     В области науки об экосистемах, «ключевые виды» играют неоценимую роль в формировании больших экосистем. Слоны, например, помогают поддерживать систему африканской саванны, сбивая деревья, а это оказывается в интересах всех пасущихся животных. Эта концепция не так хорошо применима к нашим внутренним микробным экосистемам — ключевые виды, как правило, малочисленны, в то время как микробы-миротворцы, такие как F.prausnitzii довольно многочисленны. Однако она обеспечивает достаточно обоснований, чтобы задуматься о тех клостридиальных микробах.
     Предполагается, что они занимают особую экологическую нишу, вплотную окружая внутреннюю оболочку кишечника, что позволяет им взаимодействовать с нами, их хозяевами, более тесно, чем другим участникам микрофлоры кишечника. Их функции обычно специализируются на брожении клетчатки, которую мы не можем переварить, и производстве побочных продуктов, или метаболитов, важных для здоровья кишечника. Некоторые из клеток, выстилающих нашу толстую кишку, получают питание непосредственно из этих метаболитов, а не через кровь. И когда клетчаточные волокна перестают поступать с пищей, клостридиальные и другие микробы могут переключиться на расщепление сахаров слизистой оболочки ЖКТ – сахара, производимые, по-видимому, чтобы поддерживать их в норме. 
     На самом деле, они стимулируют продукцию слизи. Кениа Хонда, микробиолог Университета Кейо в Токио, был одним из первых раскрывших важнейшую роль клостридиальных микробов в поддержании сбалансированной иммунной системы. Для изучения влияния нативных микробов на животных, несколько десятилетий назад ученые разработали «стерильную» мышь – животное без какой бы то ни было микрофлоры. Эти грызуны, рождаемые путем кесарева сечения и выращенные в стерильных пластиковых контейнерах, могут существовать только в лабораториях. Среди прочих странностей их развития – например, усохших сердец и легких, нарушений в толстом кишечнике – Хонда был особенно заинтригован отсутствием у них клеток, препятствующих иммунной гиперреакции, так называемых регуляторных Т-клеток, или T-regs. Без этих клеток мыши становились необычайно склонны к воспалительным заболеваниям.

     Хонда хотел бы знать, какие из множества видов кишечных микробов могли индуцировать работу этих клеток-супрессоров. Вскоре после Сокола определив противовоспалительное действие F.prausnitzii, Хонда начал уничтожать микрофлору кишечника мышей, применяя антибиотики узкого спектра. Уровень T-regs у животных снизился после курса ванкомицина. С учетом того, что их способность сдерживать собственные иммунные реакции заметно хромала, мыши стали очень чувствительны к колитам, воспалительным заболеваниям кишечника и аллергическим диареям. Хонда обнаружил, что может восстановить T-regs и иммунное равновесие мышей, просто восстановив в их кишечнике 46 нативных клостридиальных штаммов.
     Он повторил эксперимент с человеческими микробами, полученными от здорового работника лаборатории. Он получил всего 17 штаммов, способных вызвать у мышей полный набор T-regs и предотвратить воспаление. Эти человеческие микробы специализируются на предохранении иммунной системы от воспалительных заболеваний. Они относятся к разновидностям микробов клостридиальной группы, именуемых кластерами IV, XIVа и XVIII. F.prausnitzii принадлежит к IV кластеру.
     Веданта Biosciences была создана недавно, чтобы попытаться использовать 17-штаммовый «клостридиальный коктейль» Хонды в лечении воспалительных заболеваний. Если усилия компании будут успешными, они приведут к появлению следующего поколения пробиотиков – человеческих микроорганизмов для лечения иммунноопосредованных заболеваний — и родоначальником их всех будут штаммы, полученные всего от одного сотрудника лаборатории Хонды. Как всегда, непонятно, будет ли работать на людях средство, сработавшее на лабораторных мышах. У Сокола есть ряд сомнений. Недавно он определил тип регуляторных Т-клеток, являющийся уникальным для людей, дефицитный у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Он не уверен, что коктейль Хонды, разработанный на мышах, будет активировать эти клетки у людей.

     Проблемы с антибиотиками

     Даже если " коктейль " не сработает, наглядная демонстрация Хондой связи между антибиотиками и уязвимостью к воспалительным заболеваниям ставит тревожный вопрос ребром. Ряд исследований нашли небольшую, но значимую корреляцию между использованием антибиотиков в раннем возрасте и последующим развитием воспалительных заболеваний, включая астму, воспалительные заболевания кишечника и, по последним данным, колоректальный рак и ожирение в детском возрасте. Одним из объяснений этого явления может быть то, что уже больные люди стали использовать больше антибиотиков. Другими словами, причиной являются не сами антибиотики, но уже существующие болезни.
     Исследования Хонды предлагают другое объяснение: антибиотики могут истощить именно те бактерии, которые избирательно калибруют иммунную систему, делая ее склонной к гиперреакции. Бретт Финлей, микробиолог из Университета Британской Колумбии, дотошно исследовал эту возможность. Он обнаружил, что лечение мышей ванкомицином с самого раннего возраста повышало впоследствии риск развития у животных астмы, в частности, за счет истощения тех же самые бактерий клостридиального кластера, выявленных Хондой. Соответственно оказалась поражена популяция клеток-супрессоров. И у животных снизилась способность сдерживать свои иммунные реакции при последующей встрече с аллергенами.
     Такой механизм развития может также быть применим и к другим заболеваниям. Ранее в том же году Кэтрин Нэглер, иммунолог из Университета Чикаго, уничтожала в эксперименте клостридии при помощи антибиотиков, а затем кормила животных арахисовым белком. Без этих микробов и соответствующих им T-regs клеток, белок буквально утекал через кишечную стенку в кровеносное русло, что вызывало у грызунов пищевую аллергию. Однако, предотвратить раздражение можно было всего лишь введением в кишечник этих клостридиальных бактерий.
     Одно из ключевых различий между мышами с бактериями клостридиального кластера и без них – в количестве наличествующих у них клеток, секретирующих слизь. У животных с нормальным содержанием клостридий в кишечнике их было больше. Этот факт может иметь далеко идущие последствия. Слизь, по мнению ученых, содержит соединения, которые отталкивают некоторые микробы, поддерживая минимальное расстояние между ними и нами, то есть кишечной стенкой. Но она также несет пищу для других бактерий — сложные, ферментированные сахара, напоминающие те, что содержатся в грудном молоке. Лора Хупер, микробиолог из Техасского университета Юго-западного медицинского центра в Далласе, называет эту двойную функцию «морковь» и «палка». Слизь служит и в качестве противомикробного репеллента, и в качестве питательной среды для дружественных бактерий.      Это явление имеет значение по нескольким причинам. Как предполагает Наглер в своих экспериментах, единственный способ, которым клостридиальные кластеры могут способствовать здоровью кишечника и сбалансированию иммунной системы, является обеспечение нормального потока слизи. Так же, как слоны помогают поддерживать экосистему африканской саванны, эти микробы могут выгодно формировать большую экосистему кишечника, стимулируя секрецию сахаров, которыми питаются, в свою очередь, другие дружественные микробы.      С другой стороны, ученые наблюдают дефекты в слизистой оболочке и другие расстройства, в частности, воспалительные заболевания кишечника, там, где эти клостридиальные штаммы часто истощены. Отсюда вопрос – что первично: дефекты в секреции слизи и затем рост аномальных колоний микроорганизмов, или размножение этих колоний, приводящее к разжижению слизистого слоя и повышению уязвимости к заболеванию? Эти факторы могут работать и вместе.
     В 2011 году ученые из Университета Колорадо Боулдер исследовали добровольцев с вариантами гена, называемого NOD2, связанными с воспалительным заболеванием кишечника. Никто точно не понимает, как эти варианты гена, который кодирует рецепторы к микробам, увеличивают риск заболевания. Участниками исследования были люди как больные, так и здоровые. Ученые обнаружили: у тех, кто страдает от воспалительных заболеваний кишечника, уменьшено количество клостридиальных бактерий. Но более удивительно, что у людей, не имевших заболевания, однако являющихся носителями предрасполагающих вариантов NOD2-гена, также наблюдалось относительное истощение клостридиальных кластеров. Их микробные сообщества, по-видимому, находились в состоянии предболезни.
     Исследование, казалось бы, подчеркивает роль генов в определении состава кишечной микрофлоры и уязвимости к болезни Крона. Но эпидемиологические обследования усложняют картину. Ряд исследований на протяжении многих лет связывают наличие меньшего количества санитарных удобств в детстве со снижением риска воспалительных заболеваний кишечника в зрелом возрасте. И исследование, проведенное в 2014 году Университетом Орхус в Дании, обнаружило, что среди жителей Северной Европы, росших на ферме с домашним скотом – еще один вид богатой микробами окружающей среды – вдвое снижен риск пострадать от воспалительного заболевания кишечника в зрелом возрасте.
     Выводы этих экспериментов предполагают, что, возможно, заселение микрофлоры кишечника в раннем возрасте или прямая модификация иммунной системы под действием окружающей среды могут повлиять на риск возникновения воспалительного заболевания кишечника, несмотря на гены, которые мы носим. Они также поднимают вопрос о том, какие активные действия могут предпринять те из нас, кто не живет на фермах, чтобы увеличить шансы на носительство здоровой микрофлоры.

Значение клетчатки

     Одним из наиболее удивительных открытий в последние годы является тот факт, насколько микрофлора кишечника жителей Северной Америки отличается от микрофлоры людей, живущих в сельских условиях в Африке и Южной Америке. Штаммы микрофлоры североамериканцев специализируются на переваривании белка, простых сахаров и жиров, в то время как микробы сельскоафриканских и амазонских сред гораздо более разнообразны и направлены преимущественно на ферментацию растительных волокон. Некоторые думают, что наши предки, охотники и собиратели, обладали еще большим разнообразием микроорганизмов внутренней среды. Если принять кишечную флору людей сельских районов Африки и Южной Америки как аналог той, что преобладала в организмах до промышленной революции, то, по словам Джастина Л. Зонненбурга, микробиолога из Стэнфордского университета, наблюдаемые различия покажут: американцы и прочие популяции Запада в этом плане пошли по эволюционно новому пути.
     Что беспокоит Зонненбурга в связи с этим сдвигом? Тот факт, что бактерии, которые предположительно оказывают максимальное противовоспалительное действие – в том числе клостридиальные кластеры – часто специализируются на брожении растворимой клетчатки. В процессе этого они производят различные метаболиты, в том числе бутират, ацетат и пропионат – некоторые из веществ, из-за которых, к примеру, наши подмышки так неприятно пахнут. Различные исследования на грызунах показывают, что эти метаболиты, называемые короткоцепочечные жирные кислоты, могут активировать T-regs и калибровать иммунную функцию таким образом, чтобы в течение всей жизни предотвращать воспалительные заболевания. Брожение побочных продуктов может быть одним из способов общения кишечной микрофлоры с нашими органами. Главный вывод: «дайте своим T-regs больше клетчатки», как выразилась иммунолог из Оксфордского университета Фиона Паури, написав об этом в прошлом году в журнале Science.
     Тем не менее, предполагаемая значимость этих метаболитов имеет и другие стороны. Многие бактерии производят эти короткоцепочечные жирные кислоты, но лишь немногие из них обладают мощным противовоспалительным действием. Таким образом, хотя продукция этих метаболитов и может быть предпосылкой для благоприятной модуляции микробами нашей иммунной системы, этого недостаточно, чтобы объяснить, почему некоторые бактерии обладают более мощным противовоспалительным действием, чем другие, говорит Саркис Мазманян, микробиолог Калифорнийского технологического института. Другие характеристики, например, насколько близко они живут к собственно слизистой оболочке кишки или вид молекул, которые используют, чтобы влиять на иммунную систему хозяина, также должны играть свою роль, объясняет он.
ILLUSTRATION BY AXS BIOMEDICAL ANIMATION STUDIO; SOURCE: “FEED YOUR TREGS MORE FIBER,” BY JULIA BOLLRATH AND FIONA POWRIE, IN SCIENCE, VOL. 341; AUGUST 2, 2013

     Существует, однако, вопрос о количестве частей. Некоторые охотники и собиратели потребляли до 10 раз больше растворимой клетчатки, чем современные популяции, а их тела, вероятно, содержали намного больше побочных продуктов ферментации. Наши современные диеты с недостатком пищевых волокон, возможно, ведут к ослаблению этой связи, создавая состояние «кипящей гиперреактивности», говорит Зонненбург, и предрасполагает нас к «язвам» цивилизации. Он называет эту проблему «ущемлением собственных интересов наших микробов». Мы не можем адекватно кормить одних из самых важных членов нашей микрофлоры.
     Эксперименты на мышах подтверждают эту идею. Диеты с высоким содержанием некоторых жиров и сахаров разрушают противовоспалительные бактерии, истончают слизистый слой и способствуют системному воспалению. Зато отлично себя чувствуют потенциально опасные оппортунисты. В одном из экспериментов на добровольцах в Университете Калифорнии, в Сан-Франциско, микробиолог Питер Торнбах обнаружил, что переключение с диет с высоким содержанием белка на диеты, богатые жирами, стимулировало рост штаммов желчеустойчивых бактерий, одну из которых, Bilophila wadsworthia, связывают с развитием воспалительных заболеваний кишечника. С другой стороны, предотвратить это «ущемление микробных интересов», кажется, не так уж трудно. У грызунов при добавлении к диете ферментируемых волокон вместо продуктов с высоким содержанием жиров «хорошие» микробы поддерживались в норме, слизистый слой оставался здоровым, а кишечный барьер – нетронутым, что препятствовало системному воспалению. Все вместе, эти исследования показывают, что для вашего здоровья имеет значение не только то, что поступает в пищу, но и то, что в ней отсутствует.

     Исследования на людях оказываются еще более интригующими.

     Последние данные свидетельствуют о том, что системное воспаление, наблюдаемое при ожирении, является не только результатом накопления жира, но и фактором, способствующим ему. Ученые Католического университета Левена в Бельгии недавно выяснили, что добавление ферментируемого волокна инулина в рацион женщин, страдающих ожирением, увеличило содержание F.prausnitzii и других клостридиальных бактерий и снизило опасность развития системного воспаления. Потеря веса была незначительной, но позже анализ этого и двух аналогичных исследований показал, что вмешательства лучше всего сработали на пациентах, у которых с самого начала имелось достаточное количество клостридиальных кластеров IV, IX и XIVa — некоторые из тех же кластеров, что представлены в коктейле Хонды. Вмешательства у людей без этих штаммов на пользу не пошли, что позволяет предположить: когда какие-либо виды исчезают из микрофлоры органа, связанные с ними функции также могут исчезнуть. Этим людям, возможно, не столько требуется заселение новых экосистем, сколько восстановление собственных.
     Эта возможность была также проверена. Несколько лет назад Макс Ньюдорп, гастроэнтеролог академического медицинского центра в Амстердаме, пересадил микробы от худых доноров пациентам с недавно диагностированным метаболическим синдромом – набором симптомов, которые зачастую предшествуют диабету 2-го типа. У реципиентов отмечались очевидное усиление чувствительности к инсулину и обогащение микрофлоры, в том числе тех самых клостридиальных видов. Но через шесть месяцев после трансплантации изменения рецидивировали, метаболические улучшения поблекли и микрофлора вернулась к своему первоначальному состоянию.
     Для Зонненбурга эти результаты – свидетельство того, что взаимодействие между человеческим организмом и микробным сообществом – явление многогранное. Уничтожение «больной» микрофлоры и заселение новой не может преодолеть инерции. Кишечная иммунная система может просто сформировать новое микросообщество по образу и подобию старого. Это может объяснять, почему фекальными трансплантацями, которые эффективно борются с C.difficile-ассоциированными диареями, до сих пор не удалось победить воспалительные заболевания кишечника. Первые вызываются одним-единственным оппортунистом; последние могут быть связаны с неисправностями кишечной экосистемы и нашей реакции на расстройства микрофлоры.
     Чтобы преодолеть инерцию, Зонненбург предусматривает лечение одновременно и хозяина, и микрофлоры. Этот метод пока не был протестирован, но он предполагает очистку микрофлоры, возможно, с использованием антибиотиков, а затем иммунодепрессантов, чтобы успокоить иммунную систему пациента и привести ее к нормализации. Только тогда новое микробное сообщество сможет удержаться и успешно откалибровать иммунную систему.
 

     Опасный оппортунист: Bilophila wadsworthia, вид бактерий, связанный с воспалительными заболеваниями кишечника, размножается в микробиотах добровольцев, получавших питание с высоким содержанием жира и белка в недавнем эксперименте. 
     Источник: Kari Lounatmaa/Science

     Эволюция мобильности

     К тому моменту, как около 800 миллионов лет назад на Земле образовалась животная жизнь, микробы уже существовали там, предположительно, три миллиарда лет. Главным прорывом в эволюции животных стал кишечник – трубка, принимающая пищу с одного конца и изгоняющая отходы с другого. Возможно, утверждает Маргарет Макфол-Нгай, микробиолог из Университета Висконсин-Мэдисон, именно микробы напрямую двигали эволюцию кишечника. Растениям удалось колонизировать землю только в содружестве с микробами, которые помогли им извлечь из почвы жизненно важные питательные вещества. Возможно, главной эволюционной адаптацией животных стала возможность почерпнуть микробных сообществ, необходимых для выживания и оставить их с собой далее, приобретя мобильность.
     Слизь может быть одним из способов селекции этих микробов человеческим кишечником. Зонненбург считает, что только совместно адаптированные бактерии могут метаболизировать сложные сахара, содержащиеся в нем. Краеугольным камнем этого симбиоза может быть простая необходимость приобретения питательных веществ в мире дефицита. Мы охотимся и собираем плоды; микробы ферментируют то, что мы не можем переварить, в процессе убивая патогены держа их «в черном теле». Наша иммунная система успокоиться, когда они получают сигналы, частично передаваемые с микробными метаболитами, указывая, что правильные микробы на месте.
     Поле исследований кишечного микробиома уже расширилось от идей описания основных видов к выявлению основных экологических функций, выполняемых различными микробами. Многие виды могут потенциально выполнить любую из этих ролей. Теперь можно ввести еще одно понятие, называемое краеугольным камнем отношений. «Взаимодействие между волокнами и микробами, которые их потребляют», – говорит Зонненбург, – «это фундаментальное краеугольное взаимодействие, на котором построено все в кишечнике». Именно оно может лежать в основе симбиотического пакта между микробами и людьми.


Перевод: Даня Ряскина

Оригинал: http://www.nature.com

http://empedokl.ru/microbiota.html
avatar
ARSEN
ГРОССМЕЙСТЕР
ГРОССМЕЙСТЕР


Вернуться к началу Перейти вниз

Re: МИКРОБИОМ - СООБЩЕСТВО МИКРОБОВ ВНУТРИ НАС

Сообщение автор Спонсируемый контент


Спонсируемый контент


Вернуться к началу Перейти вниз

Предыдущая тема Следующая тема Вернуться к началу


 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения