Микробиом человека¶
Микробиом — совокупность всех микроорганизмов (бактерий, грибов, вирусов, простейших), обитающих в определённой среде организма человека или животного, вместе с их генетическим материалом. Простыми словами, это «внутренняя экосистема» из триллионов микробов, которая живёт на коже, в кишечнике, во рту и других органах и выполняет функции, без которых организм не может нормально работать.
¶Общие сведения
В организме взрослого человека обитает порядка 38 триллионов бактериальных клеток — примерно столько же, сколько собственных клеток человека. Совокупный вес микробиоты составляет около 2 кг. Геном микробиома примерно в 150 раз больше генома человека и кодирует тысячи белков, участвующих в обмене веществ, защите от инфекций и взаимодействии с иммунной системой.
Термин «микробиом» ввёл в 2001 году американский микробиолог Джошуа Ледерберг, подразумевая «экологическое сообщество микроорганизмов, населяющих организм хозяина». Понятие «микробиота» обычно относится к самим организмам, а «микробиом» — к их генам и совокупной функциональной активности.
¶Основные зоны обитания
¶Кишечный микробиом
Кишечник — самая населённая микробиомом область тела. Основные представители — бактерии родов Bacteroides, Firmicutes (в том числе Lactobacillus, Clostridium), Actinobacteria и Proteobacteria. У здорового взрослого человека видовой состав кишечного микробиома относительно стабилен, хотя колеблется в зависимости от питания и образа жизни.
¶Кожный микробиом
Кожа заселена бактериями родов Staphylococcus, Corynebacterium, Cutibacterium. Плотность заселения различается: влажные зоны (подмышки, пах) населены сильнее, чем сухие. Кожный микробиом защищает от патогенов и участвует в регуляции местного иммунитета.
¶Ротовой микробиом
Во рту обитает более 700 видов бактерий, включая Streptococcus, Neisseria, Veillonella. Состав сильно зависит от гигиены, наличия кариеса и пародонтита.
¶Микробиом других органов
Лёгкие, мочевыводящие пути, влагалище и даже плацента имеют собственные, хоть и менее изученные, микробиальные сообщества.
¶Функции микробиома
- Пищеварение. Микробы расщепляют клетчатку и сложные углеводы, которые человек сам переварить не может, и производят короткоцепочечные жирные кислоты (бутират, пропионат, ацетат) — источник энергии для клеток кишечника.
- Синтез витаминов. Микробиом производит витамины K, B12, биотин, фолиевую кислоту и ряд других.
- Иммунная защита. Микробы конкурируют с патогенами за питательные вещества и места прикрепления, стимулируют развитие иммунных клеток и выработку антител.
- Защита нервной системы. Через ось «кишечник — мозг» микробиом влияет на настроение, уровень тревожности и когнитивные функции; часть нейромедиаторов (например, до 90 % серотонина) синтезируется при участии кишечных бактерий.
- Метаболизм лекарств. Микробы изменяют активность ряда препаратов, что учитывается при дозировке.
¶Факторы, влияющие на состав
Формирование микробиома начинается при родах: при естественных родах ребёнок заселяется вагинальной и кишечной микрофлорой матери, при кесаревом сечении — кожной. Далее на состав влияют:
- тип вскармливания (грудное молоко содержит олигосахариды, которые служат питанием для Bifidobacterium);
- приём антибиотиков, способный резко сократить разнообразие микробиома;
- рацион (клетчатка увеличивает разнообразие, избыток сахара и жира — снижает);
- стресс, сон, физическая активность;
- география и экология.
¶Микробиом и здоровье
Нарушение состава микробиома (дисбиоз) связано с рядом заболеваний: ожирением, сахарным диабетом 2-го типа, воспалительными болезнями кишечника, аллергией, аутизмом, депрессией, болезнью Паркинсона. При этом преобладают корреляции, а не доказанные причинно-следственные связи — направление исследования активно продолжается.
¶Методы изучения
Основной метод — метагеномное секвенирование гена 16S рРНК бактерий или всего генома сообщества. В России исследования микробиома ведутся в Институте биологии РАН, МГУ, НИИ эпидемиологии и др. Разрабатываются персонализированные пробиотики и метод трансплантации фекальной микробиоты (ФМТ) — пересадки донорского кишечного микробиома пациенту, что применяется при рецидивирующих Clostridioides difficile инфекциях.
¶Перспективы
Научные работы указывают на возможность создания «пробиотиков нового поколения» — штаммов бактерий, подобранных под индивидуальный состав микробиома пациента. В России в 2020-е годы разрабатываются национальные базы данных микробиома для формирования нормативов здорового состава у разных популяций.
¶Источники
- Ледерберг Дж., Маккей-Алмс А. «The concept of the microbiome» (2001)
- Гурьев В. А. и соавт. «Микробиом человека и его роль в здоровье» — Вестник РАН
- Qin J. et al. «A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing» — Nature, 2010
- Сборник докладов Всероссийской конференции «Микробиом и персонализированная медицина», Москва