Микробиота человека и окружающей среды¶

Микробиота — это совокупность микроорганизмов (бактерий, архей, грибов, простейших, а также вирусов), обитающих в определённой среде — в организме человека, животного, растения, в почве, воде или ином субстрате. Термин применяется как к самому сообществу микробов, так и к их генетическому материалу (в этом случае говорят о микробиоме). Микробиота формирует устойчивые экосистемы, взаимодействующие с макроорганизмом-хозяином и влияющие на его обмен веществ, иммунитет и устойчивость к патогенам.

¶Терминология

Понятия «микробиота» и «микробиом» часто используют как синонимы, однако между ними есть различие. Микробиота — это перечень и состав самих микроорганизмов, тогда как микробиом — совокупность их генов и продуктов метаболизма. Термин «микрофлора», применявшийся ранее, считается устаревшим, поскольку флора подразумевает растительные организмы, а микробы к растениям не относятся.

¶История изучения

Первые представления о микроорганизмах связаны с работами Антони ван Левенгука в XVII веке, описавшего бактерии с помощью микроскопа. Луи Пастер и Роберт Кох в XIX веке заложили основы медицинской микробиологии, однако долгое время микробы рассматривались преимущественно как возбудители болезней. Систематическое изучение нормальной микробиоты началось в XX веке, а подлинная революция произошла с развитием методов секвенирования ДНК в 2000-х годах. Проект «Микробиом человека» (Human Microbiome Project), запущенный в США в 2008 году, позволил описать состав микробных сообществ разных участков тела.

В России исследования микробиоты ведут институты Российской академии наук, медицинские университеты и профильные лаборатории; значительный вклад вносят работы по изучению кишечной микробиоты и её связи с метаболическими заболеваниями.

¶Локализация в организме человека

Микробные сообщества заселяют практически все поверхности, контактирующие с внешней средой:

• Кишечник — наиболее плотно заселённый орган; в толстой кишке сосредоточено большинство микроорганизмов тела.
• Кожа — состав зависит от влажности и активности сальных желёз.
• Ротовая полость — включает бактерии зубного налёта и слизистой.
• Дыхательные пути — верхние отделы содержат устойчивую микробиоту, нижние у здорового человека относительно стерильны.
• Урогенитальный тракт — характеризуется собственным набором микроорганизмов.

¶Состав и функции

Основу кишечной микробиоты составляют бактерии типов Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria. Соотношение этих групп индивидуально и зависит от питания, возраста, генетики, приёма антибиотиков и образа жизни.

Ключевые функции микробиоты:

¶Формирование и изменения

Микробиота начинает формироваться при рождении. Существует представление о внутриутробной стерильности, которое в последние годы оспаривается. Способ родоразрешения, грудное вскармливание, первые годы жизни и диета существенно влияют на состав сообщества. С возрастом разнообразие микробиоты снижается, что связывают с изменениями иммунитета и обмена веществ.

¶Микробиота окружающей среды

Помимо организма человека, микробиота изучается в почве, водоёмах, воздухе и на технических объектах. Почвенная микробиота обеспечивает круговорот азота и углерода, разложение органики, плодородие. Микробиота растений (ризосфера, филлосфера) влияет на их рост и устойчивость к болезням. В промышленности и медицине исследуется микробиота замкнутых систем, включая космические аппараты.

¶Значение для медицины

Нарушение состава микробиоты (дисбиоз) связывают с воспалительными заболеваниями кишечника, ожирением, диабетом 2-го типа, аллергиями и некоторыми расстройствами нервной системы. Развиваются методы коррекции: пробиотики, пребиотики, трансплантация фекальной микробиоты, персонализированные диеты. Однако причинно-следственные связи во многих случаях остаются предметом дискуссий.

¶Методы исследования

Основные подходы включают метагеномное секвенирование, анализ гена 16S рРНК, метаболомику и культивирование микроорганизмов. Культуральные методы дают информацию лишь о части сообщества, поэтому ключевую роль играют молекулярно-генетические технологии.

¶Критика и ограничения

Данные о микробиоте отличаются высокой вариабельностью между людьми и регионами, что затрудняет выработку универсальных норм. Часть выводов о влиянии микробиоты на здоровье основана на корреляциях, а не на доказанной причинности. Коммерческие услуги по анализу микробиома нередко дают интерпретации, не подтверждённые клиническими исследованиями.

Источники: Human Microbiome Project, материалы Российской академии наук, обзоры по медицинской микробиологии, публикации по метагеномике.