Микробиота: состав и роль микроорганизмов¶

Микробиота — совокупность микроорганизмов (бактерий, архей, грибов, вирусов, простейших), обитающих в определённой среде: теле человека, кишечнике, почве, воде, поверхности растений. Термин описывает не отдельный вид, а сообщество видов и их генетический материал. Микробиота тесно связана с понятием микробиома: если микробиота — это сами организмы, то микробиом — их гены и продукты жизнедеятельности.

¶Состав

¶Микробиота человека

Человек сосуществует с триллионами микроорганизмов, суммарная масса которых достигает 1–2 кг. Наиболее изучена кишечная микробиота: в толстой кишке обитает до 1000 видов бактерий, относящихся преимущественно к филамам Firmicutes и Bacteroidetes. Ключевые роды — Bacteroides, Faecalibacterium, Roseburia, Bifidobacterium, Lactobacillus.

Различают локальные микробиоты:

• кишечная — самая плотная и разнообразная;
• кожная — зависит от влажности, pH и зоны тела;
• ротовая — до 700 видов, включая стрептококки и актиномицеты;
• вагинальная — доминирование лактобацилл у здоровых женщин;
• дыхательных путей — ранее считалась стерильной, сейчас признана колонизированной.

Состав формируется при рождении (вагинальные роды — лактобациллы, кесарево сечение — кожные стафилококки), грудном вскармливании, питании, приёме антибиотиков, географии и генетике хозяина.

¶Микробиота окружающей среды

Почвенная микробиота включает актиномицеты, азотфиксирующие бактерии, микоризные грибы; в океане доминируют протеобактерии и синезелёные водоросли. Микроорганизмы участвуют в круговороте азота, серы и углерода, разложении органики.

¶Функции

• Пищеварение. Кишечные бактерии расщепляют клетчатку и крахмал, недоступные ферментам человека, синтезируют короткоцепочечные жирные кислоты (бутират, пропионат) — источник энергии для клеток кишечника.
• Витамины. Микробиота синтезирует витамины K, B12, биотин, фолиевую кислоту.
• Иммунитет. Микроорганизмы стимулируют развитие иммунной системы, конкурируют с патогенами за питательные вещества и рецепторы (колонизационная резистентность), вырабатывают бактериоцины.
• Метаболизм лекарств. Микробиота трансформирует до 24% назначаемых препаратов, влияя на их эффективность и токсичность.
• Нервная система. Через ось «кишечник — мозг» метаболиты микробиоты (триптофан, ГАМК, серотонин-предшественники) влияют на поведение и настроение.

¶Методы изучения

До 2000-х годов микробиоту изучали культивированием, что выявляло лишь 10–20% видов. Секвенирование гена 16S рРНК и метагеномный анализ позволили описать сообщества без выращивания. Крупные проекты — Human Microbiome Project (США, 2007–2016) и MetaHIT (ЕС) — создали каталоги нормальной микробиоты.

¶Микробиота и здоровье

Дисбиоз — нарушение состава микробиоты — связан с рядом заболеваний: воспалительными болезнями кишечника, ожирением, диабетом 2-го типа, аллергиями, аутизмом, депрессией. Приём антибиотиков, особенно широкого спектра, резко снижает разнообразие, восстановление занимает месяцы.

Терапевтические подходы:

В России фекальная трансплантация применяется в клинической практике с 2010-х годов, препараты на основе микробиоты проходят клинические испытания.

¶Интересные факты

• Геном микробиоты человека (микробиом) содержит в 150 раз больше генов, чем геном хозяина.
• Стерильных мест в теле человека практически нет: даже лёгкие и плацента содержат микроорганизмы.
• В Копенгагене и Санкт-Петербурге проводятся исследования по персонализированному подбору диеты на основе индивидуального состава микробиоты.

¶Источники

• Гинцбург О. Б., Хавкин А. И. «Микробиота человека: современные представления»
• Human Microbiome Project Consortium, Nature, 2012
• Лапаев А. С. «Микробиом: роль микрофлоры в здоровье и болезни»
• Qin J. et al. «A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing», Nature, 2010