Бактерии, которые нас спасают и которые убивают

Статьи


Что есть человек? Мужчина или женщина? Биологический ответ кажется очевидным. Человеческая бытийность начинается с оплодотворенной яйцеклетки, которая содержит гены отца и матери. Подавляющее число биологов считают это определение неполным. Они видят людей не только как индивидов, но и как экосистемы. По их мнению, плод — это один из компонентов системы. Другими составляющими системы являются триллионы бактерий, которые обнаружены в пищеварительном тракте человека, его ротовой полости, на поверхности кожи и других важных системах организма.
Бактерии, которые нас спасают и которые убивают

Здоровый взрослый человек является носителем 100 триллионов бактерий только в одном пищеварительном тракте. Это в десять раз больше, чем количество сперматозоидов, устремляющихся к яйцеклетке. Эти два биологических компонента имеют ряд отличий. Яйцеклетка и сперматозоид способны установить около 23 000 разных генов. Микробиома, известная как бактерия, может создавать до 3 миллионов связей. И среди этих многих миллионов немногие, или даже никакие связи не могут повлиять на набор генов.

Организм человека действительно является системой, которая под воздействием развития уравняла интересы тела и его жителей. В обмен на питание и кров микробы, живущие внутри и снаружи человека, защищают своего хозяина и таким образом являются неотъемлемой частью организма. О вреде не может быть и речи. Но в сложные времена баланс в организме может нарушаться и тогда микробиомы могут спровоцировать болезнь.

То, что бактерии могут вызвать болезнь, не является никаким открытием. Но что это за болезнь? Зачастую это не острая инфекция, с которой часто сталкивалась медицина в 20-м веке. По этой причине замедлялось развитие медицинской науки и терялась возможность оценить богатство наличия микробных экосистем у человека. Речь идет о хронических заболеваниях нынешнего богатого мира, которые находятся в центре внимания медицины. Микробиомы играют важную роль при ожирении и диабете, при болезнях сердца, астме и рассеянном склерозе, а также при неврологических состояниях, таких как аутизм.

Жизнь бактерий
Микробиомы стоит рассматривать как отдельный человеческий орган, хотя он немного специфический. Он весит столько же, сколько весят и другие органы — чуть меньше килограмма или около того. И хотя он не четко выделен, как, например, сердце ли печень, орган не обязательно должен иметь форму, чтобы иметь право на существование. Иммунная система, например, состоит из множества клеток, рассеянных по всему организму, но это и есть существенной особенностью органа, который является организованной системой клеток.

Микробиомы также организованы. Биологи выделяют около 100 больших групп бактерий, разделенных на типы в зависимости от их различных биохимических возможностей. Микробиомы человека делятся на четыре типа: Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes и Proteobacteria. Они живут внутри организма и производят только определенные типы бактерий.

Они особенные, но не постоянные. Экосистемы лесов, полей и коралловых рифов отличаются друг от друга, так же это происходит и с микробиомами. У детей Малави и Венесуэлы в организме больше микробиом, производящих рибофлавин, нежели у детей Северной Америки. Они также извлекают больше пользы из грудного молока матери благодаря большему количеству ферментов, которые называются гликозил-гидролаза. Они отвечают за преобразование углеводов (гликанов), которые содержатся в молоке, в пригодном к употреблению сахаре.

Это существенная деталь, потому что гликаны трудно расщепляются ферментами, закодированными в 23 000 человеческих генов. Только бактериальные ферменты могут выполнить эту работу.

Эта маленькая особенность раннего пищеварения имеет большие последствия во взрослом возрасте. Как гликаны в молоке, многие углеводы могут быть также трудно перевариваемые, если пищеварительная система будет пользоваться только собственным потенциалом. Большой геном микробиома обладает огромными возможностями, поэтому ему не составит проблемы расщепить сложные углеводы. Углеводы преобразуются в маленькие молекулы жирной кислоты, особенно муравьиной, уксусной и масляной, которая может пройти через стенку пищеварительного тракта в кровоток, где кислота преобразуется в энергию (10–15% энергии человек получает именно таким образом) или отложится в форме жира.

Ожирение страны
Эта роль в пищеварении показывает возможность влияния микробиомы на своего хозяина: все, что питает тело, может как перекормить его, так и не докормить. Одним из первых исследований на эту тему является труд Джеффри Гордона (Jeffrey Gordon) о связи бактерий с ожирением. В 2006 году доктор Гордон, который работает в Медицинском Университете Вашингтона, штат Миссури, опубликовал результаты исследования бактерий, обнаруженных во внутренностях худых и тучных американцев. У крупных людей было больше Firmicutes и меньше Bacteroidetes, чем у худых. И если диета делает толстого человека худым, то его внутренняя микрофлора очень сильно меняется.

Эксперименты на грызунах предполагают, что это не только вопрос жизнедеятельности бактерий, отвечающих на измененные обстоятельства. Они фактически помогают процессу похудения, подавляя производство гормона, который облегчает хранение жира, и фермента, который останавливает сжигание жира. Это разъясняет наблюдение в сельском хозяйстве, где в пищу крупного рогатого скота добавляют антибиотики, способствуя откармливанию животных, во время которого наращивается как мышечная масса, так и жир.

Показав, что бактерии пищеварительного тракта могут стать причиной тучности, доктор Гордон задался вопросом о существовании обратного воздействия. После ряда исследований в Малави доктор обнаружил, что наличие неправильного вида бактерий может стать причиной недоедания.

Чтобы показать это, доктор и его команда осмотрели 317 пар близнецов. В 43% эти пары хорошо питались, в 7% пары питались плохо. В итоге, в 50% из них один близнец питался достаточно, а второй страдал недоеданием.

Как и в случае с худыми и толстыми американцами, за насыщение или недоедание в парах близнецов отвечают разные микробиомы. Бактерии плохо питающихся детей проявляются в недостатке способности синтезировать витамины и способности переваривать сложные углеводы. И когда доктор Гордон посеял отдельные микробиомы в грызунов, бактерии вызвали те же самые результаты, как и у людей, у которых были взяты бактерии. Таким образом, недоедание может быть вызвано на бактериальном уровне даже при наличии питательной диеты.

Если это правда (для подтверждения результата необходимо провести человеческие исследования), то результат более, чем удивительный. Некоторое недоедание, очевидно, вызвано несоответствующей диетой. Но в случае с близнецами из рацион был идентичным. Таким образом, можно устранить недоедание путем перестройки бактерий пищеварительного тракта человека.

Кроме удивительной роли микробиома в пищеварении человека, очевидно его влияние на возникновение болезней сердца, диабета, рассеянного склероза и многих других расстройств.

Доктор Николсон выделяет смесь бактерий как возможный фактор возникновения болезни сердца.

Связь с болезнью сердца двойная: наблюдение людей и эксперименты на грызунах. Исследования людей были проведены Джереми Николсоном (Jeremy Nicholson) в Королевском колледже Лондона. Доктор Николсон, который изучил связь между продуктами метаболизма и болезнью, показал, что содержание муравьиной кислоты в моче обратно пропорционально связи с кровяным давлением — фактором риска для проблем с сердцем. Связь устанавливается, когда муравьиная кислота влияет на почки: она действует как сигнальная молекула, изменяя количество соли, которую они поглощают назад в тело от плазмы крови, которая предназначена, чтобы стать мочой. Так как преобладающий источник муравьиной кислоты — микробиом пищеварительного тракта, доктор Николсон выделяет смесь бактерий как возможный фактор возникновения болезни сердца.

Стэнли Хэйзен (Stanley Hazen) из Кливлендской Клиники в Огайо придумал второй способ, в котором микробиом может стать причиной болезни сердца. Он и его коллеги работали с грызунами, которые специально были разведенными для исследований по укреплению артерий. Они обнаружили, что уничтожение микробиома у грызунов при использовании антибиотиков значительно уменьшил их атеросклероз. Причина и связь пока остаются неясными.

Связь с диабетом была замечена у болезненно тучных людей, которые выбрали процедуру, известную как Roux-en-Y, которая укорачивает тонкую кишку и таким образом уменьшает количество еды, которую может поглотить тело. Такие люди почти всегда болеют диабетом. Как лечение ожирения, Roux-en-Y эффективен. Как лечение диабета, это экстраординарно. В 80% случаев признаки болезни исчезают в течение нескольких дней. Эксперименты, проводимые на грызунах доктором Николсоном и его коллегами, показывают, что Roux-en-Y заставляет состав микробиома пищеварительного тракта изменяться. Доктор Николсон думает, что это объясняет внезапное исчезновение диабета.

Рассматриваемый диабет известен как тип 2. Заболевание вызывается нечувствительностью соматических клеток к инсулину, гормону, который регулирует уровень сахара в крови. Чувствительность к инсулину — часть комплекса и недостаточно хорошо изученная сеть молекулярных сигналов. Доктор Николсон предполагает, хотя еще недостаточно доказательств, что и в этом случае существует связь микробиом с заболеванием, как и в случае с высоким кровяным давлением. При вмешательстве в работу кишечника микробиома разрушается и диабет исчезает.

Сбои сигнала
Помимо болезни сердца и диабета 2 типа, доктор Николсон также изучает несколько аутоиммунных болезней, при которых иммунная система тела нападает на здоровые клетки, используя при этом микробиом. Много клеток иммунной системы живет в стенке пищеварительного тракта, где перед ними стоит задача различения дружелюбных бактерий от враждебных. Различие проходит на основе определения наличия молекул (белков или углеводов) на поверхностях бактерий.

Иногда схожесть подозрительных бактерий с человеческими клетками вынуждает иммунную систему нападать на тот тип клетки. Связь микробиома и слабого здоровья до конца не изучена и до сих пор не ясно, является ли это просто сбоем или отображением обстоятельств, при которых интересы некоторого набора бактерий в микробиоме отклоняются от экосистемы в целом.

Аутоиммунные болезни, связанные доктором Николсоном с микробиомом, включают диабет 1 типа (вызванный не устойчивостью к инсулину, а аутоиммунным разрушением выделяющих инсулин клеток), астма, экзема и рассеянный склероз. Снова детали неясны, но в каждом случае некоторый компонент микробиома, кажется, сбивает с толку иммунную систему, в ущерб другим клеткам организма.

В случае рассеянного склероза подтверждающее исследование было опубликовано Керстин Берер (Kerstin Berer) и ее коллегами в Институте иммунологии и эпигенетики им. Макса Планка во Фрайбурге, Германия. Они показали на примере грызунов, что бактерии пищеварительного тракта действительно вовлечены в вызов реакции, которая заставляет иммунную систему тела работать против определенных нервных клеток и снимать их изоляцию тем же способом, который приводит к рассеянному склерозу.

Эти и другие примеры поведения и влияния микробиомов поднимают интригующий вопрос. Если бактерии пищеварительного тракта могут принести вред здоровью человека, то, возможно, их замена сделает человека здоровым? Йогуртная промышленность на протяжении долгих лет заявляет: «Пополните запас своих хороших бактерий!» Прием бактерий подходящей группы действует на организм как тоник.

Вопрос культуры
Клинические испытания действительно показали, что пробиотики (смесь бактерий найденных, например, в йогурте) уменьшают признаки синдрома раздраженной толстой кишки у людей, которые страдают из-за неправильной микробиомы пищеварительного тракта. Могут ли они вызвать положительное изменение здоровья у других людей, не известно. Работа, опубликованная группой доктора Гордона, сообщила, что при исследовании пары здоровых близнецов микробиом остается не затронут йогуртом; когда одного близнеца попросили регулярно есть йогурт в течение нескольких месяцев, в то время как его родной брат не употреблял его, то у обоих тестируемых никаких изменений в микробиоме отмечено не было.

Йогурты ограничены в диапазоне бактерий, которые они могут передать. Другое вмешательство позволяет передавать бактериальные экосистемы от одного кишечника к другому. Этим способом является пересадка небольшого количества фекалий. Марк Меллоу (Mark Mellow) из Баптистского медицинского центра в Оклахома-Сити использует такие фекальные трансплантации для лечения от инфекции Clostridium difficile, бактерии, которая вызывает сильную диарею.

Согласно Центрам Америки Борьбы с болезнями, Clostridium difficile забирает жизни 14,000 человек в год в одной только Америке. Причина заключается в том, что штаммы устойчивы к действию антибиотиков. Лечение требует использования тяжелой артиллерии — таблеток ванкомицин и метронидазол. Они также убивают большую часть микробиома пищеварительного тракта пациента. Если они делают это, не уничтожая Clostridium difficile, это болезнь может возвратиться с удвоенной силой.

Доктор Меллоу обнаружил, что лечение пациентов клизмой, содержащей фекалии здорового человека, часто дает положительный результат. Новые бактерии быстро размножаются и распространяются в нижнем отделе кишечника, устраняя Clostridium difficile. В прошлом году доктор и его коллеги объявили, что выполнили эту процедуру 77 пациентам в пяти больницах с позитивным результатом в 91% случаев. Кроме того, при повторном курсе лечения, шесть из семи человек были вылечены. Хотя фекальная трансплантация для борьбы с Clostridium difficile должна все еще подвергнуться формальному клиническому испытанию с надлежащей контрольной группой, похоже, нашлось доступное средство для решения серьезной проблемы.

Одним из самых поразительных открытий стало установление связи микробиома и здоровья человека по отношению к мозгу. В течение долгого времени было известно, что у людей, страдающих аутизмом, есть проблемы с кишечником, который населяют неправильные микробиомы. В частности их кишечник населяют бактерии Clostridia.

Хорошо функционирующий микробиом не единственный, где существуют внутренние конфликты — в каждой экосистеме идет постоянная борьба. Clostridia убивает бактерии, конкурирующие за их ниши с фенолами (карболовая кислота, первый антисептик). Но фенолы также ядовиты для клеток человека, и таким образом должны быть нейтрализованы. Это достигается путем добавления сульфата к ним. Слишком большое количество Clostridia, производя слишком много фенолов, исчерпает запасы серы в теле человека. Сера необходима для других вещей, включая мозговое развитие. Если внедрить в пищеварительный тракт микробиом, нуждающийся в дополнительном количестве серы, то мозг может заплатить слишком высокую цену, развиваясь неправильно.

Является ли это главной причиной аутизма пока еще не доказано. Но это говорит, что у многих аутичных людей есть генетический дефект, который вмешивается в их серный метаболизм. Clostridia в кишечнике может стать причиной гибели человека.

Микробиомы стало изучать легче после того, как была изобретена новая технология исследования ДНК (которая позволяет различать бактерии без необходимости выращивать их на чашках Петри). Роль микробиома в жизни человека очень важна. Микробиом кормит людей, помогает всем процессам метаболизма протекать правильно, но иногда может причинить непоправимый вред.

Игра поколения
Много заболеваний, в которые вовлекается микробиом, озадачивают. Они берут свое начало в семьях, но никто не может проследить, какие гены в это вовлечены. Это может быть потому, что эффекты тонко распространены между многими различными генами. Но может случиться так, что некоторые — возможно совсем немногие — гены не должны находиться в человеческом геноме вообще.

Хотя есть информация, что микробиомы также могут быть унаследованы. Много микроорганизмов заселяют человека непосредственно от матери при рождении. Другие прибывают вскоре после этого непосредственно из окружающей среды. Возможно, генетические заболевания являются наследственными, но гены, провоцирующие их имеют бактериальную природу.

Это больше, чем просто интеллектуальный интерес. Известные генетические заболевания часто трудно лечить и они всегда остаются неизлечимыми. Лучшее, на что можно надеяться, это курс приема лекарственных препаратов. В отличие от человеческого генома, микробиомом можно манипулировать в пользу человеческого здоровья. Если роль микробиома действительно так важна, то настоящее ее исследование может стать большим прорывом в области медицины

Источник этой великолепной статьи: www.alphatech.com.ua
Отдельная благодарность её автору, чье имя, к сожалению, не указано под статьей.
dle


Если Вам понравилась статья, пожалуйста поделитесь ею с друзьями:
Автор новостиkirattyТеги новости
Новость опубликована 30-06-2017, 14:05, её прочитали 677 раз.
Похожие публикации:


Написать комментарий
Ваше Имя:
Введите Ваше реальное имя, или ник, или зарегистрируйтесь.
Ваш E-Mail:
Внимание! Вводите реально действующий адрес email.
Текст комментария:
Внимание! Текст комментария не должен нарушать правила сайта
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Картинка Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Ответьте на вопрос или зарегистрируйтесь
111+2+2=?

Введите два слова, показанных на изображении:
или зарегистрируйтесь