КАК КИШЕЧНИК ЛЕЧИТ и СОЗДАЁТ БОЛЕЗНИ

В этой серии «Культивирование кишечного микробиома для подавления болезней» мы расскажем о том, как последние разработки в этой области медицины меняют наши подходы к болезням и предлагают новые стратегии для лечения и предотвращения болезней.

Вирусы, грибки и бактерии, которые живут внутри и на нас, необходимы для критических функций нашего организма. Микробы во рту помогают нам, например, вырабатывать оксид азота, помогая предотвратить сердечные заболевания, обеспечивая плавный кровоток. Это микробное сообщество, наш микробиом, почти не изучено, но то, что мы знаем, говорит нам о том, что оно является ключом к предотвращению и лечению многих заболеваний. Нигде эта флора микроскопической жизни не является более важной, чем в нашем кишечнике.

Здоровье кишечника — это гораздо больше, чем простое пищеварение. Полезные бактерии, живущие в кишечнике, помогают нам переваривать пищу в толстой кишке и превращать питательные вещества в метаболиты, влияющие как на наше физическое, так и на психическое здоровье.

Метаболиты обычно представляют собой небольшие молекулы, образующиеся в результате метаболизма. Этот метаболизм может осуществляться нашими клетками или нашими микробами. Среди прочего, «микробные метаболиты влияют на иммунное созревание, иммунный гомеостаз, энергетический обмен хозяина и поддержание целостности слизистой оболочки», — отмечается в обзоре исследований, опубликованном в Nature Reviews: Gastroenterology & Hepatology. «Некоторые бактерии производят биоактивные нейротрансмиттеры», — отмечается в исследовании, опубликованном в Nature. Бактерии в нашем кишечнике вносят аминокислоты, липиды и сахара, связанные с такими процессами, как пищеварение и кровообращение. Метаболиты также участвуют в синтезе гормонов.

Наш кишечный микробиом — это динамичная среда, в которой триллионы микробов  постоянно взаимодействуют с нами и друг с другом. Бактерии имеют короткую продолжительность жизни, но они быстро адаптируются и их количество может быстро увеличиваться, значительно улучшая наше здоровье или нанося ему ущерб, который исследователи не могут понять.

Новая медицина

Человеческий микробиом — это передовая граница современной медицины, в которой  многие учёные и исследователи надеются найти объяснения — и возможно, методы лечения — растущего числа аутоиммунных заболеваний. По мере того, как человеческое тело всё больше обращается к самому себе, потребность в новых методах лечения, лекарствах и ответах становится всё более острой.

Состав и изменения микробиоты кишечника уже связаны с заболеваниями, которые варьируются от желудочно-кишечных, воспалительных и метаболических состояний до неврологических, сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний.

Наши микробы также оказывают значительное влияние на другие патогенные микробы. Например, каждый микробиом по-своему реагирует на атаку вирусных патогенов. Это может помочь объяснить, почему в семьях могут быть одни члены, которые заболевают такими заболеваниями, как COVID-19 и грипп, а другие нет.

Для врачей и исследователей это сложная головоломка, полная надежд.

«Конечно, мы заботимся о биоме, потому что мы надеемся, что можем укрепить здоровье, изменив или вмешавшись в биом и это своего рода основной вопрос», —  доктор Нил Столлман, заведующий отделением гастроэнтерологии в Медицинском центре Alta Bates Summit, сказал на недавней встрече микробиома Malibu, конференции о микробиоме.

По большей части до прецизионных методов лечения, основанных на наших индивидуально сложных микробиомах, появятся годы или даже десятилетия. Но картина роли микробиома в развитии болезней гораздо менее туманна, чем десять лет назад.

Микробы и болезни

В обзоре Microorganisms за 2019 год было рассмотрено несколько исследований, в которых изучалось, как экосистема человеческого микробиома меняется с возрастом. Исследование стремилось задокументировать изменения микробиома в ответ на привычки, диету, физические упражнения и болезни. Упрощённый вывод заключается в том, что здоровый баланс микроорганизмов позволяет организму выполнять метаболические и иммунные функции, предотвращающие развитие заболеваний.

Если этот здоровый баланс нарушен, это может быть очень похоже на экосистему, которая потеряла слишком много важных растений или животных и сталкивается с коллапсом или не может справиться с инвазивными видами, которые затем сеют хаос. Когда это происходит с микробиомом, это называется «дисбактериоз».

Дисбактериоз связан с различными заболеваниями, начиная от желудочно-кишечных заболеваний и заканчивая метаболическими и неврологическими расстройствами. Исследования также связывают кишечный микробиом с сердечно-сосудистыми заболеваниями, астмой, аллергией, экземой и неалкогольной жировой болезнью печени, согласно статье 2021 года в Европейском журнале клинического питания .

Является ли болезнь причиной дисбаланса или дисбаланс вызывает болезнь, требует более тщательного изучения. Количество возможных нарушений также является растущей областью исследований.

Микробы и вирусы

«Комменсальные бактерии калибруют порог активации врожденного противовирусного иммунитета», — говорится в названии исследования ( pdf ), опубликованного в журнале Immunity в 2012 году. Другими словами, эти бактерии запускают иммунную систему для защиты организма от вирусной репликации, тяжёлых заболеваний и смерти. Исследование показало, что потеря комменсальных бактерий связана с тяжёлым заболеванием и смертностью при гриппе и что лечение пробиотиками полезно при вирусном гастроэнтерите и вирусных респираторных инфекциях.

Ещё совсем недавно связь между микробами и COVID-19 продемонстрировала способность бактерий обеспечивать защитный иммунитет против вирусных инфекций.

Доктор Сабина Хазан , гастроэнтеролог и исследователь, объяснила на недавнем собрании микробиомов в Малибу, что результаты её исследований , иллюстрирующие высокий уровень бифидобактерий, по-видимому, создают защитный фактор против COVID-19.

В исследовании «Потерянные микробы COVID-19», которое она возглавляла, изучались различные реакции на COVID-19 в семьях, находящихся в тесном контакте и был сделан вывод о том, что более низкие уровни бифидобактерий связаны с инфекцией. Неизвестно, было ли количество бактерий ниже из-за инфекции или у субъектов ранее был низкий уровень бифидобактерий, что сделало их восприимчивыми к COVID-19.

Поскольку известно, что вирусы проникают в измененный биом, Хазан предположил, что распространенность дисбиотических (несбалансированных) микробиомов в Америке может объяснить, почему COVID-19 так сильно ударил здесь.

«Возможно, дело в потерянных микробах, которые сделали нас восприимчивыми к COVID. Мы потеряли эти бифидобактерии и нам нужно их восполнить», — сказала она. «Микробиом рассказывает историю. Это судебная медицина».

Будущие исследования могут определить, какие комменсальные микробы можно использовать в терапевтических целях для повышения естественной устойчивости к вирусам,  предполагает исследование, проведённое в 2020 году в журнале Cell. Исследователи предвидят будущее, в котором микробиом будет использоваться не только как диагностический инструмент, но и для достижения желаемых физиологических эффектов.

Микробы и здоровье

Конечно, когда исследователи смотрят в захватывающее будущее, полное возможностей, они также осознают важность выяснения того, как микробиомы стали дисбиотическими. Многие исследователи задаются вопросом, какие уроки мы можем извлечь для предотвращения болезней в первую очередь.

Теперь мы знаем, что процесс заселения нашего микробиома начинается во время рождения, когда новорожденные получают бактерии от своих матерей, которые помогают им предотвратить колонизацию вредных условно-патогенных бактерий в микробиоме ребёнка. И по мере старения мы приобретаем микробы двумя путями: вертикально (от родителей) или горизонтально (из окружающей среды, включая продукты питания).

Вертикальное формирование нашего микробиома,  вероятно, начинается ещё в утробе матери, хотя это предварительное исследование. Другими словами, некоторые микробы мы получаем от наших матерей ещё до рождения. Некоторые исследования предполагают, что мы также собираем другие микробы, когда проходим через вагинальный канал во время родов, хотя недавние результаты оспаривают это. Наша непосредственная близость к нашим родителям, а также кормление грудью также порождают микробы.

Исследования показывают, что дети, рождённые путём кесарева сечения или подвергшиеся раннему воздействию антибиотиков, чаще страдают от воспалительных заболеваний и ожирения, что вероятно, связано с дисбактериозом. «Влагалищный посев«— это одна из стратегий немедленного восстановления микробиома ребёнка до более нормальной экологии, хотя процедура всё ещё находится под вопросом.

Во время этой простой процедуры стерильная марля вставляется во влагалище матери перед кесаревым сечением, а затем протирается всем лицом и телом новорождённого, пытаясь воспроизвести воздействие микробов при вагинальных родах.

Были некоторые разногласия, связанные с этой процедурой, поскольку у матери могли быть патогенные микробы или даже вирусы, такие как COVID-19. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США считает вагинальные выделения «биологическими», на которые распространяются новые правила в отношении лекарственных средств.

В настоящее время проводятся исследования , чтобы определить, будет ли это эффективной стратегией общественного здравоохранения для улучшения результатов в отношении здоровья. Потенциально это может открыть дверь для «живых биотерапевтических препаратов», стандартизированного донорского продукта для тех детей, чьи мамы могут страдать от инфекции или болезней.

Бифидобактерии являются одними из первых бактерий, заселивших желудочно-кишечный тракт и считается, что они обладают многими полезными для здоровья свойствами. Бактериальное разнообразие быстро увеличивается в первый год жизни ребёнка, замедляясь к 3 годам и становясь более похожим на взрослое к 5 годам.

Тем не менее кишечный микробиом ребёнка менее разнообразен и заметно отличается от микробиома здоровых взрослых. С возрастом мы начинаем приобретать микробы горизонтально из источников окружающей среды, таких как пища, другие люди и животные.

Поскольку наш микробиом подвергается воздействию бактерий и других микробов, которые помогают его формировать, он также формируется под влиянием окружающей среды, которая может убить одну флору и вызвать размножение другой.

Поскольку мы так мало знаем о микробиоме, трудно понять, как именно выглядит здоровый баланс микробов. Исследователи пытаются выяснить, существует ли микробиом «золотого стандарта» или даже нормальный.

Далее:  Сейчас учёные пытаются решить, казалось бы, невыполнимую задачу — создать стандарт идеального микробиома. Скотт Джексон из Национального института стандартов и технологий объясняет, как человеческий фактор может усложнить исследование. 

Ранее: многие из наиболее важных медицинских достижений предыдущих десятилетий были основаны на сдерживании угрозы инфекционных заболеваний. К сожалению, более поздние исследования показали, что эта война с микробами также убивает полезные микробы, необходимые для здоровья человека. 

Читать Часть 1. Уничтожение бактерий противомикробными препаратами и антибиотиками может быть недальновидным, согласно новой науке о микробиоме