Микробиологические исследования. Суть проектов микробиома
Среди наиболее известных проектов Найта стоит отметить изучение желудочно-кишечного тракта американцев, составление карты микробиома жителей США с детальным анализом полученных данных. Задачей исследований является научное обоснование влияния нашего образа жизни и питания на состояние внутренней микрофлоры и здоровья в целом. Роб Найт является автором книги «Исследуйте свой кишечник: огромное влияние мизерных микробов».
И в своей лекции «Как наши микробы делают нас теми, кто мы есть», он подробно описывает тесную связь этих крошечных созданий с нашим самочувствием.
Влияние микробов на человека
Вспоминая известные факты из жизни древних египтян, Роб Найт отметил их стремление сохранить определенные органы в максимальной целостности – для их дальнейшей пригодности в загробном мире. По их мнению, заботе подлежали печень, легкие, желудок и другие части тела. Кроме мозга, который они «откачивали» через нос умершего, считая орган ненужным. Лишь по той причине, что знали о нем ничтожно мало.
И, подобно древним египтянам, мы также можем игнорировать значение некоторых своих органов ввиду банальной неосведомленности их значимости. Речь идет о кишечнике – с точки зрения места обитания микробов. Если говорить более широкими понятиями, то вся внешняя и внутренняя поверхность тела служит их средой. И эти невидимые микроорганизмы не только отличаются между собой, но и порождают серьезные различия между людьми. Во многом влияя на их здоровье и привычки.
Простым примером этого можно назвать нашу «подверженность» комариным укусам. Если присмотреться к поведению насекомых, последует интересный вывод – одних людей они кусают гораздо чаще, нежели других. Причина этому проста, но в то же время удивительна – на коже человека проживают тысячи различных микробов и выделения некоторых из них привлекают комаров. Соответственно, «хозяева» подобных микробиомов будут страдать от атак насекомых чаще остальных.
Микробы выполняют множество функций – участвуют в пищеварении, повышают иммунитет, способствуют защите от заболеваний и даже влияют на поведение человека. Знания о жизнедеятельности микробов крайне важны для медицины. Так, тип микроорганизмов, сконцентрированных в кишечнике, напрямую отвечает за эффективность многих лекарств. Именно они определяют, насколько токсичными для печени станут обезболивающие препараты, как подействуют сердечные капли и т.д. Существует очень интересное наблюдение – «населяющие» мух-дрозофил микробы своими выделениями привлекают особей противоположного пола, диктуя тем самым, с кем им спариваться. Возможно, подобное происходит и у людей, просто медицине пока это неизвестно?
Однако, по словам Роба Найта, микробы в нашем теле существенно различаются. Конечно, визуально обнаружить их отличия невозможно – настолько они малы. Поэтому, представляя их на карте, ученые объединяют их группы по схожести последовательностей цепочек ДНК.
Говоря о карте, следует отметить серьезную проделанную работу сотрудников Национального института здоровья США – благодаря их исследованиям, проведенным на 250 добровольцах, на разных участках тела были обнаружены различные колонии микробов. Для наиболее углубленного понимания учеными была создана специальная карта, на которой точками обозначили микроорганизмы, относящиеся к конкретному микробиому – то есть, объединили их по геному. Чтобы продемонстрировать визуальные отличия, эти сообщества окрасили на общей карте разными цветами. Так, зеленым цветом обозначили микрофлору рта человека, синим – микрофлору кожи, фиолетовым – вагинальную среду, коричневым – фекальную.
И созданная микробиологическая карта ясно показывает, насколько эти микрофлоры отличаются между собой содержанием и типом микробов. Но что самое удивительно – так это то, что у разных добровольцев оказался различным и микробиом. И, если сравнить микрофлору кишечника двух людей, сидящих рядом, на предмет схожести их микробов, то совпадут они не более чем на 10%.
Это открытие действительно можно считать удивительным – ведь, сравнивая людей по их ДНК, давно обнаружено близкое сходство цепочек. Говоря простыми понятиями, ДНК двух людей обычно совпадает примерно на 99%, и лишь малая его часть разнится. В то время как населяющие их тело колонии микробов разительно отличаются.
В численном соотношении микробы превосходят нас, людей. Так, рассматривая человеческий организм с позиции количества клеток, можно подсчитать, что наше тело «вмещает» их порядка 10 триллионов. В то время как микробов внутри этого тела содержится около 100 триллионов. Если считать по ДНК, то полный набор человека содержит примерно 20 тысяч генов – содержание же микробов исчисляется цифрами от 2 до 20 миллионов. И, несмотря на то, что в нашем желудочно-кишечном тракте этих микроскопических организмов всего около полутора килограммов, в переводе на количественное содержание эта цифра довольно велика. И это объясняет то множество процессов внутри нас, на которые могут повлиять их сообщества.
Логично, что, прикасаясь к чему-либо, наряду со следами ДНК мы оставляем и следы микробиологического ДНК. Изучая данный факт, Роб Найт упомянул и о проводимом исследовании – по особенностям микробиологического состава ладони ученые смогли точно определить тип компьютерной мыши, которой пользовался доброволец. Данное открытие было подробно описано в научном журнале и даже использовано в съемках фильма о преступлениях.
Рассматривая источники формирования микросообществ, следует отметить влияние всех окружающих факторов – способа рождения, методов лечения заболеваний в раннем возрасте, особенностей питания детей. Проведенные исследования установили, что микробные сообщества, живущие в организме взрослого человека, в целом не меняются годами.
Дети «получают» свои первые микробиомы от матери в момент рождения. И здесь важную роль играет путь появления на свет. Так, рожденные естественным путем младенцы обладают колониями вагинальных микроорганизмов. Те же малыши, которые пришли в наш мир в ходе проведения кесарева сечения, «наделяются» микробами, живущими на коже их матери.
И здесь, по словам Роба Найта, кроется ключ к возможным патологиям. Согласно исследованиям, вторая категория детей наиболее подвержена развитию аллергий, астмы и ожирения. Именно эти болезни напрямую связаны с жизнедеятельностью микробов. И отсутствие в момент рождения в их теле вагинального микробиома, возможно, говорит о недостатке защитных микроорганизмов, способных препятствовать возникновению заболеваний.
Сейчас ученые тщательно занимаются поиском данной связи. Однако сам Роб Найт, наблюдая подобные явления, решил проверить свою гипотезу на личном примере. Его дочь родилась с помощью кесарева сечения – и сразу после ее рождения родители нанесли на ее тело слой вагинального микробиома, повторяя тем самым путь естественных родов. Наблюдая за дочерью на протяжении двух лет ее жизни, исследователь отмечает отсутствие у ребенка склонности к серьезным заболеваниям – к примеру, девочка не болела ушной инфекцией, распространенной в этом возрасте. Возможно, опыт, проделанный родителями в момент ее рождения, обладал защитным эффектом?
Говоря о микробиоме детей, Роб Найт продемонстрировал своим зрителям карту, по которой можно наблюдать перемещение микробных сообществ по телу ребенка со дня его рождения до достижения им возраста 2,5 лет. Данное исследование было проведено скатологическим методом. Изучая кал младенца, ученые обнаружили в его кишечнике колонию вагинальных микробов – что объяснялось естественными родами. Однако в дальнейшем эта колония постепенно перемещалась вниз, «уступая» место другим видам микробиома. И к 2,5 годам микробиом кишечника этого ребенка стал приближенным к тому, который наблюдается у взрослых людей.
Однако в этом эксперименте присутствует еще одно интересное открытие. Примерно в 2 года малыш заболел ушной инфекцией, и в процессе лечения ему назначили прием антибиотиков. Анализ фекалий ребенка в этот период демонстрирует явные изменения микробиома – наблюдается очевидный спад в развитии жизнедеятельности сообщества. Но, по окончанию лечения, функционирование микробов быстро восстанавливается.
Скатологические методы, применяемые учеными в исследованиях, показывают кардинальные изменения в микробиоме кишечника малышей, которых лечили антибиотиками в возрасте до шести месяцев. Параллельно проведенные опыты на мышах породили новую гипотезу об избыточном весе. Согласно ей, дети, прошедшие курс антибактериального лечения в первые полгода жизни, становятся наиболее подверженными ожирению по сравнению с малышами, не получавшими подобной терапии.
Исследования функций микробов демонстрируют удивительные открытия. Так, изучение их видов дает возможность найти связь между жизнедеятельностью микробиома и развитием у человека множества заболеваний – сердечных патологий, болезней кишечника, онкологии. Особенно очевидно прослеживается эта связь с ожирением. И, несмотря на то, что лишний вес у человека можно заметить невооруженным взглядом, отследить его «внутри» нас не так просто. Например, изучая ДНК добровольца, обнаружить его склонность к ожирению удается примерно в 60% случаев. В то время как анализ микробов его кишечника покажет эту патологию с точностью до 90%.
Эксперименты с мышами доказывают связь между микробами и многими другими заболеваниями – аутизмом, депрессией, рассеянным склерозом. Подобное влияние на организм человека пока не изучено, однако ученые смогли проследить схожесть реакции микробиома мышей и людей при недостаточном питании – квашиоркоре. Мыши, которым в ходе исследования пересаживали микрофлоры детей с данным заболеванием, быстро теряли вес. Но, после кормления их добавкой из арахисовой пасты, применяемой в лечении человеческого квашиоркора, особи выздоравливали и набирали массу.
Учитывая индивидуальность каждого человека в отношении его микробиома, важно не останавливаться на достигнутых результатах. Чтобы исследовать взаимосвязь микробов на наше тело наиболее полно, каждому из нас следует присоединиться к глобальному проекту «Американский кишечник», насчитывающему на сегодняшний день более 8 тысяч участников. Суть участия проста – достаточно прислать образцы, по которым ученые произведут расшифровку ДНК микробов. И тогда каждый сможет обнаружить себя на микробиологической карте, получив ответ из лаборатории.
Говоря о важности исследования, Роб Найт упомянул изучение поведения микробных сообществ при псевдомембранозном энтероколите – тяжелой форме диареи. Несколько лет медикаментозного лечения оказались безуспешными. В то время как пересадка больным проб стула от здорового человека оказалась весьма результативна – в течение первых дней все неприятные симптомы бесследно исчезали.
Конечно, работа в данном направлении требует длительного времени. Однако Роб Найт выразил надежду, что дальнейшие исследования позволят найти связь между микробами и многими заболеваниями. И разработка своеобразного «микробного навигатора» будет явно указывать людям на их подверженность конкретной болезни. Тем самым подсказывая источник патологии и помогая определить путь к ее предупреждению и устранению.
