Микробиом кишечника: зачем нам триллионы маленьких соседей

Автор: Анна Тарасова, врач-эндокринолог, диетолог, нутригенетик.

Представьте, что вместе с нами ежедневно завтракает, обедает и ужинает огромная экосистема. То, что мы положили в тарелку, становится пищей не только для нас — часть достаётся триллионам микроорганизмов, населяющих кишечник.

Бактерии, археи, вирусы и другие микроорганизмы вместе образуют кишечную микробиоту. А совокупность их генетического материала называют микробиомом. И это далеко не просто «пассажиры» пищеварительного тракта. Микроорганизмы помогают нам использовать компоненты пищи, производят биологически активные вещества и постоянно взаимодействуют с кишечником, иммунной системой, обменом веществ и даже нервной системой.

Иногда бактерии даже «одалживают» нам свои ферменты

Ещё один интересный пример — переваривание молочного сахара. Для расщепления лактозы необходим фермент лактаза. У многих взрослых его активность снижена, поэтому большое количество молока может вызывать вздутие, газообразование и другие неприятные ощущения.

Некоторые молочнокислые бактерии обладают собственной β-галактозидазой — ферментом, способным расщеплять лактозу. Именно поэтому человек с гиполактазией может переносить кисломолочные продукты с живыми культурами лучше, чем обычное молоко. Особенно хорошо этот эффект изучен для традиционных йогуртовых культур Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.

По сути, микроорганизмы добавляют к нашим собственным пищеварительным возможностям ещё и свои.

Кишечник связан не только с пищеварением

Метаболиты кишечных бактерий не остаются исключительно внутри просвета кишечника. Сегодня активно изучается несколько осей взаимодействия: «кишечник — печень», «кишечник — мозг», связь микробиоты с иммунной системой и обменом веществ. Например, печень получает кровь непосредственно от кишечника через систему воротной вены и постоянно контактирует с веществами, которые образовались после пищеварения и работы микроорганизмов.

С нервной системой кишечник взаимодействует сразу несколькими путями: через блуждающий нерв, иммунные сигналы, гормональную систему и микробные метаболиты. Некоторые кишечные бактерии участвуют и в метаболизме предшественников нейромедиаторов. Иммунная система также постоянно контактирует с микробиотой. Это необходимо для поддержания нормальной иммунной регуляции и барьерной функции кишечника.

Получается, кишечная микробиота — это своеобразный посредник между окружающей средой, питанием и множеством процессов внутри организма.

Чем разнообразнее микробиота, тем интереснее её возможности

В кишечной экосистеме сосуществуют сотни видов микроорганизмов, выполняющих разные функции. Одни специализируются на переработке определённых пищевых волокон, другие образуют короткоцепочечные жирные кислоты, третьи участвуют в обмене желчных кислот и других соединений. Поэтому учёные изучают не только наличие отдельных бактерий, но и разнообразие всего микробного сообщества и его функциональные возможности.

В одном из крупнейших проектов по изучению микробиома — American Gut Project — исследователи обнаружили любопытную связь с питанием. У людей, которые употребляли более 30 разных видов растительной пищи в неделю, микробное разнообразие кишечника было выше, чем у тех, кто ел 10 и менее. Причём значение имело именно разнообразие растений, а не просто принадлежность к определённому типу питания — например, веганскому или всеядному.

И речь не только об овощах. В исследовании считали разные фрукты, ягоды, крупы, бобовые, орехи, семена и другие растительные продукты. Разные растения содержат разные виды пищевых волокон и растительных соединений — а значит, создают пищевые ниши для разных микроорганизмов. Так появилась очень наглядная идея поддержки микробиома: обращать внимание не только на количество клетчатки, но и на разнообразие её источников.

Можно ли увидеть собственный микробиом?

Современная генетика позволяет буквально заглянуть внутрь этой экосистемы. Раньше для изучения бактерии её обычно пытались вырастить на питательной среде. Но многие кишечные микроорганизмы сложно культивировать обычными лабораторными методами.

Секвенирование изменило ситуацию: теперь можно исследовать непосредственно генетический материал микроорганизмов, содержащийся в образце. Один из методов — анализ гена 16S рРНК. Определённые участки этого гена различаются у разных бактерий и фактически работают как своеобразный генетический «штрихкод». Благодаря этому можно определить, какие группы бактерий представлены в микробиоте.

Более глубокий вариант — shotgun-метагеномное секвенирование. При таком исследовании анализируется множество фрагментов микробной ДНК. Это позволяет получить более подробную картину состава сообщества и исследовать его генетический, а значит, и потенциальный функциональный профиль.

Так возникло совершенно новое направление: вместо поиска нескольких отдельных микроорганизмов мы можем изучать целую микробную экосистему.