Бесчисленные бактерии, которые живут в нашем теле, занимаются не только перевариванием еды, но и много чем еще. Новое исследование свидетельствует, что бактерии в нашем кишечнике даже напрямую ведут диалог с мозгом.
Мы воспринимаем обычного человека как самостоятельный организм. Но что мы часто забываем, так это то, что мы в своем теле не одни. Человек представляет собой целую экосистему, состоящую из миллиардов микроорганизмов — фактически этих микроорганизмов даже больше, чем клеток в нашем теле.
Среди этих микроорганизмов нам лучше всего знакомы бактерии, которые еще несколько лет назад в основном воспринимались как случайные пассажиры, не оказывающие ощутимого влияния на человека. Однако в последние годы выяснилось, что отношения между человеком и многими бактериями можно охарактеризовать скорее как взаимовыгодные.
Некоторые ученые пошли дальше и предположили, что человека и его популяцию бактерий можно рассматривать как один большой организм. Дополнительный орган — вот чем можно считать всю совокупность бактерий.
Ведь в последние годы обнаружилось, что бактерии, которые живут на и в людях, играют большую роль для нашего развития и здоровья. Кроме того, мы начинаем понимать, что эти микроорганизмы могут влиять на системы, которые мы раньше считали исключительно своей собственностью.
Микрофлора желудка
Нужная комбинация микроорганизмов очень важна для многих процессов в теле человека. Популяцию бактерий в отдельно взятом индивидууме мы называем его микробиомом.
Это определение включает бактерии и на коже, и внутри тела, но наибольшее внимание уделяется множеству бактерий, живущих в желудочно-кишечном тракте.
Именно здесь и происходит подавляющее большинство реакций взаимодействия между бактериями и людьми. В этой статье термин «микробиом» также будет относиться исключительно к желудочно-кишечному тракту.
Многие бактерии, живущие в пищеварительной системе, участвуют в переваривании еды, которую мы едим, производят важные витамины, а также защищают нас от болезнетворных бактерий или вирусов, которые пробираются в наше тело.
Влияют ли они на работу мозга?
Бактерии, населяющие наш кишечник, не могут проникать за его пределы, если он не поврежден, поэтому в нормальной ситуации они не контактируют с остальным телом напрямую.
Давно известно, что мозг и кишечник обмениваются сигналами, но открытие связи между микробиомом и мозгом привлекло большое внимание. Возможно, потому, что новость о том, что малюсенькие одноклеточные организмы могут иметь влияние на наш сложный мозг, уязвляет наше самомнение — ведь мы считаем себя доминирующим видом.
Если бактерии влияют на то, как функционирует наш мозг, то кто же на самом деле стоит у руля?
Короткоцепочечные жирные кислоты разговаривают с мозгом
Бактерии коммуницируют с мозгом посредством химических реакций и электрических сигналов. Электрическая коммуникация осуществляется через нервную систему, которая связывает кишечник и мозг. На нервную систему могут прямо или косвенно влиять вещества, выделяемые бактериями в процессе жизнедеятельности.
Эти продукты жизнедеятельности бактерий также могут достигать мозга через кровообращение, проникая через стенки кишечника. В особенности активно включены в коммуникацию с мозгом жирные кислоты короткой цепи.
Кроме того, короткоцепочечные жирные кислоты могут также влиять на производство гормонов в кишечнике и тем самым косвенным образом воздействовать на те места в мозгу, которые подвергаются влиянию этих гормонов.
Мы их не замечаем — по большей части
Иммунная система тоже активно участвует в коммуникации между мозгом и микробиомом.
Иммунные клетки присутствуют на внешней стенке кишечника и могут запускать отростки внутрь него, регистрируя изменения в кишечной среде, например, дисбаланс с популяции бактерий. Зафиксировав дисбаланс, иммунные клетки начинают испускать сигналы, которые через кровоток достигают мозга.
В нормальных обстоятельствах постоянная связь между бактериями и мозгом не вредит человеческому здоровью и развитию, поэтому мы в основном живем, ничего не зная о своей бактериальной флоре.
Бывают, однако, ситуации, когда бактериальная среда приходит в дисбаланс, что может вылиться в ненормальное состояние, которое внезапно заставляет нас обратить внимание на множество микроорганизмов, живущих в нашем теле.
Дисбаланс микрофлоры
Бактерии, из которых состоит микробиом, постоянно конкурируют за место в экосистеме кишечника. В первые годы жизни человека между бактериями разных видов устанавливается баланс, после чего серьезных колебаний относительной численности бактерий разных видов уже не происходит.
Соотношение бактерий в микробиоме разнится от человека к человеку, поэтому не существует определенного состава микробиома, который можно было бы назвать «правильным» для всех. Однако на этот индивидуальный баланс в течение жизни влияют разные факторы, которые могут его расшатать.
Рацион питания очень сильно влияет на то, какие типы бактерий доминируют в кишечнике, и большие изменения в рационе могут изменить и бактериальный состав микробиома. Это объясняется тем, что та или иная диета может благоприятствовать одному или нескольким типам бактерий, которые начинают активно размножаться.
Точно так же желудочная инфекция, то есть временное присутствие чужеродных микроорганизмов, которые вытесняют один или несколько видов привычных бактерий, может повлиять на микробиом, вызвав дисбаланс.
Как ни странно, лечение таких инфекций антибиотиками тоже может негативно влиять на существующую микрофлору, поскольку определенный тип антибиотиков уничтожает один и несколько видов бактерий, освобождая тем самым место для других.
Пожилые более уязвимы, чем молодые
Многие исследования указывают на то, что возраст человека сказывается на микробиоме. Было доказано, что у пожилых людей его состав менее стабилен и разнообразен, чем у молодых. В связи с этим пожилые люди более уязвимы перед инфекциями.
Дисбаланс в микробиоме ведет к ряду изменений, которые могут повлиять на наш организм. Количество разнообразных продуктов жизнедеятельности бактерий может увеличиваться и уменьшаться, реакция иммунной системы — меняться, и в нервную систему будут идти другие сигналы.
Некоторые результаты исследований свидетельствуют, что эти изменения могут влиять на нормальные процессы в мозгу и приводить к различным психологическим и неврологическим проблемам.
Бактерии на пользу и во вред
Влияние бактериального дисбаланса — потенциально очень обширный вопрос, но его изучение затруднено, так как микробиом динамичен, и на него постоянно влияют другие системы организма. Поэтому предпринимаются попытки отделить различные эффекты друг от друга.
Микробиом в целом и его роль в развитии мозга в частности изучают на стерильных животных, у которых нет микробиома.
Например, мыши без микробиома имеют недоразвитый гематоэнцефалический барьер, другую структуру мозга и в связи с этим демонстрируют другое поведение, сильнее реагируя на стрессовые раздражители по сравнению с мышами с нормальной популяцией бактерий.
Если стерильные мыши в начале жизни получают микробиом от нормальных мышей, эти различия полностью выравниваются. Но если это происходит на более поздней стадии жизни, то ничего уже не меняется.
Таким образом, похоже, микробиом может повлиять на развитие мозга только в определенный период жизни организма.
Эти открытия породили интерес к потенциальной связи между микробиотическим дисбалансом и синдромами, проявляющимися в связи с недоразвитостью различных функций мозга — например, аутизмом.
Бактерии меняются из-за депрессии
Приходящие с возрастом неврологические синдромы, такие как деменция и болезнь Паркинсона, тоже связали с микробиомом, так как заметили, что бактериальная флора с годами становится все менее разнообразной параллельно с ухудшением неврологических функций.
После того как были обнаружены сверхинтенсивные стресс-реакции у стерильных мышей, стало очевидно, что микробиом может влиять на развитие психологических синдромов вроде стрессового состояния или депрессии.
Для начала ученые исследовали мирокбиомы пациентов с депрессией, чтобы определить, отличается ли их бактериальный состав от микробиомов здоровых людей.
Эти исследования показали, что у пациентов с депрессией обычно меньше бифидо- и лактобактерий.
Искусственно увеличивая количество бактерий этого типа и измеряя последствия таких действий, например, количество определенных нейротрансмиттеров в мозге, можно узнать, есть ли тут какая-то связь.
Таким образом с помощью мышей выяснили, что пищевые добавки с лактобактериями, которые часто есть в йогуртах, могут способствовать снижению тревоги и смягчить симптомы депрессии, влияя на сигналы, посылаемые в мозг через нервную систему.
Другие типы бактерий, например, бифидобактерии, увеличивают количество гормона серотонина в крови и уменьшают последствия стресса, сглаживая активность иммунной системы, которая влияет на мозг через кровоток.
Однако многие из существующих научных работ, посвященных микробиому и неврологическим и психологическим заболеваниям, основаны на корреляциях, и, прежде чем мы сможем однозначно указать на микробиом как на определяющий в этом отношении фактор, нужно будет провести дальнейшие исследования.
Кроме понимания того, какое влияние на организм оказывают отдельные типы бактерий, важно также понять, как различные типы бактерий взаимодействуют между собой и как их взаимодействие отражается на неврологических симптомах, ведь бактерии микробиома не существуют изолированно друг от друга.
Микробиотические манипуляции
Если мы поймем, как микробиом влияет на наше здоровье, то потенциально эти знания можно будет использовать для лечения болезней, внося изменения в бактериальный баланс. Это можно сделать, употребляя пре- или пробиотические продукты питания или медикаменты.
- Пребиотики- это часто сложные углеводы, которые особенно благоприятны для одного или нескольких видов бактерий, и принимаяих, можно способствовать росту количества этих бактерий.
- Пробиотики- это живые бактерии, поэтому, например, съев пробиотический йогурт, выможете сразуже увеличить количество бактерий какого-либо типа. Количество бактерий определенных типов также может снижаться при лечении антибиотиками.
Другой, более радикальный способ влиять на микробиом — это пересадка небольших доз человеческого кала от здорового донора. Цель этого — восстановление сбалансированной популяции бактерий, ведь фекалии содержат большое количество полезных бактерий.
Лечение такого рода до сих пор использовалось в основном при заражении бактерией клостридиум диффициле, при котором человек страдает тяжелой формой диареи и воспалением кишечника. Но оно также может быть эффективным при инфекциях, поражающих и другие части тела.
Новое поле для исследований, понимания мало
Несмотря на то, что в последние 15 лет число научных статей, посвященных микробиому, очень сильно выросло, нужно еще очень много сделать для того, чтобы понять и начать с умом влиять на микробиом в целях лечения.
Вмешавшись в жизнь микробиома, например, посредством пересадки кала, можно сдвинуть баланс в непредвиденном направлении, тем самым спровоцировав реакцию других частей тела, которые вовсе не должны были быть затронуты.
Позитивный или негативный получится эффект, будет, вероятно, зависеть как от бактериального состава микробиомов донора и реципиента, так и от истории болезни.
Кроме того, во многих случаях бывает трудно определить, является ли атипичная популяция бактерий самой болезнью или ее следствием или даже и тем и другим сразу. Из-за этого трудно предсказать, какой эффект будет иметь потенциальное микробиотическое вмешательство.
Значительная часть базовых знаний получена с помощью экспериментов на животных, и поэтому нельзя с уверенностью сказать, что на людях результаты будут такими же.
Пока что определение состояния человеческого микробиома во многом зависит от анализов фекалий. Способ хранения проб и количество полученной из них информации имеют большое значение для того, насколько полную картину экосистемы кишечника мы можем нарисовать.
Кроме бактерий, кишечник содержит ряд грибков и вирусов, которые тоже участвуют в коммуникации с иммунной системой и другими частями организма.
Пока что мы довольно плохо понимаем, как взаимодействуют множество различных микроорганизмов, и мало знаем, насколько важны отдельные их виды для здоровья человека.
Но идея о том, что можно бороться с неврологическими проблемами с совершенно новой стороны, очень интересна, и следить за развитием исследований в этой области весьма увлекательно.
Проблемы, возникающие при изучении микробиома
Получить репрезентативные образцы человеческого микробиома довольно трудно. Больше всего бактерий находятся в толстой кишке, а это значит, что сбор проб требует инвазивной процедуры.
Нереально применить инвазивные методы к тому количеству подопытных людей, которого требует серьезное исследование. Поэтому большинство исследований опирается на анализы кала.
Однако исследования, в ходе которых применялись инвазивные методы, показали, что бактериальная флора не одинакова на протяжении всего кишечника.
Поэтому использование анализов кала для изучения микробиома, вполне возможно, дает нерепрезентативные результаты, ведь микрофлора кала в первую очередь будет сходна с микрофлорой нижней части кишечника.
