Микробиом человека и его влияние на здоровье

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение
2. Состав и разнообразие микробиома человека
3. Методы изучения микробиома
4. Метаболические функции микробиома
5. Микробиом и иммунитет
6. Ось кишечник-мозг
7. Дисбиоз и терапевтические подходы
8. Заключение
9. Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Организм человека населяют триллионы микроорганизмов — бактерий, архей, грибов и вирусов, совокупность которых обозначают термином «микробиота», а их коллективный геном — «микробиом». По уточнённым оценкам Рона Сендера и соавторов (2016), соотношение бактериальных и человеческих клеток составляет приблизительно 1:1 (3,8×10¹³ бактерий и 3,0×10¹³ клеток человека), а не 10:1, как считалось ранее. Однако суммарный геном микробиома содержит более 3 миллионов генов — в 150 раз больше, чем геном человека (20 000 генов), что существенно расширяет метаболический потенциал организма.

Проект Human Microbiome Project (HMP), инициированный NIH в 2007 году, охарактеризовал микробиом 300 здоровых добровольцев из 15 локализаций тела. Кишечник содержит наибольшее разнообразие: 500–1000 видов бактерий, преимущественно типов Firmicutes (60–80%) и Bacteroidetes (15–30%). Энтеротипы — устойчивые кластеры видового состава, описанные группой Пера Борка (2011) — делятся на три типа: Bacteroides-доминантный, Prevotella-доминантный и Ruminococcus-доминантный, коррелирующие с долгосрочными пищевыми привычками.

Метаболическая роль микробиома выходит далеко за пределы пищеварения. Бактерии кишечника продуцируют короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК): бутират (до 20 мМ в толстой кишке), пропионат и ацетат — из неперевариваемых полисахаридов. Бутират служит основным энергетическим субстратом для колоноцитов (обеспечивая 70% их энергетических потребностей), укрепляет кишечный барьер через стимуляцию экспрессии белков плотных контактов (клаудинов, окклюдина) и обладает противовоспалительным действием через ингибирование NF-κB и гистондеацетилаз. Витамин K2 (менахинон) и витамины группы B (B12, B9, биотин) синтезируются кишечными бактериями в количествах, покрывающих значительную долю суточной потребности.

Ось «кишечник-мозг» — двунаправленная коммуникационная система между кишечной микробиотой и центральной нервной системой — опосредована блуждающим нервом, нейроэндокринными (серотонин, ГАМК, дофамин, триптофан) и иммунными (цитокины) механизмами. До 95% серотонина организма синтезируется энтерохромаффинными клетками кишечника под влиянием метаболитов бактерий. Исследования на гнотобиотических мышах (выращенных в стерильных условиях) продемонстрировали повышенную тревожность и изменённый ответ гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси на стресс, которые нормализовались при колонизации Bifidobacterium infantis.

Дисбиоз — нарушение состава и функции микробиома — ассоциирован с широким спектром заболеваний. Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) от больных ожирением стерильным мышам вызывает набор массы тела, а от худых — нет (эксперименты Джеффри Гордона, 2013). При воспалительных заболеваниях кишечника (болезнь Крона, язвенный колит) наблюдается снижение разнообразия и уменьшение Faecalibacterium prausnitzii — основного продуцента бутирата. ТФМ при рецидивирующей инфекции Clostridioides difficile эффективна в 85–90% случаев, превосходя стандартную антибиотикотерапию.