Властивості і характеристики мікроорганізмів цікавлять усіх. Від кліматологів (які розшукали бактерії, здатні «здолати» глобальне потепління) до криміналістів (які пропонують встановлювати гранично точний час смерті за наявності або відсутності в організмі тих чи інших «мешканців»). Від художників (освоїли техніку біо-арту — створення предметів мистецтва з різних мікробів) до с��співробітників НАСА (досліджують виживаність бактерій в умовах космосу). Від генних інженерів (які мають намір програмувати віруси для боротьби з раком) до лікарів (які хотіли б лікувати недуги пацієнта, впливаючи на вже наявну у нього флору).
Ми поговоримо сьогодні про те, які можливості для медицини і людини можуть з'явитися найближчим часом завдяки постійно розширюється знання про мікросвіт і мікробіомі.
Мікробіом (або мікробіота) — сукупність патогенних, умовно-патогенних і непатогенних мікроорганізмів (бак��єрій, а також архей, грибів і вірусів), що населяють живий організм. За останніми даними, кожен житель Землі служить будинком для сотні трильйонів бактерій (це число більше, ніж число клітин організму-господаря в 3-6 разів) і віддає «постояльцям» 1-3 % від свій маси. Велика частина з них мешкає всередині травного тракту, однак деякі облюбували і інші органи і системи (приміром, нещодавно вченими був докладно описаний мікробіом крові).Мікробіом і зростання
�акти про мікробах: мікроби і зростання " width="650" height="433" />
Хочете, щоб дитина виріс великим і сильним? Слідкуйте за тим, як поживає його мікрофлора. Такий вільний висновок можна зробити з наукових робіт, опублікованих в авторитетних журналах Cell і Nature.
Вчені розглянули склад кишкової мікробіоти дітей з африканської республіки Малаві і прийшли до висновку, що мікробіом дітей, відстаючих у рості, відрізняється від мікробіома дітей нормального росту (має характеристики, властиві микробиому дітей більш молодшого віку).
Дослідницькічи не пояснили причину взаємозв'язку, проте описали проведення вельми цікавого експерименту. Зразки калу досліджуваних дітей були пересаджені лабораторним мишам. У результаті молоді мишки, отримали «подарунок» від дітей із затримкою росту, стали рости повільніше. А ті, кому дісталися кишкові мікроби здорових дітей, розвивалися нормально.
Інша група вчених змогла доповнити дані цього експерименту і внести деякі пояснення. Біологи з Франції, Чехії та Італії встановили, що у мишей з нормальним мікробним складом кишечника гормон росту соматотропін підвищував рівень інсуліноподібний фактор росту 1(IGF-1), який відповідальний за зростання м'язової і кісткової тканини. Тоді як у тварин з «недорозвиненою» микробиомом синтез IGF-1 порушувався при нормальному рівні соматотропіну, і це заважало розвитку.
Ще одне дослідження пролило світло на те, що саме призводить до «незрілості» мікробіома. Відповідь виявився досить прозаїчний: вся справа в дієті. Було з'ясовано, що грудне молоко матерів дітей, які відстають у рості, не містить достатньої кількості сиалированных олигосаха��ідов, які служать живильним середовищем для флори. В якості доказу використовувався експеримент на мишах. Гризунів з пересадженим калом відстаючих у рості дітей стали годувати олігосахаридами, отриманими з пшениці, і в результаті тварини стали набирати м'язову масу і збільшувати розміри тіла.
Подібні дослідження дозволяють припустити, що правильно збалансована дієта молодих мам, а також добавки в раціон немовлят і дітей дошкільного віку зможуть вирішити проблему затримки росту і розвитку.
Мікробіом і вага</h3>
Ще одна серія експериментів показала, що мікробіом може мати зв'язок не тільки з ростом і розвитком юного індивіда, але і з його вагою вже у дорослому віці. Фізіологи з Женевського університету виявили, що у мишей, які проводять на холоді багато часу, змінюється склад мікрофлори, що веде до швидкого і значного зниження ваги. При цьому пересадка «замороженого» мікробіома тварин, не бвавшим на холоді, змушує останніх худнути. Робота присвячена дослідженню, була представлена в науковому журналі Cell.
У виданні повідомляється, що лабораторні миші жили при комфортній для них температурі і підтримували стабільну масу тіла. Після тривалого перебування на морозі гризуни продемонстрували зниження температури тіла, зниження цукру в крові та підвищення чутливості до інсуліну, а їх мікробіом позбувся низки важливих бактерій (наприклад, бактерії Akkermansia muciniphila, що грає роль в засвоєнні поживних речовин).
Ін��ересен і інший побічний ефект, який був викликаний «зубожінням» мікробіоти. Оскільки поживні речовини перестали засвоюватися, життя мишок опинилася в небезпеці і їх організмам довелося «вживати заходів»: у всіх піддослідних тварин почалося розростання кишечника — збільшивши площу тканини, яка здатна всмоктувати корисні речовини, природа взяла своє і не дозволила мишкам загинути. Щоб перевірити наявність зв'язку між зубожінням» мікробіоти і результатами експерименту, вчені пересадили мікробіом «охолоджених» мишок содержащ��баімся в теплі. Це призвело до того, що здорові мишки швидко почали втрачати вагу.
Щоб перевірити зв'язок відсутність бактерії Akkermansia muciniphila з розростанням тканин кишечника, вчені додали до пересаженному «замороженому» микробиому окремі колонії цієї бактерії. У тих мишок, які отримали таку добавку, розростання кишечника не сталося, а схуднення тим не менш продовжилося.
Автори дослідження вважають, що перед нами одна з технологій, яка в майбутньому (після додаткових тестів та апробацій) допоможе лікувати ожиріння у чедини.
Лікувати ожиріння може допомогти й інше відкриття, також пов'язане з микробиомом. Співробітники Університету Руана з'ясували, що саме мікроорганізми регулюють те саме відчуття насичення, яке дає нам команду припинити їсти.
Експерименти на модельних тваринах показали, що популяції кишкової палички, отримавши необхідну кількість поживних речовин з їжею, вже 20 хвилин починають синтезувати білки, які впливають на нейрони головного мозку, пов'язані з апетитом і насиченням. Вченим вдалося виділити «сигн��ваються» білки і відтворити їх. Після введення їх в організм мишей, було відмічено стійке придушення апетиту тварин.
Мікробіом і мозок
Те, що мікробіом пов'язаний з нашим харчуванням і з тим, що тягне за собою недо - або переїдання, загалом-то, не дуже й новина. Куди несподіванішим те, що вчені довели зв'язок мікрофлори з мозком. (Зв'язок при цьому, схоже, є ��вусторонней: як мозок може давати команди імунній системі і регулювати тим самим число «пасажирів», так і вони можуть виділяти речовини, що впливають на нервові клітини.)
Читайте також: Чому ми їмо шкідливі продукти
Одне з досліджень в цій області, проведене на мишах і опубліковане в журналі Biological Psychiatry, показало, що зміна мікробіома тварин впливає на рівень їх тревожності, пам'ять і поведінку.
Досліджувані миші брали їжу з багатим вмістом жирів — це призвело до того, що мікробіота їх змінилася, а потім змінилося і поведінку. Коли змінена мікробіота була пересаджена партії мишок, не задіяних в експерименті раніше, ті показали схожу зміна поведінки стали більш нервовими.
Інше дослідження, одне з найбільш відомих на даний момент, було проведено Ірландським національним університетом Корк і Університетом Макмастера. Вчені поміщали мишей у високі цилиндричестакі судини, заповнені водою, і заміряли час, протягом якого гризуни зберігають надію на порятунок — ні торкнутися лапами дна, ні випливти і залишити акваріум вони не зуміють. У середньому миші приходили у відчай через 6 хвилин.
Потім учені кілька тижнів годували групу мишей бактерією Lactobacillus rhamnosus, яку зазвичай використовують для ферментації йогурту. Експеримент показав, що миші, які споживали цю бактерію, не здавалися��ного довше. Крім того, вони були більш розслаблені. Ймовірно, вся справа в тому, що Lactobacillus rhamnosus виділяє величезну кількість гамма-аміномасляної кислоти, яка гальмує проходження інформації по нейронам і тим самим «заспокоює».
Кілька інших наукових груп присвятили пару десятиліть вивчення зв'язку бактерій і аутизму.
Відомо, що три чверті осіб, які мають це розлад, також страждають від проблем з ШКТ: алергій, чутливості до глютену, нетравлення. Щоб розібратися, чи є тут зв'язок, вчені проаналізували мікр��біом хворих аутизмом та здорових людей. З'ясувалося, що мікробіом аутистів бідний на бактерію види Bacteroides fragilis.
З метою більш повного розуміння питання співробітники Каліфорнійського технологічного інституту провели наступний експеримент на тваринах. Лабораторним мишам з ознаками захворювань аутистичного спектру була введена B. fragilis. В результаті мікробіом мишей змінився, як змінилося і їх поведінка: зменшилася тривожність, схильність до повторення однотипних дій, налагодилася комунікація з родичами. Тобто симптоми захворювань шлункевания стерлися.
Чому це відбулося, однак, поки що неясно. Одне із запропонованих вченими пояснень — бактеріальний метаболіт 4-этилфенилсульфат. В крові мишей з аутизмом його концентрація перевищувала нормальну більш ніж в 40 разів, а коли здорові миші отримували ін'єкцію цієї речовини, у них починали проявлятися аутичні риси. Не виключено, що введення в мікробіом нових видів бактерій якось впливає на виділення речовини «старожилами», однак це поки що не доведено.
Мікробіом і рак
ом і рак" border="0" alt="Мікробіом і рак" width="651" height="433" />
Мікроби живуть усередині живих організмів протягом мільйонів років, і їм, як нікому більше, повинно бути вигідно виживання як конкретного індивіда, так і популяції в цілому. Поки живе організм, він годує, напуває і обігріває своїх мешканців, а поки у організму поблизу є друзі і товариші, мешканці можуть з'їхати в іншу «квартирку», не втративши в комфорті. Тому мікроби навчилися впливати на один з ключових механізмів захисту будь-якої тварини — імунітет.
Однією з найбільш складних за��ач, з якою стикається ця система імунної відповіді, є боротьба з пухлинами: підступні новоутворення здатні блокувати захисні клітини (лімфоцити) і переривати їх роботу. Як виявилося, без мікрофлори справи йшли б набагато гірше.
Нещодавно вчені з'ясували, що деякі біфідобактерії здатні стимулювати активність антигенпредставляющих клітин, які привертають увагу B - і Т-лімфоцитів до «агенту», якого треба прибрати. Дослідженню цього питання присвячено близько 10 років, результати його були представлені в журнале Science.
Вчені з Чиказького університету експериментально показали, що споживання лабораторними мишами біфідобактерій у великій кількості поліпшувало їх імунна відповідь на пухлини. У 35 % перевірених тварин активність Т-лімфоцитів була вище, ніж у контрольної групи, що впливало на ріст пухлини (уповільнювало або тимчасово припиняло його).
Інше дослідження, опубліковане в журналі Science, дивиться на проблему з іншої сторони. Фахівці з Інституту Густава Русси після серії робіт з хіміотерапевтичними препаратами вивели, що вплив препарату на мікрофлору пацієнта дуже важливо. Чим більші зміни в мікробіомі викликає ліки, тим менше воно ефективно. Національний інститут раку цю інформацію продублював, представивши власне дослідження зі схожими результатами.
Висновок
Написане вище — лише немногая частина з того, що відомо зараз і над чим працюють вчені всього світу. Найближчим часом нас чекає ще більша кількість відкриттів, експериментів та ідей, що вимагають перевірки.
У планах — розробка технології, що дозволяє деталізувати мікробіом кожної конкретної людини і створення терапії, індивідуально підібраної для пацієнта. Крім того, вже є ідея використовувати мікробіом як засіб ідентифікації особи, не менш точне, ніж відбиток пальця, або, наприклад, скан сітківки ока.
Поки ж всі експерименти проводяться на мишах, які далеко не люди, а значить, намагатися приміряти висновки досліджень на себе — бігти лікувати рак йогуртом або довго стояти на холоді, намагаючись заморозити пару-трійку мільйонів мікробів, щоб втратити вагу, — однозна��але не варто.
Ганна Kirikov
Фото thinkstockphotos.com, фотоколаж Аліни Траут