Меняют настроение и берегут от аллергии. Как крошечные микробы «руководят» организмом человека от рождения до смерти?

Человеческий организм содержит около триллиона микробов. Эти крошечные симбионты не просто сосуществуют с людьми, а от самого рождения влияют на наше поведение, внешний вид, самочувствие и способность противостоять угрозам.

Каждый человек имеет свой индивидуальный микс микробов - микробиом. Он является настолько особенным, что два человека могут не иметь в нем никаких общих микробных организмов.

О влиянии микробов на людей на разных этапах их жизни: от рождения до смерти рассказали в официальном издании Национального географического общества США National Geographic.

Почему микробы нужны младенцам

В утробе матери плод почти не сталкивается с микробами. Впервые он встречает их в большом количестве во время прохождения родовых путей, а во время вагинальных родов покрывается микробами, живущими во влагалище, а также подвергается воздействию бактерий кишечника матери.

Эти "материнские" микробы сразу начинают колонизировать кишечник новорожденного, вступая в своеобразную беседу с иммунными клетками, которые развиваются. Таким образом, микробиом готовит иммунную систему к здоровому функционированию в дальнейшей жизни.

В свою очередь, когда ребенок рождается путем кесарева сечения, он не проходит этого пути и "знакомится" с совсем другими микробами, которые получает из грудного молока, рук медсестры и даже больничной постельного белья.

Это может иметь серьезные последствия. В 2018 году ученый Пол Вилмс из Люксембургского университета опубликовал исследование, в котором сравнил микробы в кале 13 детей, рожденных вагинально, и 18, рожденных с помощью кесарева сечения, а также взял мазки из влагалища у матерей. Выяснилось, что младенцы, рожденные при помощи сечения, имели значительно меньше бактерий, вырабатывают липополисахариды, важные для развития иммунной системы.

Такие заниженные показатели фиксировались в течение минимум пяти дней после рождения, впоследствии "выровнялись". Однако, по мнению Вилмса, это все равно может иметь долговременные последствия для иммунитета. Ведь именно в первые дни иммунные клетки соответственно реагируют на посторонние агенты. Ученый считает, что из-за этого дети, рожденные с помощью кесарева сечения, более склонные к появлению проблем с иммунной системой, включая аллергию, воспалительные заболеваниям и ожирение.

Как микробы связаны с аллергическими реакциями

В распространенности аллергии обвиняют многие факторы. Среди них не только роды с помощью кесарева сечения, но и все большее использование антибиотиков, которые могут уничтожить защитные бактерии.

Однако в прошлом году Кэтрин Наглер и ее коллеги из Чикагского университета решили проверить, связан ли рост детской пищевой аллергии с микробами в их кишечнике. Ученые опубликовали исследование, в котором изучали восемь шестимесячных детей, половина из которых имела аллергию на коровье молоко, половина - нет.

Микробиомы двух групп были довольно разными, но налицо была одна закономерность. Здоровые дети имели бактерии, типичные для их возраста. Вместо этого, дети с аллергией имели микроорганизмы, более свойственные для взрослых. У младенцев, которые страдают на аллергию, переход от детского микробиома к микробиома взрослых происходил с нетипичной скоростью.

Чтобы лучше исследовать феномен, Гаглер с коллегами приняли фекальные образцы детей и переселили имеющиеся там бактерии до мышей, рожденных с помощью кесарева сечения и выращенных в стерильных условиях.

Выяснилось, что когда мышь получала трансплантат от здорового ребенка, то приобретала защитные бактерии, что предотвращали аллергическую реакцию на коровье молоко. А трансплантаты детей, страдающих на аллергию, способствовали появлению аллергической реакции.

Дальнейший анализ показал, что за защиту от аллергии отвечал уникальный для человеческих младенцев вид бактерии - Anaerostipes caccae, с класса Clostridia. Он также предотвращает аллергию на арахис.

"Плохие" микробы и акне

Микробиом может быть связан и со склонностью детей к высыпаниям. Так, многие подростки имеют кожу, среда которой благоприятна к двум типам Cutibacterium acnes – бактерии, связанной с акне. Большинство ее штаммов являются безвредными или даже полезными – более того, она является неотъемлемой составляющей нормального микробиома лица и шеи.

Однако наличие плохого типа штамма может быть проблемой. Он является одним из ключевых элементов, нужных для появления акне. Другими является кожное сало, (которое вырабатывается сальными железами, чтобы поддерживать кожу влажной), забитые волосяные фолликулы и воспалительная реакция.

Исследования Медицинской школы университета Вашингтона в Сент-Луисе установило, что единственный эффективный метод лечения акне, что приводит к длительной ремиссии – использование изотретиноина.

Он частично меняет кожный микробиом, уменьшает количество в нем бактерий C. Acnes и увеличивает разнообразие кожного микробмому в целом. В более разнообразной среде плохие штаммы C. acnes приспосабливаются труднее.

Усиление спортивных способностей?

Влияют микробы и на более прозаичные вещи вроде спортивных способностей. Это установили 2015 года ученые из Гарвардского университета. В течение двух недель они собирали фекальные образцы бегунов Бостонского марафона – одну неделю до соревнования, а другой – после него. Затем их сравнили с анализами контрольной группы – 10 человек, что не занимались бегом.

Выяснилось, что после марафона бегуны имели значительно выше содержание бактерии Veillonella atypica в своих образцах, чем люди, для которых этот вид спорта был несвойственным. "Это было своего рода открытием из-за уникального метаболизма бактерии Veillonella, которая использует лактат вместо источника энергии. Это заставило нас задуматься над тем, не метаболизирует ли Veillonella лактат, вырабатываемый мышцами у спортсменов. И если так – может ли инъекция Veillonella заставить людей, не являющихся атлетами, проявлять лучшие спортивные результаты?", - отметил Александр Костик из Центра диабета "Джослин" и Гарвардской медицинской школы.

Ученые решили проверить свою гипотезу на лабораторных мышах. Они изъяли бактерию Veillonella из фекальных образцов одного с бегунов и ввели бактерию 16 мышам с нормальным микробиомом. Затем ученые поставили мышей на маленькие беговые дорожки и заставили их бегать до полного изнеможения. То же самое сделали и с контрольной группой из 16 мышей, которым ввели бактерию, что не участвует в метаболизме лактата.

Выяснилось, что первая группа могла бегать на 13% дольше, чем контрольная – а следовательно, микробиом играет ключевую роль в том, насколько хорошо организм выполняет физические нагрузки. Исследования 2016 года установило, что микробиом влияет и на ментальное состояние.

В течение него австралийские ученые сделали мышам фекальные трансплантации от людей, которые были в депрессии, и людей, что находились в нормальном психическом состоянии. Мыши, которые получили "инъекцию" депрессии вели себя совсем иначе.

Секрет молодости

Примечательно, что полностью микробиом формируется еще до того, как человеку исполняется четыре года. И лишь радикальные изменения – например, изменение диеты, режима спортивных нагрузок, переезд в другое место, употребление антибиотиков – могут его изменить. В течение жизни он меняется по довольно предсказуемой схеме, поэтому только на основе микробиома ученые уже способны рассчитать возраст человека.

Этот метод называется "микробиомовые часы старения" и работает с помощью искусственного интеллекта. Впервые его применил стартап из Гонконга Insilico Medicine, который собрал открытые данные микробиомов 1165 людей в Европе, Азии и Северной Америке.

Примерно одна треть образцов принадлежала людям, которым было около 20-30 лет, другая треть – лицам 40-50-летнего возраста. Остальные - представителям старшего поколения (60-90 лет). Эти образцы ученые использовали в машинном обучении, а затем применяли искусственный интеллект, чтобы установить возраст владельцев других 10% микробиомов.

"Микробиомные часы старения" сработали довольно точно – погрешность от реального возраста была не больше, чем четыре года. Однако что именно это говорит о физические изменения, которые происходят в организме человека в течение жизни (а именно, ослабление иммунитета, систематические воспаления и слабость)?

Ответ на этот вопрос пытались найти исследователи из английского Института Бабрагама в Кембридже. Они размышляли над тем, будет ли трансплантация бактерий с фекальных образцов от молодых мышей старшим представителям иметь восстановительный эффект.

Перед трансплантацией у старых мышей наблюдалось существенное снижение иммунной реакции клеточных масс, выстилающих тонкий кишечник, известных как пластыри Пейєра. Однако после трансплантации они вернулись в более здоровое состояние. А значит - пересадка микробиому может быть секретом здоровой старости.Эволюция, несомненно, наложила свой отпечаток на то, как выглядит и как функционирует человеческое тело. И он не всегда приятный. Есть вещи, которые были полезны когда-то давно, а сейчас лишь досаждают и приносят дискомфорт. Другие же непросто неприятные, а смертоносные.