Статьи
Статья

Антибиотики перестают помогать, но есть дурнопахнущая альтернатива

Микробы внутри нас весят 3 кг и выполняют функции отдельного органа. Микробиом влияет буквально на все: здоровье, отношение к детям и половому партнеру, эмоции и поведение. Да он просто управляет нами, как хочет! И в нем же, как выяснилось совсем недавно, заключается возможность нашего спасения в эпоху, когда антибиотики перестают помогать: для этого потребуется крайне неэстетичная процедура.

Неизвестные микробы — 95% микробиома

С микробами-друзьями человечество познакомил русский ученый Илья Мечников в начале XX века. Он заметил, что болгарское кислое молоко благотворно действует на организм: поднимает иммунитет и задерживает старение, а потому пил его сам и всем советовал.

Первые исследования бактерий кишечника человека начались еще раньше — более 300 лет назад в работах Антони ван Левенгука. Микробиологам быстро стало понятно, что человеческий организм не стерилен, а кишмя кишит бактериями: они живут в кишечнике, на коже, в ротовой, носовой полости и даже в легких, а у женщин — во влагалище и плаценте. В XX веке считалось, что «микрофлору» легко восстановить кисломолочными продуктами и нормальным питанием. В 1940-е годы стартовала эпоха антибиотиков, которые стали одновременно друзьями и врагами человека: вместе с патогенными микробами они убивают здоровую человеческую микрофлору.

40 лет назад была открыта вредоносная бактерия Helicobacter pylori. Австралийский ученый Робин Уоррен догадался, что это и есть основной виновник гастрита, язвы и рака желудка. В 1984 году его соотечественник, врач Барри Маршалл специально выпил культуру с хеликобактером из чашки Петри и спровоцировал у себя инфекционный гастрит, а затем излечился противомикробными препаратами. За свою работу Уоррен и Маршалл удостоились Нобелевской премии по медицине в 2005 году.

К 1990-м годам микробиологам казалось, что они знают о человеческих микробах все. Ведь содержимое здорового человеческого кишечника неоднократно высевали на питательный субстрат и точно знали, что там вырастает и как на микробы влияют антибиотики. Гром среди ясного неба грянул благодаря появлению нового метода прямого исследования генетического кода бактерий — так называемого секвенирования генома. Англичанин Фредерик Сэнгер нашел способ сразу, без высеваний в чашку Петри, выяснять, гены каких бактерий содержатся в той или иной культуре. И к концу II тысячелетия вдруг выяснилось, что с бактериями, которые живут в наших организмах, человечество почти не знакомо!

Микробиологи схватились за головы: то, что они выращивали в лаборатории на протяжении ста лет, составляет не более 5% микроорганизмов, живущих внутри человека. А что же там еще? Археи, грибы, вирусы, бактерии — целый дивный мир, получивший название «микробиом». Этот термин придумал в 2000 году американский генетик и биохимик Джошуа Ледерберг, получивший Нобелевскую премию за исследования по генетике микроорганизмов.

Зачастую слова «микробиом» и «микробиота» используют как синонимы. Но на самом деле микробиом — это совокупность генов микроорганизмов в организме человека, а микробиота — вся экосистема микробов с набором генетических признаков и сложными взаимоотношениями внутри нее.

В каких болезнях виновата микробиота?

К началу III тысячелетия ученым стало ясно, что нужно в срочном порядке изучать микробиом человека. Это стало возможным только в 2000-х годах благодаря появлению высокопроизводительных приборов для секвенирования. Выяснилось, что только в желудочно-кишечном тракте у нас живет около 2,5–3 кг микробов (для сравнения: мозг весит 1,5 кг). Были запущены крупнейшие проекты по изучению этого нового неизвестно «органа»: в США — «Микробиом человека», в Европе — МetaHIT. Амбициозность этих исследований можно оценить по цифрам: общая стоимость американского проекта, в котором задействованы более 200 ученых из 80 институтов, составила $173 млн.

По результатам генетического анализа биоматериала было установлено, что в человеческом организме обитает свыше 140 000 видов различных микробов. Если ранее в проекте «Геном человека» было найдено 22 000 генов, кодирующих белки для регуляции метаболизма, то изучение микробиома добавило еще 8 млн уникальных бактериальных генов, о которых мы до этого не имели ни малейшего понятия.

Выяснилось, что у нового «органа» масса полезных функций: наши внутренние микробы играют важную роль в поддержании иммунитета, обмена веществ, пищеварения и даже влияют на настроение. Свежие исследования показывают, что матери с «плохой» микробиотой хуже заботятся о своих детях (доказано в экспериментах на мышах), а дети из сиротских домов имеют отклонения в микрофлоре по сравнению с «домашними». Нарушения в сложном микробном сообществе связаны с целым рядом заболеваний: депрессией, аутизмом, шизофренией, болезнями Паркинсона и Альцгеймера и даже ожирением.

Теперь тучные люди в свое оправдание могут смело ссылаться на сверхпродуктивные микробы кишечника. В рамках исследований было показано, что калорийность фекалий пациентов с ожирением очень низкая. Это означает, что, в отличие от людей с нормальным весом, у них происходит наиболее полная переработка пищи в толстом кишечнике. Микробное сообщество работает настолько эффективно, что они способны извлечь максимум энергии из какой-нибудь морковки или сельдерея. В давние времена это было эволюционным преимуществом человека, а сегодня при избыточном питании стало проблемой.

Еще одно интересное исследование доказало, что микробиому кишечника может навредить экология. Из-за плохого воздуха ухудшается состав микрофлоры и повышаются риски развития множества опасных состояний: того же ожирения, сахарного диабета, желудочно-кишечных расстройств и других хронических заболеваний. Специалистам Колорадского университета в Боулдере удалось обнаружить прямую связь между загрязненным воздухом и увеличением в кишечнике бактерий Bacteroides caecimuris, связанных с ожирением.

От диагностики до пересадки

В данный момент ученые занимаются поиском паттернов в микробиоме людей разных групп и возрастов, страдающих от болезней и совершенно здоровых. Собранная база данных поможет в успешной профилактике, диагностике и лечении, которое в будущем будет проводиться исходя из анализов микробиома человека. На днях вышло исследование, охватившее 9000 человек в возрасте от 18 до 101 года. Специалисты из Института системной биологии убедились, что микробиомы кишечника становятся все более уникальными по мере старения человека: начиная с 40–50 лет снижается обилие основных родов бактерий. Ученые утверждают, что на основе собранных данных они могут сообщить о здоровом и нездоровом старении и даже предсказать по микробиому, наступит ли смерть человека в ближайшие десять лет.

Ученые из Клиники Майо пошли еще дальше: они разработали индекс здоровья кишечного микробиома, состоящий из биологически интерпретируемой математической формулы. Благодаря этому они могут по калу человека определить вероятность развития у него заболевания, даже если оно еще не диагностировано. В основе расчета лежит база данных о 4347 образцах стула здоровых и больных людей.

Ежегодно выходят десятки новых исследований о микробиоме, и каждое из них добавляет новые штрихи к «портрету». Например, недавно стало известно, что разнообразие и объем бактерий в кишечнике влияет на тяжесть течения COVID-19. Также стало ясно, что спорт и физическая активность способны менять состав бактерий к лучшему, а бокал красного вина в день обеспечит вам более разнообразный микробиом кишечника, чем белое вино, пиво или сидр. Пересадка кала от донора может помочь в лечении рака кожи. И вообще, фекальная трансплантация — очень перспективное направление: она может быть эффективна при воспалении кишечника, болезни Альцгеймера, в противоопухолевой терапии. В наши дни так лечат нарушения обмена веществ, ослабление иммунитета и даже шизофрению.

«В последнее время появилась чудесная идея: если микробиом так сильно влияет на жизнь, то можно осуществлять пересадку микробиома от одного человека к другому, — рассказал каналу "Наука" доктор биологических наук, заместитель директора Института проблем передачи информации РАН Михаил Гельфанд. — Есть техника — фекальная трансплантация, которой сейчас очень серьезно занимаются, и есть болезни, которые только так и лечатся. Например, патогенная бактерия Clostridium difficile, которая в принципе живет у всех, сильно размножается у людей, которые долго принимали антибиотики и имеют ослабленный иммунитет. Она вызывает очень тяжелое поражение кишечника и тысячи смертей в год. Она практически не лечится антибиотиками, но чудесно лечится пересадкой какашек. В специальной капсуле или через зонд заселяют кишечник вот таким здоровым образцом. Сейчас ученые пытаются понять, какие именно члены сообщества микробов для этого нужны, чтобы сделать эту процедуру более эстетически привлекательной».

А вы знали, что микробиом может влиять даже на наше поведение в выборе полового партнера? Согласно этой гипотезе, не мужчина выбирает женщину, а его микробы проводят химический анализ ее микробиома и стремятся вступить в полезный симбиоз, выделяя соответствующий нейромедиатор — биологически активное химическое вещество, заставляющее нас действовать. Между людьми возникает страстная любовь, а бактерии достигают своей цели: улучшают себе среду обитания.

«Научные сенсации. Бактерии правят миром»

Начало и конец прекрасной эпохи антибиотиков

Игры нашего разума. Забыть нельзя вспомнить

«Идея "натуральной" еды — одна из самых вредных ошибок»

Читайте также
Ученые выделили новые хронотипы, кроме «жаворонков» и «сов»
Ученые выделили новые хронотипы, кроме «жаворонков» и «сов»
Среди прочих в списке есть, например, дневной сонный тип.
Выяснилось, какие области мозга отвечают за терпение
Выяснилось, какие области мозга отвечают за терпение
Еще для терпения необходим гормон серотонин.
Снижение нормальной температуры тела отмечено у людей из разных частей света
Снижение нормальной температуры тела отмечено у людей из разных частей света
Любопытно, что это не зависит от образа жизни: процесс одинаков и для топ-менеджеров, и для бушменов.