МИКРОБИОТИЧЕСКАЯ ЭКОСИСТЕМА ВНУТРИ НАС

Микробиота кишечника — это целая «микроэкосистема» внутри нас, состоящая из триллионов метаболически активных микроорганизмов: бактерий, вирусов, грибов и архей, которые участвуют в регуляции важнейших физиологических процессов: поддерживают нормальную работу нервной, иммунной и эндокринной систем, рост и дифференцировку клеток, метаболическую и детоксикационную функции, обеспечивают нормальное протекание молекулярно-генетических процессов.

Кстати, слова «микробиота» и «микробиом» часто используют как синонимы, но они имеют разные значения. Термин «микробиота» используется, если речь идет о микроорганизмах и их видах. А «микробиом» — это геном этих микроорганизмов, то, что содержится внутри них, их функционирование.

Каждый из нас обладает своей уникальной микробиотой, такой же неповторимой, как, например, отпечатки пальцев. Когда мы рождаемся, фекальные и вагинальные микроорганизмы, передающиеся от матери во время вагинальных родов, или микроорганизмы из окружающей среды (в случае кесарева сечения) начинают колонизировать кишечник, формируя микробиоту.

Приблизительно первые 3 года жизни микробиота кишечника формируется, становится разнообразнее и стабилизируется. После достижения взрослого возраста ее состав остается относительно стабильным до наступления старости, когда она снова претерпевает глубокие изменения, но уже в худшую сторону.

Согласно результатам исследований последних лет, микробиом пищеварительного тракта с помощью оси «микробиота–кишечник–мозг» участвует в образовании новых нейронных связей, формировании гематоэнцефалического барьера, созревании глиальных клеток ЦНС, регуляции различных аспектов поведения человека. В ходе научных экспериментов ученые обнаружили тесные взаимосвязи между головным мозгом, энтеральной нервной системой, иммунными и эндокринными клетками кишечника.

Важную роль в регуляции работы головного мозга играют серотонин, дофамин, норадреналин, вазопроесин-ацетилхолин, и другие нейромедиаторы ЦНС, а также их предшественники, продукты метаболизма и химически сходные с ними вещества. Многочисленные научные исследования доказали, что данные микроорганизмы способны продуцировать различные нейротрансмиттеры: дофамин, серотонин, ацетихолин, гамк и т.д..

Бактерии Escherichia coli, Lactobacillus plantarum, Staphylococcus aureus могут синтезировать ацетилхолин и серотонин. Подробнее:

🔘 Escherichia coli У Escherichia coli нет прямого пути для выделения ацетихолина, однако она может синтезировать ацетат и другие ацильные доноры, которые опосредованно участвуют в ацетилировании и продуцировать холин из фосфолипидов, который затем может быть использован хозяином или другими микробами для синтеза ацетихолина. Касаемо выделения серотонина - может выделять небольшие количества серотонина в культуроральной среде(лабораторные условия), имеет ферменты для метаболизма триптофана (триптофаназа, декарбоксилазы) и может направлять триптофан в синтез индолов, что меняет доступность триптофана для серотонинового пути у хозяина.

🔘 Lactobacillus plantarum. Некоторые штаммы Lactobacillus plantarum способны прямо продуцировать ацетилхолин в культуральной среде и транспортировать холин внутрь клетки. Эти же штаммы в экспериментах с участием животных показали снижение стресса через активацию блуждающего нерва (вагуса). Штаммы Lactobacillus plantarum могут повышать уровень серотонина в кишечнике за счёт увеличения биодоступности триптофана и стимуляции энтерохромаффинных клеток кишечника выделять серотонин. При наличии достаточного триптофана в среде может синтезировать 5-HTP.

Бактериальные штаммы Bacillus сereus, Escherichia coli, Lactobacillus casei и Lactobacillus helveticus способны продуцировать аминокислоту L-DOPA (леводопа), которая является предшественником дофамина. L-DOPA образуется из L-тирозина с помощью фермента тирозин-гидроксилазы (TH) или аналогичных бактериальных монооксигеназ. У многих бактерий нет «классической» тирозин-гидроксилазы, как у млекопитающих, но есть тирозиназы, фенолоксидазы и орто-диоксигеназы, которые способны гидроксилировать л-тирозин, образуя леводопу. Тирозиназа помогает бактериям Bacillus сereus и Escherichia coli гидроксилировать л-тирозин (при условно подходящем его количестве) до леводопы, также этот путь активно используется при синтезе меланина. Штаммы Lactobacillus casei и Lactobacillus helveticus (многие из которых используются в сыроделии) обладают медь-зависимой тирозиназой, способной превращать л-тирозин в леводопу.

Существует ряд других кишечных микроорганизмов, которые могут вырабатывать гистамин, который регулирует иммунные реакции и модулирует свойства нейронов и синапсов в головном мозге: 🔘 Бактерии Lactobacillus spp. (увеличивают количество гистамина в напитках - пиве и вине, и в квашеных овощах); 🔘 Lactococcus lactis (основной источник гистамина в сырах длительного созревания); 🔘 Pediococcus parvulus (встречается в ферментированных продуктах: пиво, квас, вино); Streptococcus thermophilus (широко используется в йогуртах и сырах); 🔘 Klebsiella pneumoniae (высокая продукция гистамина в кишечнике и ферментированных продуктах); 🔘 Enterobacter spp. (повышение гистамина в кишечнике, особенно сильно образует гистамин в испорченных продуктах и имеет связь с пищевыми отравлениями).

Наряду с нейромедиаторами, представители кишечной микробиоты способны продуцировать нейроактивные аминокислоты — триптофан, глицин, тирозин, аспарагиновую кислоту и другие важные для поддержания нормальной работы ЦНС вещества.

Эти и другие данные исследований впоследствии были использованы для создания так называемых психобиотиков, а именно, БАД-ов на основе отдельных штаммов лакто- и бифидобактерий точечного воздействия. Такие добавки выпускают уже давно, но лишь недавно в их числе появились так называемые психбиотики. В их составе такие штаммы, как L. rhamnosus (JB-1), L. plantarum PS128, а также некоторыми из тех, о которых упоминалось выше. Оба штамма — это живой пример того, что пробиотики могут работать не только «для пищеварения», но и напрямую через ось кишечник–мозг. JB-1 больше про ГАМК (снижение тревожности), PS128 больше про дофамин/серотонин (настроение/вовлеченность/отдача от результатов, мотивированность и т.д.). Что интересно, у детей с расстройствами аутистического спектра приём PS128 в течение 8 недель улучшал социальное взаимодействие и снижал гиперактивность. Подробнее в таблице ⬇️

Влияние микробиоты на пищевое поведение.

Экспериментально установлено, что активность некоторых желудочно-кишечных гормонов, отвечающих за пищевое поведение, также находится под влиянием микробиоты. В частности, секреция грелина — гормона, стимулирующего аппетит, активируется бактериями Bacteroides, Coriobacteriaceae, Veillonellaceae, Prevotella, Bifidobacterium, Lactobacillus, но подавляется некоторыми штаммами Streptococcus, Escherichia, Shigella. Бактерии Fusobacterium, Veillonella, Leptotrichia, Haemophilus и Campylobacter могут оказывать непосредственное влияние на экспрессию гена гастрина в клетках желудочно-кишечного тракта, который способствует усилению секреции хлористоводородной кислоты в желудке и поддерживает нормальную моторику желудочно-кишечного тракта. Гастрин — гормон, вырабатываемый G-клетками желудка и двенадцатиперстной кишки. Основная функция — стимулировать секрецию желудочного сока, особенно соляной кислоты, и рост слизистой желудка.

🔘 Fusobacterium обитает преимущественно в полости рта и кишечнике, ассоциирован с воспалительными процессами. Может вызывать локальное воспаление и активацию иммунных клеток, которые через цитокины (например, IL-1β, TNF-α) влияют на клетки слизистой желудка. Воспаление и цитокины способны стимулировать либо подавлять экспрессию гастрина. 🔘 Veillonella - это аэробная бактерия, метаболизирующая молочную кислоту в слабощелочные продукты (например, пропионат). Метаболиты Veillonella могут менять локальный pH и среду, что влияет на активность G-клеток. Продукты метаболизма могут модулировать сигнальные пути, связанные с экспрессией гастрина. 🔘 Leptotrichia обитает во рту и дыхательных путях, но иногда встречается в ЖКТ. Может участвовать в воспалительных процессах и продуцировать метаболиты, влияющие на эпителиальные клетки. Влияние на гастрин опосредовано через активацию воспалительных каскадов и/или через изменение микросреды. 🔘 Haemophilus в включает виды, колонизирующие дыхательные пути и рот, иногда желудок. Некоторые штаммы способны продуцировать факторов, стимулирующих воспаление. Как и Fusobacterium, через воспаление и выработку цитокинов может косвенно влиять на экспрессию гастрина. 🔘 Campylobacter, особенно Campylobacter jejuni — патоген, вызывающий гастроэнтерит. Инфекция Campylobacter вызывает повреждение слизистой, воспаление, что резко изменяет местный иммунный ответ и регуляцию гормонов, включая гастрин.

Ряд ученых считают, что вкусовые и диетические предпочтения человека также зависят от питательных потребностей его микробиоты. В стенках кишечника расположены рецепторы, которые схожи со вкусовыми рецепторами языка. Они обладают способностью распознавать различные молекулы и могут определять, какие питательные вещества находятся в кишечнике. Поскольку бактерии являются основными обитателями ЖКТ, продукты их жизнедеятельности также воспринимаются кишечными рецепторами. Эта информация передается в мозг, где в определенном отделе формируются вкус и аппетит.

Установлено, что различные сообщества бактерий потребляют разные продукты: одни предпочитают простые углеводы, другие питаются клетчаткой, третьи — белковой и жирной пищей. Поэтому постоянно употребляя одни и те же продукты, мы способствуем увеличению численности определенных видов бактерий. Например, употребление изо дня в день мучного и сладкого приводит к размножению бактерий, питающихся простыми углеводами. В результате в кишечнике становится слишком много микроорганизмов, которым для поддержания жизнедеятельности необходимы простые углеводы, и человека начинает тянуть на сладкое.

Роль микробиоты в поддержании психического здоровья.

Показано, что одни микроорганизмы кишечника могут способствовать активации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, одной из важнейших систем, в которой и происходит "рождение" основных нейромедиаторов, регулирующих психофизические паттерны организма. Так, условно-патогенные бактерии Campylobacter jejuni или Citrobacter rodentium могут усиливать беспокойство и тревожность, а некоторые штаммы B. longum, B. infantis, L. Helveticus и L. Rhamnosus, наоборот, могут проявлять анксиолитические свойства и способствовать снижению тревоги.

Здоровый микробиом кишечника способен противодействовать стрессовым факторам. Проблемы начинаются, когда стресс сопровождается снижением популяции пробиотических бактерий в микробиоме, например, при неправильном питании или приеме антибиотиков. В этом случае дисбактериоз может приводить к гиперактивации гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и усилению негативного влияния стресса на организм.

Важно отметить, что связь кишечной микробиоты и ЦНС носит двунаправленный характер. С одной стороны, микрофлора кишечника воздействует на различные функции нервной системы (активность мозговых иммунных клеток, проницаемость гематоэнцефалического барьера, созревание нейронов, синтез и выделение нейротрансмиттеров). С другой стороны, органы центральной и периферической нервной системы оказывают значимое влияние на кишечную микробиоту, изменяя ее состав.

Поддержание баланса микробиоты кишечника

Состав микробиоты желудочно-кишечного тракта зависит от множества факторов. Доказано, что на него влияют пол, возраст, пищевые привычки, уровень стресса, прием некоторых препаратов. Например, употребление в пищу продуктов с высоким содержанием клетчатки может способствовать увеличению в составе микробиоты бактерий видов Roseburia, Blautia, Eubacterium rectale, Faecalibacterium prausnitzii, которые ферментируют растительные волокна с образованием бутирата. Регулярное употребление жирной пищи может приводить к размножению бактерий, которые метаболизируют желчные кислоты. Белковая диета (с высоким содержанием белка и сравнительно низким количеством углеводов) может способствовать увеличению численности протеолитических бактерий рода Bacteroides spp. Вот почему: 🔻 Bacteroides spp. обладают способностью эффективно расщеплять белки и аминокислоты в толстом кишечнике, используя ферменты протеазы и пептидазы. 🔻 При избытке белка в рационе количество доступного для микробов белка и продуктов его распада (пептидов, аминокислот) возрастает, что создаёт питательную среду, благоприятную для протеолитиков. 🔻Снижение углеводов снижает конкуренцию со стороны углеводных (ферментирующих клетчатку) бактерий, таких как Firmicutes (например, рода Lactobacillus, Faecalibacterium), и позволяет Bacteroides занять больше пространства и ресурсов.

Наиболее негативное влияние на микрофлору оказывают антибактериальные препараты, которые вместе с патогенами уничтожают и полезные кишечные бактерии. Данные ряда исследований показывают, что развитие таких патологий, как бронхиальная астма и эндогенная экзема может быть связано с применением антибиотиков в детстве и изменениями вследствие этого кишечного микробиома. Новые эпидемиологические исследования также подтвердили предположение ученых, что прием антибактериальных препаратов в раннем детстве может способствовать повышению риска развития ожирения в будущем.

Основные способы поддержания здоровой микробиоты:

🔘 Диета: разнообразие и качество нашей пищи способствуют поддержанию баланса микробиоты кишечника. С другой стороны, несбалансированная диета может негативно повлиять на состав содержимого кишечника и привести к развитию некоторых заболеваний. Важно знать, какая пища оказывает благотворное или негативное влияние, чтобы поддерживать кишечник в оптимальной форме.

🔘 Пробиотики: это «живые микроорганизмы, которые при употреблении в достаточном количестве приносят пользу здоровью человека».

🔘 Пребиотики: это особые полезные для здоровья неперевариваемые пищевые волокна, которые избирательно используются полезными микроорганизмами в составе нашей микробиоты. Некоторые продукты особенно богаты пребиотиками, поэтому важно следить за их наличием в рационе. В некоторых продуктах пребиотики добавляют к пробиотикам — они называются симбиотиками.

🔘Трансплантация: как и «обычные» органы, микробиоту кишечника можно «пересадить» другому человеку с целью восстановить ее нарушенное равновесие. Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) — это терапевтическая процедура, одобренная только для лечения рецидивирующей инфекции, вызванной Clostridioides difficile. Она все еще находится на стадии активного изучения применительно к другим заболеваниям, таким как болезнь Крона, язвенный колит, синдром раздраженного кишечника или метаболические заболевания.