Роль микробиоты кишечника в поддержании здоровья

Микробиота человека представляет собой совокупность микроорганизмов, обитающих в различных частях тела, и играет ключевую роль в поддержании здоровья. Учитывая её значимость в регуляции физиологических процессов, микробиота часто рассматривается как неотъемлемая часть генетического материала человека. Термин «микробиом» обозначает полный генетический состав микробов, населяющих определенную среду организма.

Микробиота желудочно-кишечного тракта

Микробиота желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) представляет собой сложную микробную экосистему, где количество и разнообразие микроорганизмов существенно различаются в разных отделах кишечника. В тонком и толстом кишечнике обитают как постоянные комменсальные бактерии, так и временные попавшие туда виды, которые взаимодействуют в условиях симбиоза и баланса.

Толстый кишечник человека служит домом для примерно 10 бактериальных клеток, что значительно превышает общее количество собственных клеток организма. Здесь формируется динамическая экосистема, жизненно важная для функционирования кишечника. Эта микрофлора, известная как «кишечная микробиота», включает в себя преимущественно четыре крупных группы микроорганизмов: Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria и Actinobacteria. Состав микробиоты зависит от множества факторов, включая физиологические процессы, культурные привычки и условия окружающей среды.

Роль микробиоты в организме

Современные исследования подчеркивают важность микробиоты ЖКТ, основываясь на её большой биомассе (1,5-2 кг) и количестве генов, значительно превышающем человеческий геном. Микробиота выполняет множество функций:

1. Пищеварение и метаболизм: Кишечные бактерии расщепляют неперевариваемые волокна растительного происхождения, способствуя образованию короткоцепочечных жирных кислот (КЖК) — бутирата, ацетата и пропионата. Эти КЖК являются основными источниками энергии для клеток кишечной стенки.

2. Иммунная функция: Микробиота защищает кишечник от колонизации патогенными микроорганизмами, участвует в развитии иммунной системы и её модуляции на протяжении всей жизни.

3. Метаболизм желчных кислот и липидов: Микроорганизмы преобразуют желчные кислоты, способствуя формированию мицелл, необходимых для переваривания жиров. Некоторые виды, такие как Bacteroides thetaiotaomicron, участвуют в гидролизе липидов и регуляции липопротеинлипазы в адипоцитах.

4. Синтез витаминов и антибактериальных соединений: Кишечные бактерии синтезируют витамины группы B, C, K, фолиевую и никотиновую кислоту, а также антибактериальные вещества — бактериоцины, что способствует защите организма от патогенов.

Микробиота ЖКТ обладает высоким метаболическим потенциалом благодаря разнообразию микроорганизмов, способных к гидролизу белков и синтезу аминокислот. Многие бактерии, такие как Prevotella ruminicola и Butyrivibrio fibrisolvens, имеют в своих геномах множество ферментов, участвующих в расщеплении дипептидов и аминокислот. Это позволяет эффективно утилизировать и синтезировать необходимые вещества для организма.

Влияние факторов на состав микробиоты

Состав и функциональность микробиоты кишечника зависят от множества факторов, включая диету, образ жизни, возраст, стресс и антибиотикотерапию. Питательные среды, богатые различными углеводами и аминокислотами, а также условия окружающей среды, такие как температура и pH, играют важную роль в поддержании здоровой микробиоты.

Микробиота и нервная система

Исследования показали, что микробиота кишечника тесно связана с функционированием нервной системы. Кишечные микроорганизмы не только поддерживают общение с центральной нервной системой (ЦНС), но и синтезируют важные нейромедиаторы, такие как ацетилхолин, серотонин и дофамин. Эти молекулы, являющиеся основными медиаторами передачи сигналов в ЦНС, воздействуют на мозг через активацию иммунных механизмов. Блуждающий нерв играет важную роль в двустороннем обмене сигналами между кишечником и мозгом, помогая поддерживать баланс в этих системах.

Современные исследования показали влияние микробиоты на микроглию — клетки, защищающие мозг от патологий с помощью иммунного ответа и фагоцитоза. Микроглия участвует в формировании нейронных цепей, необходимых для развития мозга. Дисбиоз, вызванный, например, приёмом антибиотиков, подавляет развитие микроглии, что нарушает её иммунные функции.

Астроциты, являясь наиболее многочисленными клетками в ЦНС, отвечают за сохранение её целостности, регулируя кровоток и поддерживая гематоэнцефалический барьер. Дисбаланс в микробиоме может привести к чрезмерной активации астроцитов, что способствует развитию нейродегенеративных заболеваний.

Влияние на заболевания ЦНС

Дисбаланс микробиоты кишечника способен вызвать аномальные иммунные реакции, нарушая общий гомеостаз организма и способствуя развитию неврологических заболеваний. Например, в патогенезе рассеянного склероза отмечена роль микробиоты: считается, что она способствует демиелинизации нервных волокон. При болезни Паркинсона, выражающейся в нарушении моторики и треморе, дисбаланс микробного состава кишечника влияет на тяжесть симптомов, включая постуральные нарушения. Снижение числа бактерий Lachnospiraceae коррелирует с ухудшением как моторных, так и немоторных функций.

В случае болезни Альцгеймера, отличающейся нарушениями когнитивных функций, микробиота также влияет на прогрессирование патологии. Нарушения в её составе стимулируют микроглию к выработке амилоида, что способствует накоплению бета-амилоида и тау-белка в мозге, нарушая синаптические связи.

Методы диагностики микробиоты кишечника

Для анализа микробиоты кишечника применяются различные питательные среды, которые позволяют выявить и количественно оценить разнообразные бактерии, присутствующие в кишечнике. Вот основные среды, используемые в таких исследованиях:

1. Агар МакКонки
   Используется для выделения и подсчета грамотрицательных бактерий, таких как Escherichia coli и другие представители семейства Enterobacteriaceae. Среда содержит лактозу и индикатор, меняющий цвет при ферментации лактозы, что помогает отличить лактозоположительные и лактозоотрицательные микроорганизмы.

2. Селективная среда для бифидобактерий и лактобактерий (например, MRS-агар)
   Среда, специфичная для роста Lactobacillus и Bifidobacterium, которые важны для поддержания здоровья кишечника. Среда MRS, например, обогащена питательными веществами, подходящими для лактобацилл, и обеспечивает их селективный рост.

3. Хромогенные среды
   Эти среды содержат специальные хромогенные субстраты, которые меняют цвет при ферментативной активности определенных бактерий. Они позволяют визуально идентифицировать разные группы бактерий, такие как Enterococcus и Clostridium difficile.

4. Среда Сабуро
   Применяется для выявления грибков и дрожжевых микроорганизмов, которые также могут присутствовать в микробиоте кишечника. Обогащенная углеводами и поддерживающая низкий pH, среда Сабуро способствует росту грибов, ингибируя при этом большинство бактерий.

5. Среда для клостридий (например, анаэробный агар)
   Питательные среды для клостридий, таких как Clostridium perfringens, требуют условий для анаэробного роста. Эти среды используют для выделения бактерий, образующих споры и встречающихся в анаэробной части кишечника.

6. Среда с кровяным агаром и добавками
   Используется для выделения широкого спектра анаэробных бактерий, встречающихся в кишечной микробиоте. Наличие крови и других добавок обеспечивает бактериям необходимые факторы для роста и помогает визуально оценить гемолитические свойства.

7. Среда для выявления дрожжей и грибов (например, хромагар Candida)
   Специфическая среда для идентификации представителей рода Candida, которые могут быть частью нормальной микрофлоры, но в определенных условиях способны вызывать инфекции. Хромагар позволяет различать разные виды Candida по цвету колоний.

Использование нескольких селективных и дифференциальных сред помогает получить полную картину кишечной микробиоты, выделяя как основные виды бактерий, так и возможные патогенные микроорганизмы