"Нашите микроби променят концепцията за себе си"

  • Игнасио Лопес-Гони
  • Катедра по микробиология и паразитология, Университет на Навара, Памплона (Навара)

От векове знаем, че животните, включително хората, са носители на много различни микроорганизми, които до съвсем скоро бяха третирани с голямо безразличие. Въпреки това, през последните години, благодарение на новите масивни техники за секвениране, които ни позволяват да изследваме микробни общности, без да е необходимо да ги култивираме, ние започнахме да знаем, че зависим от нашите микроби за нормално развитие и поддържане на здравето. Микробиотата е съвкупността от микроорганизми (бактерии, археи, вируси, гъби и протести), които се намират в нашето тяло. Понякога се бърка с термина микробиом, който е много по-широк и се отнася до съвкупността от тези микробни общности, включително техните гени и метаболити, както и условията на околната среда, които ги заобикалят. Тези микробни екосистеми се намират в стомашно-чревния, пикочо-половия и дихателния тракт, устната и назофарингеалната кухина и кожата.

От години идеята, че имаме десет пъти повече бактерии в тялото си, отколкото човешките клетки, стана популярна, че 90% от нашите клетки са бактерии. Според последните изчисления обаче приблизително половината от клетките в нашето тяло са микроби: 3,8 х 10 13 бактерии и 3 х 10 13 човешки клетки, по една бактерия за всяка човешка клетка. Това може да изглежда малко, но имаме същото количество бактерии като човешките клетки: ние сме наполовина хора, наполовина бактерии. Следователно човешкото същество не е независима единица, а се състои от динамична и интерактивна общност от човешки и микробни клетки.

НАШАТА МИКРОБИОТА ЕВОЛВИРА ПО ЕЗЕРОТО НА ЖИВОТА

Проектът за човешки микробиом стартира преди десет години. Тогава броят на научните статии по темата беше малко повече от сто, днес всяка година се публикуват хиляди статии. Знаем, че разнообразието на микробите в нашето тяло е огромно, че съставът е различен при всеки човек и че има много фактори, които влияят върху тяхното развитие през целия живот. Смята се, че в нашето здраво тяло има повече от 10 000 различни бактериални вида, от които по-малко от 1% могат да бъдат потенциални патогени. Като цяло, нашите микробни общности се състоят от някои бактериални видове (много малко), които са много изобилни и чести, заедно с много различни, но малък брой представени бактерии. Когато се сравнява микробиотата в различни области на тялото, се наблюдава, че бактериите във всяка част са много различни. Най-голямо микробно разнообразие има в чревния тракт и в устата, кожата има средно разнообразие и там, където има по-малко различни видове бактерии, е във влагалището.

Микробиотата се променя с възрастта. От момента на раждането започваме да събираме собствените си микроби. Съставът на нашата микробиота ще зависи от много фактори, от това как сме се родили, от диетата, която сме имали, когато сме били бебета, от употребата на антибиотици, когато сме били млади, от средата, в която сме израснали и дори от тези, които живеели с нас или нататък, ако имахме домашни любимци. Наследяваме първия контакт с микроби от собствената ни майка. Повече от век приемаме като догма, че бебетата се раждат стерилни и придобиват микробите си вертикално (директно от майката, когато преминават през родовия канал) и хоризонтално (от други хора и от околната среда след раждането). Въпреки това, скорошни проучвания, използващи молекулярни техники, предполагат, че бактериални съобщества съществуват в плацентата, околоплодните води, пъпната връв и мекония при здрави бременности без признаци на инфекция или възпаление. Тези открития, макар и противоречиви, коренно променят представата ни за това как придобиваме първите си микроби: може би не сме родени стерилни, но още откакто бяхме в утробата имахме микроби, които логично ги наследихме от майка си.

вестник

Начинът, по който се раждаме, също влияе върху нашата микробиота, особено върху бактериите, които първо колонизират червата ни. Установено е, че чревната микробиота на бебета, доставена чрез цезарово сечение, е по-подобна на микробите на кожата на майката. За разлика от тях, микробиотата на деца, родени по естествен път вагинално, е по-подобна на микробите във влагалището на майката, където доминират бактериите Lactobacillus. Доказано е, че гестационната възраст влияе върху микробиотата на червата на бебето: структурата на микробиотата е различна при недоносени бебета, отколкото при бебета, родени в края на бременността. Типът хранене на бебето също влияе, тези, които се хранят с кърма, имат микробиота, обогатена с бифидобактерии и лактобацили, докато тези, които приемат шише, имат по-разнообразна бактериална общност. Установено е, че бактериите, изолирани от майчиното мляко и изпражненията на бебето, са подобни. Около 30% от чревните бактерии на бебето идват от майчиното мляко и още 10% от кожата на майката.

МИКРОБИОТАТА МОЖЕ ДА ВЛИЧА НА КАКВО СЪМ

Все повече признаваме критичната роля, която микробиотата играе в биологията и здравето на човека. Може би най-очевидната е ролята му в храненето и защитата срещу патогени. Чревните микроби разграждат жлъчните соли, протеини и полизахариди, произвеждат витамини, кофактори и късоверижни мастни киселини и могат да разграждат токсините и лекарствата. От друга страна, микробиотата може да предотврати колонизацията на патогенни микроорганизми, да поддържа чревни бариери, да укрепва връзките между епителните клетки и да допринася за производството на муцин (Таблица 1).

Но микробиотата играе съществена роля и в други аспекти, които традиционно определят нашата природа като хора: имунната система, която прави разлика между това, което сме и какво не сме с изключителна молекулярна точност; мозъчни функции, които влияят върху човешката личност и знания; и последователността на нашия геном, която уникално ръководи нашия фенотип. От изключително биологична гледна точка бихме могли да кажем, че всеки е такъв, какъвто е, поради имунната система, мозъка и генома. Е, нашата микробиота може да повлияе на тези три нива и следователно може да повлияе на това как сме.

Адаптивната имунна система е молекулярно разпознаване, което разграничава това, което е аз, от това, което е чуждо, уникално за всеки организъм. Микробиотата играе важна роля в модулирането на изобилието и активността на различни видове клетки на имунната система. Съставът на чревната микробиота може да определи профила на CD4 Т лимфоцитната популация в червата и да индуцира някои видове регулаторни Т клетки с противовъзпалителни функции. В допълнение, късоверижните мастни киселини, които се произвеждат като продукти от метаболизма на чревната микробиота, могат да насърчат диференциацията на В клетките в плазма, секрецията на защитен IgA или да инхибират IgE, който медиира алергични реакции и автоимунни заболявания. Въпреки че все още не разбираме напълно тази връзка или кръстосана комуникация между имунната система и микробиотата, не можем да пренебрегнем факта, че микробиотата стимулира и обучава имунната ни система срещу патогени, като същевременно я учим да толерира нашите собствени микроби. От имунологична гледна точка имунният отговор е продукт на набор от много сложни взаимодействия между човешките клетки и множеството микробни клетки, които обитават тялото.

Отчасти начинът ни на съществуване, личността и емоционалното ни състояние, идентичността ни зависят от мозъка. Може да бъде донякъде обезпокоително, но микробиотата може да играе решаваща роля в поведенческите нервни функции. Доказано е, че при гризачите промените в чревната микробиота корелират с когнитивните функции, социалното поведение и реакциите, свързани със стреса, тревожността и депресията. Доказано е също, че микробиотата играе важна роля в развитието на невроните и невродегенеративните заболявания. По някакъв начин съществува сложна комуникация между продуктите на чревната микробиота и функциите на централната нервна система, която е наречена оста мозък-черва. Доказано е, че чревните бактерии като Lactobacillus и Bifidobacterium са способни да произвеждат GABA, E. coli, Bacillus или Saccharomyces могат да произвеждат норепинефрин; Candida, Streptococcus и Enterococcus, серотонин; Бацил, допамин и лактобацилус, ацетилхолин. Тези невротрансмитери могат да преминат през чревната лигавица и да повлияят по някакъв начин на мозъчните функции. Предполага се, че тази комуникация е вероятно чрез блуждаещия нерв.

Геномната последователност на всеки индивид е фиксирана и уникална (с малки изключения). Също така микробиотата на всеки индивид е уникална, тя е като микробен пръстов отпечатък. Наборът от гени в тази микробиота, микробиомът, също е уникален и допринася за повече гени от самия човешки геном и може да повлияе на много аспекти на гостоприемника, от хранителни и метаболитни аспекти до това как той реагира на специфична терапия.

МИКРОБИОТА И БОЛЕСТ

Има все повече доказателства, които свързват измененията в микробиотата с различни патологии, въпреки че не винаги сме напълно сигурни в тази връзка (Таблица 1). Въпреки че е трудно да се открие конкретна микробна общност, свързана със заболяването, изглежда, че има загуби или печалби от микробиомните функции, свързани с определени заболявания.

РАБОТА С МИКРОБИОТА

Виждаме как микробиотата може да повлияе на много аспекти на нашата биология и нашето здраве. Следователно има различни стратегии за намеса в структурата и функцията на микробиотата, за да се поддържа здравето, да се предотвратяват заболявания или дори да се подобряват прогнозите (Фигура 3). Това е целта на пробиотиците (хранителни добавки, които съдържат живи бактерии и щамове дрожди), пребиотици (несмилаеми хранителни вещества, които стимулират растежа и активността на нашите собствени бактерии) или дори трансплантация на микробиота (трансплантация на фекални вещества, TMF), одобрена от FDA от 2013. Въпреки това манипулирането на микробиотата или възстановяването й в случай на заболяване е много по-сложно, отколкото бихме могли да си представим. Причината е, че микробиотата е сложен консорциум от милиони взаимодействия между самите микроби и клетките на гостоприемника. В момента единственото лечение, което изглежда ефективно, е трансплантацията на фекалии за повтаряща се инфекция с Clostridium difficile.

БЪДЕЩЕТО: ПРЕВОДЪТ В КЛИНИЧНО ПРИЛОЖЕНИЕ

Един от големите проблеми е, че съставът на микробиотата се променя не само между различните индивиди, но дори и с течение на времето при един и същи индивид. Тази плавност в отношенията гостоприемник и микроби има важно последствие: прецизната медицина, базирана на генома, трябва да се приспособи за взаимодействие с микробиома. В близко бъдеще анализът на човешкия микробиом ще бъде включен в прецизни персонализирани медицински протоколи. А ла карт лекарство, което ще предложи персонализирано лечение, като се вземат предвид милионите данни не само за генома, метаболизма и имунната система на пациента, но и за микробиома: ще проучи състава на микробиотата и нейната функция, ще идентифицира потенциално опортюнистични микроорганизми патогени, възможни дефицити и как микробите могат да повлияят на лечението. С всички тези данни можете да проучите генетичната податливост към болести, да предскажете отговора на лечението и възможните нежелани реакции, дори да препоръчате специфичен коктейл от микроби, персонализирано хранене или пробиотици, или автоложна трансплантация на микробиота, например.

За да направим това, трябва да разберем по-добре състава и взаимодействията на нашата микробиота, да открием биохимичните и молекулярните механизми, които свързват микробиотата с болестта, и да разработим персонализирано лечение за модулиране или модифициране на микробиотата. Целта е да се разработят превантивни, диагностични и терапевтични мерки въз основа на микробиотата.

Микробиомът не е, че влияе върху нашата биология, а е, че е съставен от метаорганизма, който сме. Ние сме нещо повече от хора. Ние не сме индивиди, а дискретни образувания с безкрайно непрекъснато променящи се взаимодействия с нашите микроби.

ЗА ДА ПРОЧЕТЕТЕ ПОВЕЧЕ

Galloway Peña J et al. Влияние на микробиотата върху бактериалните инфекции по време на лечението на рак. Тенденции в микробиологията 25 (12) (2017) 992-1004. Лопес Гони I. Микробиота: микробите в тялото ви. Гуадалмазан, Кордоба, 2018.

Rees T et al. Как микробиомът предизвиква нашата концепция за себе си. PLoS Biol.16 (2) (2018) e2005358.

Tremlett H et al. Микробиомът на червата при неврологично заболяване при човека: Преглед. Анали на неврологията 81 (3) (2017) 369-82.

Млад VB. Ролята на микробиома в човешкото здраве и болести: въведение за клиницистите. Британски медицински вестник 356 (2017) j831.