Жизнь внутри нас: как микрофлора формирует наше здоровье

В каждом из нас живёт бесконечная вселенная микроскопических существ, которая определяет наше здоровье, иммунитет, предпочтения в еде, поведение и даже настроение.

Микрофлора или микробиота (нормофлора, комменсалы) — это сообщество микроорганизмов, которые населяют различные участки человеческого тела и находятся в сложных взаимоотношениях между собой и макроорганизмом. Это бактерии, вирусы, грибы, археи, живущие на коже, слизистых оболочках, в кишечнике, органах дыхания и урогенитальном тракте. Микрофлора человека состоит из триллионов микроорганизмов, которые образуют единую экосистему. Соотношение микробных клеток и клеток человека составляет 10: 1, а соотношение генотипов - 100: 1.

Человеческий организм и микрофлора находятся в тесном симбиозе: микробы помогают поддерживать здоровье, а человек создаёт им условия для жизни. С позиции современной биологии человек и микроорганизмы, обитающие в его кишечнике, составляют единый «суперорганизм». Его обмен веществ обеспечивают ферменты, которые кодируются не только геномом человека, но также генами бактерий-комменсалов. Такой симбиоз приносит пользу обеим сторонам, каждая из которых влияет на партнёра.

Содержание:

• Состав микробиоты
• Микробиота кишечника
• Становление микробиоты: от рождения до зрелости
• Роль микрофлоры в организме
• Что влияет на микрофлору
• Дисбиоз
• Показания для диагностики состояния микрофлоры
• Методы диагностики кишечной микрофлоры
• Коррекция микробиоты для укрепления иммунитета

Состав микробиоты

Три основные группы микрофлоры:

1. Нормофлора: полезные микроорганизмы, выполняющие защитные и метаболические функции.
2. Условно-патогенная флора: организмы, вызывающие заболевание при ослаблении защитных механизмов.
3. Патогенные микроорганизмы: составляют в норме до 1% микробиоты.

Микроорганизмы-комменсалы:

• Бактерии – основная составляющая микробиоты включает: Lactobacillus, Bifidobacterium, Escherichia, Clostridium, Firmicutes, Bacteroidetes и др. При этом бифидобактерии составляют до 5% микрофлоры, а лактобактерии — менее 1%.
• Археи – менее распространены, в основном метаногенные, участвуют в метаболизме.
• Грибы – например, Candida или Saccharomyces, играют роль в поддержании баланса экосистемы.
• Вирусы – бактериофаги и другие вирусы регулируют численность бактерий.
• Простейшие – например, Blastocystis. Их роль до конца не изучена.

Микробиота разных локусов уникальна. Например, в кишечнике преобладают анаэробные бактерии, на коже — аэробные.

Микробиота кишечника

70-80% микробиоты сосредоточены в толстом кишечнике. Всего в ЖКТ обитает от 15 тыс. до 36 тыс. видов микроорганизмов, 40-60 триллионов бактерий, что превышает количество собственных клеток человека. Точная оценка затруднена, поскольку анаэробов невозможно вырастить в культуре, а выводы основываются на метагеномном секвенировании ДНК микроорганизмов.

В кишечнике различают два типа микрофлоры: полостная, обитающая в просвете кишечника, и пристеночная, связанная с слизистой оболочкой кишечника. Часть микроорганизмов регулярно выделяется с калом: 60% фекалий составляют бактерии, а оставшиеся 40 % — непереваренные элементы пищи.

Становление микробиоты: от рождения до зрелости

Микробиота ребёнка начинает формироваться ещё внутриутробно, а основная колонизация происходит во время и после родов. Ранее считалось, что матка, плацента и плод стерильны. Однако в начале XXI века учёные выявили в плаценте, околоплодных водах, пуповинной крови и меконии бактерий: Enterococcus, Escherichia, Leuconostoc, Lactococcus, Streptococcus.

1. Беременность
   Во время беременности микробиота матери изменяется: растёт количество Lactobacterium в половых путях и на коже. Это — подготовка к заселению организма новорождённого нормофлорой. Комменсалы меняют метаболизм. В микробиоте кишечника становится больше бактерий Firmicutes и Proteobacteria. Firmicutes увеличивают извлечение энергии из пищи и создают запас питательных веществ. Proteobacteria подавляет воспаление и поддерживает иммунный баланс, необходимый для развития плода и защиты организма женщины.
2. Роды и грудное вскармливание
   Тип родов и вскармливания определяют микробиоту младенца. В естественных родах новорождённый контактирует с влагалищной микрофлорой, при кесаревом сечении — с бактериями кожи матери и медицинского персонала, что нарушает естественную микробную колонизацию.
   
   Грудное молоко содержит Т- и В-лимфоциты, плазматические клетки, иммуноглобулины IgА, антимикробные ферменты лизоцим и лактоферрин, Lactobacillus, Bacteroides. В грудном молоке обнаружены пребиотики — олигосахариды молока человека (ОМЧ). Состав ОМЧ у каждой женщины уникален и формирует индивидуальный микробиом ребёнка.
   
   Открыт механизм, как дендритные клетки транспортируют бактерий из кишечника матери в молоко. Микрофлора грудного молока может меняться и подстраиваться под потребности младенца. Грудное вскармливание способствует росту нормофлоры ребёнка, защищает от инфекций, снижает риск развития хронических заболеваний, включая сахарный диабет и ожирение.
3. После 1 года
   В течение первого года жизни микробиота становится разнообразнее, адаптируется сначала к прикорму, затем к твёрдой пище. К моменту завершения грудного вскармливания формируется относительно стабильный микробный состав, который остается почти неизменным на протяжении всей жизни человека. Отмечено, что частый контакт с животными в первый год жизни повышает разнообразие флоры и иммунную толерантность, снижая риск аллергий и астмы. У взрослых в нормофлоре преобладают бактерии двух типов: Firmicutes и Bacteroidetes. В зрелом возрасте микрофлора зависит от питания, лекарств, стрессов, образа жизни. В пожилом возрасте уменьшается разнообразие видов.

Роль микрофлоры в организме

В современном научном мире микробиоту всё чаще называют отдельным органом, ведь её суммарная масса превышает 2 кг, а роль в жизнедеятельности макроорганизма сравнима с работой основных систем.

1. Пищеварение
   
   • Расщепление сложных углеводов, клетчатки и белка с образованием короткоцепочечных жирных кислот (например, бутирата), которые питают клетки кишечника.
   • Улучшение всасывания питательных веществ и перистальтики кишечника.
   • Обеспечение хозяина энергоносителями, в том числе молекулами АТФ.
2. Метаболизм
   Регуляция обмена желчных кислот, холестерина, водно-электролитного баланса, усвоение железа.
3. Синтез
   Выработка витаминов (B, C, K, биотина, фолиевой и никотиновой кислот), аминокислот, биологически активных веществ, необходимых для кроветворения, работы нервной системы и свёртываемости крови. При этом клетки человека не способны самостоятельно синтезировать витамины К и группы В.
4. Защита
   Прямая конкуренция с болезнетворными микроорганизмами, подавление и предотвращение колонизации патогенами кишечного тракта хозяина.
5. Барьерная функция
   Образование из гликокаликса, слизи, IgA и нормофлоры биоплёнки, выстилающей слизистую оболочку кишечника. Она защищает от дегидратации, физической и химической агрессии, тормозит инвазию патогенов, бактериальных токсинов и паразитов, создаёт барьерный иммунитет.
6. Иммуномодуляция
   
   • Участие в созревании и дифференцировке клеток иммунной системы.
   • Обучение иммунокомпетентных клеток распознавать чужеродные антигены, патогены.
   • Предотвращение чрезмерных воспалительных реакций.
   • Синтез цитокинов и иммуноглобулинов.
7. Детоксикация
   Нейтрализация вредных веществ, включая токсины из внешней среды или образующиеся в процессе метаболизма.
8. Ось мозг-кишечник
   Взаимодействие между кишечником и мозгом через нервные сигналы, гормоны, серотонин, иммунные реакции и метаболиты микробов, что влияет на здоровье, настроение и поведение человека.

Что влияет на микрофлору

Лишь около 30% микроорганизмов в микробиоте одинаковы у всех людей, остальные уникальны для каждого человека. Структура и состав кишечной микрофлоры индивидуальны и определяются генетическими факторами хозяина, влиянием окружающей среды, пищевыми привычками.

1. Питание
   Пищевые волокна, фрукты и овощи поддерживают размножение полезных бактерий, тогда как избыток рафинированного сахара, жиров и консервантов нарушает баланс микробиоты и активизирует условно-патогенных микробов.
2. Медикаменты
   Антибиотики уничтожают не только патогены, но и полезную микрофлору, что снижает защитные свойства микробиоты, ведёт к дисбактериозу. Пробиотики и пребиотики помогают восстановить баланс.
3. Стресс и образ жизни
   Хронический стресс и недостаток сна ослабляют барьерные функции кишечника, способствуя росту условно-патогенной флоры. Физическая активность поддерживает здоровье микробиоты.
4. Болезни
   Хронические и инфекционные заболевания кишечника, медицинские процедуры и хирургические вмешательства нарушают микробиоту, вызывают её дисбаланс.

Дисбиоз

Дисбиоз — это состояние, при котором нарушается нормальное соотношение микроорганизмов в микробиоте. В результате снижается количество полезных бактерий и преобладают патогенные микроорганизмы грибки, условно-патогенная флора.

Из-за снижения количества полезных бактерий ухудшается барьерная функция кишечника, повышается проницаемость для токсинов и патогенов. Растёт уровень провоспалительных молекул, в том числе цитокинов. Хроническое воспаление, вызванное дисбактериозом, ослабляет иммунный ответ и увеличивает вероятность развития диабета, болезни Крона, ожирения, сердечно-сосудистой патологии, ревматоидного артрита, а также повышает риск аллергических реакций.

Снижение числа полезных бактерий и увеличение патогенов способствуют гиперреактивности иммунной системы. Нарушение баланса микрофлоры влияет на функцию Tr-клеток (регуляторных Т-лимфоцитов), которые отвечают за подавление аллергических и аутоиммунных реакций.

Показания для диагностики состояния микрофлоры

• Расстройства пищеварения: диарея, запоры, метеоризм, вздутие живота.
• Синдром раздражённого кишечника (СРК).
• Аллергические реакции: атопический дерматит, респираторные аллергии.
• Частые инфекции.
• Неврологические нарушения: усталость, головные боли, бессонница, депрессия, ухудшение памяти.
• Аутоиммунные заболевания.
• Урогенитальные инфекции, бесплодие, невынашивание беременности.
• Дерматиты, экзема, угревая болезнь.

Методы диагностики кишечной микрофлоры

Современные методы исследования изучают виды микроорганизмов и их количественное соотношение для определения состояния микробиома.

1. Культуральный метод (посев на питательные среды).
   Традиционный способ, при котором бактерий из образца кала выращивают на питательной среде. Однако данный метод не выявляет до 80% микроорганизмов, которых невозможно культивировать. Результаты также зависят от транспортировки образца и жизнеспособности бактерий.
2. Молекулярно-генетические методы.
   С высокой точностью идентифицируют микроорганизмы:
   • Метод секвенирования нового поколения (NGS) даёт полное представление о видовом составе микробов. Однако из-за высокой стоимости и сложности процедуры NGS редко применяют в повседневной практике.
   • Полимеразная цепная реакция в реальном времени (ПЦР) используется для точного и быстрого количественного анализа отдельных видов или групп микроорганизмов с помощью специфичных праймеров. ПЦР экономичнее и более доступна для клинических лабораторий, в отличие от NGS. Разработаны тест-системы «Колонофлор-16», «Энтерофлор. Дети», «Фемофлор», «Андрофлор» и другие.
3. Хромато-масс-спектрометрия (ХМС) по Осипову.
   Метод идентифицирует состав микрофлоры в образце кала или крови за счёт определения уровня жирных кислот, выделяемых бактериями. ХМС не требует предварительного культивирования образцов и способен определять активных и «спящих» возбудителей инфекций.

Коррекция микробиоты для укрепления иммунитета

1. Пробиотики
   Это живые микроорганизмы, которые улучшают пищеварение и иммунную функцию за счёт восстановления баланса микробиоты. Enterococcus faecium и Bifidobacterium longum, Lactobacillus rhamnosus (LGG) действуют аналогично нормальной кишечной микробиоте и эффективны в лечении дисбиоза у детей и взрослых.
   
   Пробиотики укрепляют барьерную функцию кишечника за счёт адгезии в слизистый слой. Они воздействуют на дендритные клетки и способствуют образованию Tr-клеток, что снижает воспаление. Метаболиты нормофлоры, например бутират, привлекают Tr-клетки в толстую кишку и подавляют воспалительные, аллергические и аутоиммунные процессы. Пробиотики назначают при дисбиозе, после приёма антибиотиков, при аллергии и другой патологии.
2. Пребиотики
   Клетчатка и другие сложные углеводы (злаки, цикорий, бобовые, чеснок, лук, бананы) — источник питания для полезных микроорганизмов, стимулируют их рост в кишечнике.
3. Рацион питания
   Овощи, фрукты, цельнозерновые продукты поддерживают микробиоту и помогают иммунной системе справляться с внешними угрозами.
4. Здоровый образ жизни
   Физическая активность, минимизация стрессов, нормализация сна поддерживают баланс микрофлоры и укрепляют иммунную систему.

Микробиом кишечника — особый орган, который начинает формироваться ещё до рождения. Его состав уникален, как отпечатки пальцев, зависит от множества факторов и влияет на здоровье. Исследование микробиоты — приоритетное направление современной медицины, которое открывает новые перспективы для диагностики, профилактики и терапии различных заболеваний.

Литература

1. Волынец Г. В., Никитин А. В., Скворцова Т. А. Кишечный микробиом и современные методы его исследования у детей //Российский вестник перинатологии и педиатрии. – 2022. – Т. 67. – №. 4.
2. Захарова ИН, Бережная ИВ, Скоробогатова ЕВ, Дмитриева ДК, Черняева МА, Курбакова ДМ. Формирование микробиоты младенца: мать – плацента – плод – ребенок. Медицинский совет. 2024;18(1):269–275. https://doi.org/10.21518/ms2024-002.
3. Курбатов В. А., Андреев Б. А., Нефедова Л. И. Метаболиты кишечного микробиома и их влияние на здоровье человека //Здоровье. Медицинская экология. Наука. – 2020. – №. 2 (81).
4. Никонов Е.Л., Попова Е.Н. (ред.) Микробиота. — Москва, 2019. — 256 стр.
5. Осипов, Г.А., Родионов, Г.Г. Микроэкология человека в норме и патологии по данным масс-спектрометии микробных маркеров. Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях, 2013. — Т. 2. — С. 43-53.
6. Отраслевой Стандарт 91500.11.0004-2003 «Протокол ведения больных. Дисбактериоз кишечника» Министерства Здравоохранения РФ.