Контроверсии. Человеком управляет микробиом

Medznat продолжает серию заметок, посвященных противоречивым сюжетам в современной медицинской науке и смежных областях знания. Controversia в переводе с латыни – значит спор, разногласия. Мы стараемся рассмотреть каждый сюжет под разными углами. В нашей очередной контроверсии под микроскопом оказывается микробиом: кто на нем спекулирует, зачем таблетировать или пересаживать фекальные массы и каковы перспективы применения знаний о микробиоме в клинической практике XXI века?

Кратко: Микробиом все чаще называют отдельным органом человеческого тела, подчеркивая, что его состояние влияет буквально на все процессы в организме. С другой стороны, вместе с популярностью этой концепции, растет и спрос на дорогостоящие анализы, оценивающие статус микробиома. Хотя сегодня такие анализы можно сдать чуть ли не в любой лаборатории, их практическая польза остается весьма сомнительной. Зато, потратив несколько тысяч рублей, можно принести пользу науке.

Что такое микробиом?

В научных публикациях можно встретить несколько понятий, кажущихся идентичными. Так, например, фигурируют термины «микробиом» и «микробиота». Под микробиотой подразумевают совокупность микроорганизмов, населяющих определенную среду. Микробиом же – более обширное понятие, включающее в себя не только микроорганизмы (бактерии, грибки, вирусы и т.д.), но и их геномы, а также соединения, которые они синтезируют в процессе жизнедеятельности.

Это значит, что под микробиомом подразумевают целую экосистему, которая не может не влиять на весь организм и происходящие в нем процессы. Слово «микрофлора» – еще одно распространенное понятие: для микробиома это синоним, который теперь все реже используется.

Согласно одним данным, число микроорганизмов в человеческом теле в 10 раз больше, чем количество клеток самого этого тела. Другие оценки более скромны (1) и указывают на соотношение 1 к 1,3 в пользу микроорганизмов. Впрочем, даже такое число впечатляюще велико.

Основная часть микробиома сосредоточена в кишечнике, но своя микробиота есть у кожи, слизистых и других органов. Первым микроорганизмом, обнаруженным в кишечной микрофлоре человека и как следует описанным, стала кишечная палочка – Escherichia coli (2). В 1885 году ее описал Теодор Эшерих, имя которого эта бактерия и получила. В честь ученого палочку переименовали только в 1958 году, сам же Эшерих называл ее bacterium coli соmmunae – «бактерия-палочка общая». В те годы считалось, что присутствие кишечной палочки в организме – однозначный признак серьезной угрозы здоровью. Большинство бактерий, которые открывали в те годы, действительно были связаны с теми или иными инфекциями. Воспринимать наличие микроорганизмов, особенно тех, что обитали внутри человеческого тела, как явление позитивное, научное сообщество еще было не готово.

Серьезный вклад в исследования в этой области внес Илья Мечников. После открытия в 1899 году бифидобактерий (3), он предположил, что в кишечнике есть микроорганизмы, не просто безопасные, а даже полезные для человека. Постепенно подтверждений этому факту становилось больше, а ученые начали говорить о микробиоме – экосистеме микроорганизмов.

Распространено мнение, что этот термин придумал нобелевский лауреат и микробиолог Джошуа Ледерберг в 2001 году. Однако исследователи все же сходятся (4) во мнении, что само понятие появилось чуть ли не на полвека раньше и применялось еще до Ледерберга.

Почему сегодня все интересуются микробиомом?

К XXI веку стало очевидно – микроорганизмы, обитающие в нашем теле, играют важную роль в нашем самочувствии (и даже настроении). Многочисленные исследования продолжаются, демонстрируя то одну, то другую взаимосвязь. Так, например, уже показано, что организм младенца заселяется микробиотой при рождении, а разнообразие микрофлоры ребенка зависит от способа родов. В том случае, если новорожденный появляется на свет в ходе кесарева сечения, он получает недостаточно микроорганизмов, необходимых для заселения кишечника, что в дальнейшем сказывается (5) на его здоровье, повышая риск развития аллергий и ожирения.

Вообще, на данный момент связь между здоровьем и микроорганизмами кишечника изучена сильнее всего, ведь кишечная микрофлора разнообразна и многочисленна. От состояния микробиома кишечника зависят вес, настроение, ментальное здоровье и многое другое.

Сравнительно недавно исследователи занялись изучением микробиома аппендикса, еще раз подтвердив, что эта часть пищеварительной системы не рудимент, а важный для здоровья орган. Современные врачи считают, что скопление микроорганизмов в аппендиксе принципиально важно для пищеварения и иммунитета, а исследования показывают (6) – удаление этого органа приводит к повышению шанса столкнуться с воспалительными заболеваниями кишечника.

Свой микробиом, впрочем, есть не только у органов пищеварительной системы, но и, например, у глаза. Обнаружен он был не так давно, но его открытие и изучение ознаменовало (7) новую эру в офтальмологии – теперь считается, что воздействие (8), направленное на количественный и качественный состав микроорганизмов, может применяться в терапии заболеваний глаз.

Другие варианты не самых известных вариантов микробиома – микробиом легкого (9), микробиом желчных путей, которые изучены куда хуже чем экосистема кишечника. От состояния первого зависит восприимчивость и прогноз при респираторных инфекциях, а также риск развития и самочувствие при астме, хронической обструктивной болезни легкого, фиброзе легкого. Желчные пути еще не так давно считались абсолютно стерильными, но исследования показали (10) – там есть пул микроорганизмов, изменение состояния которого могут спровоцировать болезни печени или проблемы с желчевыводящими путями.

Как знания о микробиоме используются в клинической практике?

Число исследований, объектом которых становится микробиом, стремительно увеличивается. Одной из важных инициатив в этой области стал проект «Микробиом человека», стартовавший в 2007 году. В рамках его первой фазы изучался количественный и качественный состав микробиома, а в 2014 ученые приступили к следующему этапу – изучению роли микроорганизмов и их жизнедеятельности в поддержании здоровья или развитии патологий.

Авторы выяснили, что вклад бактерий внушительнее, чем казалось раньше: все дело в том, что бактериальных генов, которые также работали бы и отвечали бы за синтез белков, в человеческом организме на два порядка больше, чем собственных генов человека. Такое количество просто не может не влиять на биохимические процессы, здоровье и самочувствие. Одним из итогов проекта «Микробиом человека» стало появление понятия «второй геном» (11), влияние которого продолжает изучаться.

Одной из самых известных методик, появившихся после накопления достаточно богатой базы о кишечном микробиоме, стала пересадка кала – трансплантация кишечной микробиоты. Этот подход применяется для борьбы с воспалительными заболеваниями кишечника и тяжелыми кишечными инфекциями, например, с псевдомембранозным колитом, вызванным активным размножением условно-патогенного микроорганизма Clostridioides difficile и длительным приемом антибиотиков.

Основоположник метода – американский врач Бен Айзман (Ben Eiseman), который провел (12) первую процедуру четырем пациентам с псевдомембранозным колитом еще в 1958 году. Эксперимент был признан удачным, а за ним последовали другие – тоже достаточно успешные попытки вылечить болезнь аналогичным способом. Однако в клиническую практику пересадка микробиоты вошла только в XXI веке: в большинстве стран она имеет статус экспериментального лечения. В российском Сеченовском университете, например, методика проходит (13) клиническую апробацию с лета 2024 года.

Донорскую микробиоту доставляют в кишечник пациента разными способами – при помощи колоноскопа через прямую кишку, при помощи зонда, вводимого через нос, а кроме того, уже зарегистрированы таблетированные (14) формы. На данный момент есть исследования, которые показывают – эффективность трансплантации примерно одинакова, вне зависимости от того каким именно образом донорский материал вводится  реципиентам.

Сегодня методику применяют или пытаются применять не только для лечения пациентов с трансмембранозным колитом, но также для терапии других заболеваний, в том числе болезни Крона или язвенного колита, а также ожирения и расстройств аутистического спектра. Наиболее заметные результаты удается получить при воспалительных заболеваниях кишечника. Добиться значимого снижения веса при ожирении или заметных изменений поведения при аутизме или других ментальных расстройствах после трансплантации микробиоты пока не удается.

Методика трансплантации фекальной микробиоты считается достаточно эффективной для лечения трансмембранозного колита – отметить успех удается более, чем в 90% случаев (15). Побочные эффекты развиваются чрезвычайно редко, но в литературе описаны даже случаи летального исхода. Один из них был зафиксирован (16) в 2019 году: причиной смерти назвали загрязнение трансплантата редкой формой кишечной палочки.

Трансплантаций микробиоты других органов до сих пор не проводится, но, возможно, что в перспективе появятся соответствующие терапевтические методики.

Кто и зачем спекулирует на теме микробиома?

Споров и спекуляций немало. И, пока одни исследователи считают эту тему самой перспективной для исследований, другим кажется, что внедрять ее в широкую клиническую практику пока преждевременно.

Появление исследований в области микробиома, особенно активное изучение кишечной микробиоты, породило массу спекуляций – в клиниках пациентам активно предлагаются всевозможные исследования, а также терапия, направленная на нормализацию ее состояния (основном, рекомендации получают пациенты после курса антибиотиков).

По состоянию кишечного микробиома предлагают определять состояние здоровья в целом, а назначенное лечение для корректировки количественного и качественного состава микрофлоры кишечника призваны улучшить самочувствие. В действительности «лечить» микрофлору даже после приема антибиотиков требуется далеко не всем и не всегда. В серьезных случаях, например при трансмембранозном колите, о котором речь шла выше, медицинское вмешательство действительно требуется.

Но в абсолютном большинстве случаев, даже в тех ситуациях, когда антибиотики уничтожают и патогенную, и полезную флору, микробиом чаще восстанавливается самостоятельно, а пациентам прописывают ненужную или избыточную терапию.

Пробиотики – препараты, в состав которых входят лактобактерии и бифидобактерии, не наносят вреда, но и заметного улучшения не приносят (17). Продукты с этими микроорганизмами в составе – например, йогурты, – также не навредят, но и существенной пользы кишечнику не принесут.

Еще один распространенный анализ, направленный на изучение состава кишечной микробиоты – исследование по Осипову (18). При его проведении во взятом у пациента биологическом материале определяют содержание жирных кислот, синтезируемых микроорганизмами кишечника. Эта информация используется для оценки видового разнообразия, а некоторые врачи дают пациентам рекомендации, касающиеся терапии и образа жизни. Но крупных исследований, подтверждающих пользу этого анализа, не существует, нет и единых стандартов интерпретации получаемых результатов. Это значит, что возможность использования этого анализа в клинической практике серьезно ограничена.

Каковы перспективы исследования и использования микробиома в XXI веке?

В целом назначение анализов для оценки состояния микробиома почти никогда не требуется. Подобные исследования могут понадобиться в случае кишечной инфекции, вызванной бактериальным возбудителем – в таких случаях необходимо понять, какой именно патоген «виноват», и какой антибиотик нужно назначить для устранения инфекции.

Многие лаборатории предлагают исследования, часто дорогостоящие, направленные не комплексное изучение кишечного микробиома. Результатом исследования становится расшифровка геномов микроорганизмов, населяющих кишечник. Кроме того, в ходе такого исследования можно определить соотношение тех или иных микроорганизмов, найти очень редкие виды.

Несмотря на то, что микробиота активно изучается, пока данные, которые пациент получает после расшифровки кишечной микрофлоры, практически никак нельзя использовать. Сведений о том, как определенные микроорганизмы влияют на предрасположенность к болезням, пока недостаточно, а потому информацию нельзя использовать для превентивной диагностики и определения рисков.

Рекомендации, которые пациенты получают после прохождения таких исследований, сводятся в основном к корректировке диеты – повышению разнообразия и включению в рацион большего количества клетчатки. В целом эти советы пойдут на пользу практически любому и проводить дорогостоящие исследования для таких целей не обязательно.

Человеку, который не испытывает дискомфортных ощущений, связанных с пищеварением, сдавать подобный анализ в абсолютном большинстве случаев не имеет смысла. Существенной пользы здоровью эта процедура не принесет, но ее результаты могут пригодиться науке – данные расшифровки генома микробиома точно будут интересны ученым. Скорее всего в будущем тесты на микробиом станут важным диагностическим инструментом, но в начале третьего тысячелетия их ценность явно преувеличена.

В целом, несмотря на глубину погружения в тему изучения микробиома, у специалистов пока остается немало вопросов. Во-первых, еще никому не удалось точно подсчитать, сколько же бактерий живет в человеческом теле – оценки, которые появляются в разных публикациях, существенно различаются. Во-вторых, до сих пор у исследователей нет полного понимания «нормы» и допустимых отклонений – диапазон вариантов очень широк. В-третьих, некоторые моменты, например, старение генома по мере старения человека – а также возможность влиять на эти процессы и тормозить их – и вовсе пока остаются практически неисследованными.

Источники:

1. Пересмотр соотношения бактериальных клеток и клеток хозяина у людей

2. Как E.coli стала флагманской бактерией в молекулярной биологии 

3. Илья Ильич Мечников: иммунитет, йогурт и активное долголетие

4. История медицины: происхождение термина «микробиом»

5. Кесарево сечение, затяжные роды влияют на кишечную микрофлору младенца

6. Функциональный ландшафт микробиома аппендикса в условиях здоровья и патологии

7. Глаз и микробиом – новая эра офтальмологии 

8. Микробиота кишечника и заболевания глаз: обзор

9. Микробиом легких: новые знания о патогенезе респираторных заболеваний

10. Роль микробиома желчи в развитии камней в общем желчном протоке

11. Микробиом кишечника человека – «второй геном» человеческого организма

12. Клизма как вспомогательное средство при лечении псевдомембранозного энтероколита

13. В Сеченовском Университете стартует клиническая апробация метода трансплантации свежей фекальной микробиоты

14. Трансплантация инкапсулированной фекальной микробиоты: разработка, эффективность и клиническое применение

15. Систематический обзор с метаанализом: эффективность трансплантации фекальной микробиоты для лечения рецидивирующей и рефрактерной инфекции Clostridium вifficile

16. Массачусетская больница курировала исследование, которое привело к первой смерти в результате фекальной трансплантации

17. Анализ состава и разнообразия микробного сообщества желудочно-кишечного тракта не выявил существенных изменений на фоне употребления йогурта

18. История метода масс-спектрометрии микробных маркеров

Иллюстрации созданы с применением нейросетей ИИ