Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) - одна из самых густонаселенных экосистем на нашей планете, в нем обитает ~ 10^13 микроорганизмов, называемых кишечной микробиотой. Их деятельность серьезно влияет на здоровье хозяина. Это неудивительно, учитывая, что все генетическое содержание микробиоты кишечника человека, обычно называемое микробиомом кишечника, превышает геномное содержание человека в ≥100 раз - огромный генетический потенциал для внесения вклада в физиологию хозяина.
Микрофлора кишечника включает в себя 3 области жизни: бактерий, архей и эукаритов (грибы, простейшие и паразиты многоклеточных животных), а также эукариотических и прокариотических вирусов (бактериофагов).
В исследовании микробиома кишечника за последние 15 лет произошла революция благодаря достижениям в области генетических методов и сложных инструментов биоинформатики. Только в 2017 году было опубликовано около 4000 научных работ по этой теме, при этом за предыдущие четыре года было опубликовано более 12 900 статей, и на сегодняшний день наибольшее внимание уделяется бактериальному компоненту микробиома.
Микробиота кишечника служит хозяину, прямо или косвенно взаимодействуя с клетками-хозяевами, через биоактивные молекулы, и способна регулировать многочисленные связи, участвующие в иммунитете и энергетическом гомеостазе, а также защищать хозяина от патогенов.
Здоровая кишечная микробиота взрослого человека состоит в основном из 2 типов бактерий: Firmicutes и Bacteroidetes, и в меньшей степени из типов Actinobacteria, Proteobacteria и Verrucomicrobia.
В 2011 году была введена концепция «энтеротипа», когда было обнаружено, что в фекальных метагеномах людей из Америки, Европы и Японии преобладает одно из трех различных бактериальных сообществ: Bacteroides (энтеротип 1), Prevotella (энтеротип 2 ) или руминококка (энтеротип 3).
Совсем недавно было высказано предположение, что Prevotella и Bacteroides следует интерпретировать как «биомаркеры» диеты, образа жизни и болезненного состояния.
Старение оказывает значительное влияние на микробиоту кишечника, причем существенные структурные и функциональные изменения наблюдаются у пожилых людей (в целом старше 65 лет). Некоторые физиологические изменения и изменения образа жизни, связанные с процессом старения, могут быть факторами, приводящими к изменениям в диетических привычках и, в конечном итоге, в питании, включая ухудшение состояния зубов и слюнной функции, снижение пищеварения и всасывания из-за нарушения моторики желудочно-кишечного тракта, изменения аппетита как результат прописанных лекарств и психологического состояния, или изменений в условиях жизни, таких как стационарное лечение или госпитализация. Гипохлоргидрия желудка, связанная со старением и распространенная у людей, перенесших или переживших инфекцию Helicobacter pylori, может вызывать мальабсорбцию и избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике.
В целом микробиота кишечника человека пожилого возраста характеризуется снижением микробного разнообразия, увеличением количества условно-патогенных микроорганизмов и уменьшением количества видов, связанных с производством короткоцепочечных жирных кислот.
Чем питается микробиота кишечника
Фрукты, овощи и злаки - основные компоненты рациона человека, обеспечивающие основные углеводы и пищевые волокна, хотя переваривание последних выходит за рамки генома человека. В геноме человека обнаружено лишь 17 ферментов, расщепляющих углеводные питательные вещества, включая крахмал, лактозу и сахарозу. А такие полисахариды клеточной стенки растений и крахмал, которые составляют большинство пищевых волокон не могут перевариваться или абсорбироваться в тонком кишечнике, они попадают в толстый кишечник и подвергаются микробному разрушению и последующей ферментации. Микробиота также питается пищевыми углеводами животного происхождения (гликозаминогликаны и N-связанные гликаны из хрящей и тканей), эпителиальным гликомом хозяина и углеводами микробного происхождения из резидентных микробов кишечника или микробов пищевого происхождения. Углеводы, потребляемые микробиотой, получили название «доступные для микробиоты углеводы».
Какие витамины производятся микробиотой кишечника
Микробиота кишечника отвечает за биосинтез нескольких незаменимых витаминов, в том числе витаминов группы В, таких как кобаламин, фолиевая кислота, биотин, тиамин, рибофлавин, никотиновая кислота, пиродиксин и пантотеновая кислота, а также витамин К .
Микробиота кишечника и нейромедиаторы
В последние годы все глубже изучается способность кишечной микробиоты вырабатывать нейрохимические вещества, которые могут влиять на периферическую кишечную и центральную нервную системы. Например, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) является основным тормозным нейромедиатором в головном мозге, а нервно-психические расстройства, включая тревогу и депрессию, были связаны с дисфункцией системы ГАМК. Было показано, что штаммы культивируемых лактобацилл и бифидобактерий из кишечника человека продуцируют ГАМК, а именно Lactobacillus brevis, Bifidobacterium dentium, adolescentis и infantis.
Кроме того, было обнаружено, что ГАМК служит фактором роста для ранее не культивированной кишечной бактерии Flavonifractor sp. который, как было показано, ферментирует ГАМК. В том же исследовании авторы идентифицировали несколько кишечных бактерий, способных продуцировать ГАМК, включая виды Bacteroides, Dorea, Parabacteroides, Alistipes и Ruminococcus.
Сопротивление колонизации микробиоты кишечника
Кишечная микробиота защищает своего хозяина от колонизации экзогенными патогенами и предотвращает чрезмерный рост потенциально патогенных эндогенных членов - это называется устойчивостью к колонизации. Этот феномен вызывается за счет конкуренции за питательные вещества и места колонизации, подавления роста патогенов за счет производства антимикробных веществ и косвенно через модуляцию просветной среды, через взаимодействия хозяина и комменсалов, включая функцию эпителиального барьера, модуляцию поверхности клетки-хозяина и иммунной системы хозяина.
Микробиота кишечника - богатый резервуар продуцентов бактериоцина. Бактериоцины представляют собой пептиды с антимикробной активностью против широкого круга видов или узкого круга близкородственных видов.
Было показано, что продукция бактериоцина в Enterococcus faecalis, приводит к благоприятным изменениям в микрофлоре .
Изменение микробиоты кишечника с помощью диеты, пробиотиков и пребиотиков может предложить реальные возможности для предотвращения многих из «западно-ассоциированных» заболеваний, особенно в случае заболеваний, связанных с метаболизмом, для которых могут быть важным аспектом качество и количество микробиоты.