Состав нашей кишечной микрофлоры постоянно меняется под влиянием пищи, лекарств и попадающих извне микроорганизмов – все эти факторы могут угнетать жизнедеятельность одних «домашних» бактерий и благоприятствовать другим. Сейчас ученые пытаются понять, какие изменения постоянно меняющегося микробного наполнения кишечника могут повлиять на здоровье человека
Нашу пищеварительную систему населяют миллиарды бактерий, образуя кишечный микробиом. Функции этих микроорганизмов многообразны: они не только помогают нам переваривать пищу, но и конкурируют с чужеродными патогенами, препятствуя их закреплению в организме, влияют на работу иммунной и нервной систем, на метаболизм многих лекарств.
Микробиом обычно описывают как совокупность разных видов микроорганизмов – именно с изменениями его видового состава связывают развитие таких заболеваний, как воспалительные болезни кишечника, астма, аутизм, сахарный диабет и рак. Вместе с тем состав микробиома в значительной мере индивидуален, к тому же даже у одного и того же человека он может меняться под влиянием различных обстоятельств.
Здесь имеется еще один важный нюанс. Современные исследования микробиома обычно проводят с помощью секвенирования (расшифровки) геномов и поиска ключевых последовательностей, уже описанных для того или иного вида бактерий. Такой способ оценки видового состава – достаточно сложный анализ, доступный не каждой лаборатории. Но главное, он не подходит для выявления разных бактериальных штаммов – морфологических или генетических вариантов в пределах одного вида, особенности которых наследуются. А таких штаммов может быть очень много, как все мы убедились на примере нынешней пандемии, вызванной вирусом SARS-CoV-2.
Почему это так важно в нашем случае? Дело в том, что разные штаммы одной и той же бактерии могут значительно отличаться по физиологическому эффекту, которые они оказывают на организм человека. К примеру, большинство штаммов всем известной кишечной палочки (Escherichia coli) – обычного обитателя нашего кишечника – для человека безопасны, но некоторые могут вызвать тяжелое пищевое отравление. А в исследовании на мышах было показано, что два штамма этой бактерии, провоцирующие воспаление мочевого пузыря, по-разному взаимодействуют с иммунной системой хозяина.
Не так давно американские исследователи с помощью усложненной методики секвенирования изучили, как меняются виды и штаммы бактерий в микробиоме одного человека в течение 5 месяцев. За это время в результате укуса иксодового клеща испытуемый заразился болезнью Лайма, лечился от нее антибиотиками, которые уничтожают многие кишечные бактерии, а после выздоровления восстанавливался.
Раз в неделю образцы его кишечного содержимого собирали и в выделенном из них генетическом материале бактерий подсчитывали число однонуклеотидных полиморфизмов («однобуквенных» мутаций), которыми различались штаммы у 36 видов бактерий.
Оказалось, что в течение всего периода наблюдений численность большинства видов этих бактерий уменьшилась на время лечения антибиотиками, но затем вернулась к исходному уровню. Однако разнообразие штаммов некоторых видов после болезни и лечения антибиотиками существенно изменилось.
В результате исследователи разработали новый поисковый инструмент GenoTyper for Prokaryotes – алгоритм, позволяющий на основе точечных мутаций выявлять бактериальные штаммы примерно у 900 видов кишечных бактерий. По словам самих ученых, предстоит еще большая работа для понимания функциональных последствий подобных генетических изменений, но с новой методикой выявления отдельных штаммов дело должно пойти быстрее.
Фото: https://www.flickr.com