Микробиота человека: микроорганизмы, которые делают нас своим домом

Что делает человеческое тело? По словам исследователей, клетки человека рассказывают только половину истории. Другая половина включает в себя множество микроорганизмов, которые составляют микробиоту – «чужую» среду по всему нашему телу, которая, пока существует здоровый баланс, помогает нам процветать.

Организм человека содержит триллионы специализированных клеток – крошечных строительных блоков, которые собираются вместе, чтобы поддержать развитие и функционирование организма.

Но клетки человека – не единственные «материалы», из которых состоят наши тела. На самом деле, мы живем в симбиозе с триллионами микроорганизмов.

Исследователи долго обсуждали истинное соотношение клеток человека и микроорганизмов в среднем организме. Оценки колебались, но последнее исследование, посвященное изучению этого вопроса, которое появилось в PLOS Biology в 2016 году, предполагает, что у нас в организме и на теле примерно столько же микроорганизмов, сколько клеток человека.

В дополнение к бактериям и вирусам, эти микроорганизмы включают археи , примитивные организмы без ядра и эукариотические микроорганизмы или эукарию, тип с ядром, которое защищает его хромосомы. В последнюю группу входят грибы и проститутки , крошечные организмы на «границе» между растением и грибком.

Все они вместе составляют различные микробиоты : сообщества микроорганизмов, присутствующие в разных местах на теле человека или в его организме.

Различные микробиоты составляют микробиом человека: совокупность сообществ микроорганизмов распространяется по всему человеческому организму.

Коллекции микроорганизмов в разных областях играют решающую роль в поддержании нашего здоровья – хотя для этого необходимо, чтобы количество различных видов бактерий, грибов и других микроорганизмов оставалось в идеальном равновесии.

Когда этот баланс нарушается и, например, один вид бактерий перенаселен, это может привести к инфекциям и другим проблемам со здоровьем.

Эта функция описывает различные организмы, обитающие в кишечнике, рту, влагалище и матке, пенисе, коже, глазах и легких.

Микробиота человека: микроорганизмы, которые делают нас своим домом

Кишечная среда

Наиболее обсуждаемой средой для колонизации микроорганизмов, особенно бактерий, является кишечник человека.

Исследования показывают, что желудочно-кишечный тракт человека содержит обширную «коллекцию бактерий, архей и эукарья», которые играют важную роль в гомеостазе кишечника , помогая поддерживать здоровье желудочно-кишечного тракта.

Исследования также показали, что кишечные бактерии смягчают связь между кишечником и мозгом посредством взаимодействия с кишечной нервной системой и другими механизмами, которые могут быть гормональными или иммунологическими.

Основными бактериальными типами, или типами, присутствующими в кишечнике, являются Firmicutes и Bacteroidetes , которые составляют 90% кишечной микробиоты.

Другими являются актинобактерии , протеобактерии , Fusobacterua и Verrucomicrobia . К ним относятся некоторые знакомые бактериальные группы или роды из рода Firmicutes , такие как Lactobacillus , который известен своим положительным влиянием на здоровье.

С другой стороны, некоторые виды Firmicutes могут быстро вызывать заболевание, если они зарастают, такие как Staphylococcus aureus и Clostridium perfringens .

Тип Proteobacteria включает несколько известных патогенных групп, таких как бактерии Enterobacter, Helicobacter , Shigella и Salmonella , а также Escherichia coli .

Между тем, тип Actinobacteria включает тип Bifidobacterium bifidum , который, как правило, полезен для здоровых людей.

Этот список, однако, ни в коем случае не является исчерпывающим. Согласно собранным данным, в желудочно-кишечном тракте человека насчитывается около 2172 видов бактерий.

Если некоторые из этих названий звучат неудобно знакомо, это потому, что многие из этих бактерий могут вызвать инфекцию, если они чрезмерно колонизируются. И некоторые штаммы могут заразить кишечник через испорченную пищу или контакт с нечистыми поверхностями.

Некоторые штаммы кишечной палочки могут вызывать инфекции, которые приводят к диарее и рвоте, некоторые штаммы S. aureus могут стать устойчивыми к антибиотикам и вызывать тяжелые заболевания, а инфекции сальмонеллы могут вызывать диарейные заболевания.

Но кишечные бактерии, как правило, могут быть сильными союзниками в поддержании здоровья, и специалисты продолжают изучать множество способов, которыми эти микроорганизмы помогают нам поддерживать себя в хорошей форме.

«Это новый рубеж в медицине, и многие рассматривают микробиоту кишечника как дополнительную систему органов», – говорит специалист по инфекционным заболеваниям доктор Элизабет Хоманн в интервью Гарвардской медицинской школе.

«[Микробиота кишечника] наиболее важна для здоровья нашей желудочно-кишечной системы, но может иметь еще более серьезные последствия для нашего благополучия», – добавила она.

Другие микроорганизмы, присутствующие в кишечнике, представляют собой вирусы, но не те, которые обычно вызывают заболевание. Это тип, называемый «бактериофазами » – буквально «пожиратели бактерий», которые помогают поддерживать микробный баланс путем захвата внутренней деятельности бактерий.

Бактериофаги «составляют подавляющее большинство вирусного компонента кишечного микробиома», и исследователи утверждают, что часть их роли заключается в заражении определенных бактерий, чтобы сохранить здоровый баланс микроорганизмов в кишечнике. Тем не менее, многое о них остается плохо понятым.

Микроорганизмы во рту

Как и в кишечнике, во рту также содержатся многочисленные бактерии, необходимые для гомеостаза.

«Широкий спектр микроорганизмов присутствует в полости рта. Он находится в постоянном контакте и, как было показано, уязвим к воздействию окружающей среды », – поясняют авторы обзора, опубликованного в журнале« Устная и челюстно-лицевая патология » в 2019 году.

Они продолжают, отмечая, что «различные поверхности во рту колонизируются преимущественно бактериями полости рта», в зависимости от типа поверхности, к которой они прилипают, например, щеки, языка или зубов.

Микробиота полости рта содержит 12 бактериальных типов – Firmicutes, Fusobacteria, Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Chlamydiae, Chloroflexi, Spirochaetes, SR1, Synergistetes, Saccharibacteria и Gracilibacteria – с несколькими видами, названными или не названными.

Но во рту также находятся другие микроорганизмы, а именно простейшие, наиболее распространенными из которых являются Entamoeba gingivalis и Trichomonas tenax , а также грибы и вирусы.

В ротовой среде насчитывается 85 родов грибов, в том числе Candida, Cladosporium, Aureobasidium, Saccharomycetales, Aspergillus, Fusarium и Cryptococcus .

«[Микробиота полости рта] играет решающую роль в поддержании гомеостаза полости рта, защите полости рта и предотвращении развития заболеваний», – пишут авторы обзора 2019 года.

Как и в случае с другой микробиотой, если количество микроорганизмов, населяющих рот, становится несбалансированным, это может привести к развитию болезней, таких как различные бактериальные инфекции.

Женские урогенитальные зоны

Гениталии и мочевыводящие пути человека также содержат большое количество микроорганизмов.

Исследования показывают, что во влагалище «бактерии доминируют» в ландшафте, хотя на какие бактерии и в каких количествах ответить не так просто.

Недавние исследования показывают, что компоненты бактериальных популяций во влагалище могут не только колебаться на разных стадиях менструального цикла, но также могут различаться у людей разных рас и этнических групп.

Некоторые типы бактерий, идентифицированных во влагалищном канале, включают Lactobacilli , Prevotella , Dialister , Gardnerella , Megasphaera , Eggerthella и Aerococcus .

«Вагинальные микрофлора человека , кажется, играют ключевую роль в предотвращении ряда урогенитальных заболеваний, таких как бактериальный вагиноз , дрожжевых инфекций, передаваемых половым путем , инфекций мочевых путей , а также ВИЧ – инфекции,» говорит PNAS обзор.

Вот почему специалисты советуют проявлять крайнюю осторожность, когда дело доходит до интимной гигиены: многие продукты могут нарушить тонкий бактериальный баланс в этой области.

Однако в обзоре PNAS также отмечается, что «средства, с помощью которых [бактерии защищают от инфекции], недостаточно изучены».

Кроме того, мало что известно о микробиоте матки. Ученые начали его изучать только недавно и пока только в небольших группах. Одно исследование показало, что Lactobacillus и Flavobacterium оказались наиболее распространенными бактериями в матке, независимо от того, беременна ли женщина. Более глубокие исследования продолжаются.

Мало что известно также о микробиоте женского мочевого пузыря и уретры. В исследовании, опубликованном в « Current Opinion in Urology» в 2017 году, отмечается, что «подавляющее большинство исследований здоровья мочи проводилось без ведома или учета микробиоты мочи у женщин».

После недавних исследований выяснилось, что наиболее распространенными типами бактерий в женском уретре являются Lactobacillus , за которыми следуют Gardnerella, Corynebacterium, Streptococcus и Staphylococcus .

И хотя некоторые исследователи предполагают, что микробиота мочевого пузыря и женских мочевыводящих путей в значительной степени совпадают, другие просят отличаться. Одно исследование, опубликованное в этом году в журнале урологии , обнаружило существенные различия.

Его авторы также выдвигают гипотезу, что бактериальные популяции женских нижних мочевых путей могут варьироваться в зависимости от возраста, уровня сексуальной активности и того, вступил ли человек в менопаузу или нет .

Мужские урогенитальные зоны

Если исследователи до сих пор мало знают о микробиоте женских урогенитальных областей, они, похоже, еще меньше знают о тех, которые присутствуют в мужских мочеполовой области.

PLoS One исследования от 2010 найденных различий в микробных сообществах по обрезанию, по сравнению с необрезанными, пенисами, в культурно-независимом расследовании.

Более конкретно, бактерии семейства Clostridiales и Prevotellaceae оказались более многочисленными на необрезанных половых членах.

Авторы статьи отмечают, что такие различия могут играть роль в воспалении и подверженности инфекциям.

«У мужчин, которые не обрезаны, на половом члене значительно больше бактерий, и типы бактерий также очень разные», – отметил соавтор исследования доктор Синди Лю в интервью.

Кроме этого, очень мало что понимают в микробиоте полового члена. В том же интервью профессор Дебора Андерсон, которая преподает акушерство, гинекологию и микробиологию в Медицинской школе Бостонского университета, отметила, что:

«Пенис недостаточно изучен. Там может быть очень интересная история, но мы не провели должного исследования ».

На коже

Как и в кишечнике, в коже человека содержится множество бактерий и грибов.

Обзор, опубликованный в журнале Nature Reviews Microbiology в 2018 году, объясняет, что популяции бактерий сильно различаются по регионам кожи, а также зависят от ряда факторов, таких как влажность кожи и количество натурального масла или кожного сала.

Согласно обзору, «в сальных участках преобладали […] виды Propionibacterium , в то время как бактерии, которые процветают во влажной среде, такие как Staphylococcus и Corynebacterium , были преимущественно многочисленными во влажных областях, включая изгибы локтей и ступней».

Сообщества грибов, однако, кажутся довольно последовательными по составу, независимо от типа населенной кожи.

По словам исследователей, по всему телу и на коже рук грибы рода Malassezia являются наиболее распространенными. Напротив, комбинация Malassezia , Aspergillus , Cryptococcus , Rhodotorula и Epicoccum , среди прочих, наиболее распространена на коже ног.

Наиболее распространенными микроорганизмами на коже человека являются бактерии, а наименее распространенными являются грибы.

Бактерии на коже могут служить для предотвращения проникновения патогенных микроорганизмов и развития заболеваний, в зависимости от того, какие колонии преобладают. Как пишут авторы исследования:

«Взаимодействия между членами микробиоты как формируют резидентное микробное сообщество, так и предотвращают колонизацию патогенными бактериями в процессе, называемом« устойчивостью к колонизации ».»

«В определенных условиях, – продолжают они, – бактерии, которые обычно полезны для их хозяев, могут стать патогенными. Многие распространенные кожные заболевания связаны с изменениями в микробиоте, которые называются дисбиозом».

Микроорганизмы глаза

Бактерии преобладают на многих участках эпителиальной ткани, включая конъюнктиву, ткань, выстилающую внутреннюю часть век.

Согласно исследованию, проведенному в 2011 году , на конъюнктиве здорового человека присутствуют по меньшей мере пять бактериальных типов и 59 родов.

Преобладающими бактериальными родами являются: Pseudomonas, Propionibacterium, Bradyrhizobium, Corynebacterium, Acinetobacter, Brevundimonas, Staphylococci, Aquabacterium, Sphingomonas, Streptococcus, Streptophyta и Methylobacterium .

Некоторые грибы также присутствуют, и к ним относятся виды Candida , Aspergillus и Penicillium .

В настоящее время роль микробиома конъюнктивы остается неясной.

В легких

Мы часто думаем о бактериях в легких только в контексте респираторных заболеваний. Однако бактерии присутствуют и в здоровых легких.

Некоторые из наиболее распространенных бактериальных типов в здоровых легких – Firmicutes , Bacteriodetes , Proteobacteria , Fusobacteria и Actinobacteria , согласно обзору от 2017 года. Некоторые из наиболее распространенных родов – Prevotella , Veillonella и Streptococcus .

Когда нарушается тонкий баланс бактериальных популяций в легких, это может привести к развитию таких заболеваний, как астма и хроническая обструктивная болезнь легких.

Например, при астме количество бактерий Haemophilus и Neisseria увеличивается, а количество Prevotella и Veillonella уменьшается. Это подтверждает гипотезу о том, что дисбиоз микробиома легкого может быть основной причиной астмы.

Команда, представившая обзор 2017 года, подчеркивает необходимость дальнейшего изучения механизмов, связанных с микробиотой, которые могут влиять на здоровье легких, отмечая, что «в будущих исследованиях следует учитывать возможные сложные взаимодействия между бактериями, вирусами и грибами».

Микробиом человека является сложной системой, и исследователи продолжают узнавать больше о его важной роли в здоровье человека и его заболеваниях. В дальнейшем ученые стремятся глубже погрузиться в загадки этого микрокосма.