Бактерии заселяют все вокруг и внутри нас. Они любят теплую и влажную среду. В теле человека больше всего микроорганизмов находится во рту и кишечнике.
"Если коротко, то первое массивное заселение происходит, когда ребенок проходит через родовые пути матери. И затем постоянно развивается при кормлении грудью и введении твердой пищи. Лакто- и бифидобактерии просто превалируют у детей, а потом им трудно соревноваться с остальными представителями микробиоты, поэтому по мере взросления их представленность становится меньше."
Бактерии начинают заселять наше тело, когда мы еще находимся в утробе матери. Раньше считалось, что плацента и околоплодные воды стерильны, однако последние исследования показывают, что это не так. Пока неясно, как бактерии попадают в плаценту, но есть предположения, что на это влияет микрофлора влагалища, бактерии ротовой полости, которые в небольшом количестве могут попадать в кровоток, и микробиота кишечника, где иммунные клетки (дендритные) отбирают определенные бактерии, которые проникнут в плаценту.
Однако масштабное заселение кишечника бактериями происходит во время родов, кормления грудью и когда ребенок начинает есть твердую пищу. К 1,5–3 годам формируется профиль микробиоты человека, который содержит более 1000 видов бактерий. Кесарево сечение, использование антибиотиков, дисбаланс бактерий в кишечнике матери, преждевременные роды, отказ от кормления грудью — факторы, которые негативно влияют на формирование микробиоты.

Почему именно кишечник

Задача кишечника — впитать максимальное количество полезных веществ, а для этого нужна большая площадь поверхности. Чтобы ее уместить, строение кишечника представляет собой плотно прилегающие друг к другу складки с ворсинками и микроворсинками. Из-за этого кишечник часто сравнивают с бархатной тканью.
Поверхность кишечника покрыта слизистым слоем — муцином. Он защищает клетки кишечника от агрессивных представителей микробиоты. Муцин обновляется каждый час, так как часть этого слоя уносят фекальные массы по мере продвижения по кишечнику.
Влажная, теплая среда с большим количеством складок и отростков — идеальная среда для роста бактерий. Возможно, вы слышали миф, что количество бактерий в 10 раз превышает количество клеток в теле человека. В организме человека весом 70 килограмм и ростом 170 сантиметров содержится около 30 триллионов клеток и 39 триллионов бактерий кишечника. Хотя отношение не 1:10, число все равно впечатляющее.

Зачем нам бактерии

Пищеварительная система человека устроена так, чтобы разбивать всю поступающую еду на простые молекулы: делать их доступными для всасывания клетками и проникновения в кровоток. При этом есть вещества, которые наш организм переварить не может — сложные углеводы.

Сложные углеводы состоят из длинных цепочек молекул сахара, которые ферменты желудочно-кишечного тракта разорвать не в силе. В геноме человека просто нет информации о расщепляющих сложные углеводы соединениях, но гены бактерий кишечника кодируют десятки тысяч таких ферментов (полисахаридных лиаз).

И, казалось бы, зачем нам сложные углеводы, если даже в нашей ДНК не сказано, что с ними делать? В процессе расщепления сложных углеводов бактерии синтезируют витамины и короткоцепочечные жирные кислоты — главный источник энергии для клеток кишечника. У человека с бактериями выгодное сотрудничество: мы кормим их, а они кормят нас.
Еще один плюс такого сожительства — генетический материал бактерий более гибкий. Эти микроорганизмы гораздо быстрее подстраиваются под изменения окружающей среды в отличие от человека. Яркий тому пример, хотя и негативный для нас, — устойчивость бактерий к антибиотикам, которая отмечается сейчас всё чаще.

Как работает микробиота

Мы уже упомянули, что бактерии кишечника помогают усваивать клетчатку, производят короткоцепочечные жирные кислоты и витамины. Может возникнуть ощущение, что все это делает каждая бактерия, но это не так.

Микробиота — это целая экосистема со своими порядками и законами. Ее можно сравнить с мегаполисом, жители которого имеют самые разные профессии. Часть бактерий трудится на благо всего города и следит за патогенными микроорганизмами, чтобы они не нарушили порядок и не устроили революцию. Часть бактерий пассивны: они не приносят городу пользу, но и не создают проблем. А третья часть все время замышляет план, как захватить город и разграбить все нажитое. От нашего рациона зависит, кого из этих трех представителей будет больше.

Сложные углеводы — пища для законопослушных граждан микробиоты, которые заботятся о своем доме. Правда, это не готовое блюдо, которое мы подносим на тарелке. Для таких крошечных созданий молекула сложных углеводов выглядит скорее как срубленный дуб. Чтобы убрать ветки, заготовить бревно, распилить его, сделать дрова и спички, нужны самые разные виды бактерий.
Если какого-то вида бактерий не хватает, процесс расщепления углеводов, синтеза короткоцепочечных жирных кислот и витаминов будет менее эффективным. Поэтому чем больше самых разных продуктов с клетчаткой мы едим, тем выше разнообразие полезных бактерий и тем стабильнее ситуация в городе, несмотря на мелкие хулиганства со стороны патогенных микроорганизмов.

Что такое роды бактерий и как они соотносятся друг с другом

Как все население Земли можно поделить на страны и популяции, так и все бактерии кишечника можно разбить на семьи и роды. Семейство бактерий объединяет роды похожие по строению, но разные по функциям. А отделы объединяют разные семейства.

Большинство родов бактерий микробиоты относится к двум отделам: Bacteroidetes и Firmicutes. В первом отделе наиболее распространены роды Bacteroides и Prevotella, а во втором — Faecalibacterium, Ruminococcus, Eubacterium, Blautia, Roseburia, Coprococcus. Еще есть род бактерий Akkermansia, наличие которого считается маркером здоровья. В кишечнике человека это единственный представитель отдела Verrucomicrobia.

В ряде исследований упоминается отношение Bacteroidetes к Firmicutes. В одних работах отмечается, что Firmicutes больше у полных людей, а в других — наоборот. На деле же все более запутанно. Род бактерий Bacteroides ассоциирован с западной диетой, которая скорее способствует набору веса, а Firmicutes — главные производители энергоемкого вещества, которое помогает нашему организму оставаться здоровым. Поэтому остается неясным, почему преобладание Firmicutes по результатам исследований может быть признаком ожирения.

Ниже мы приводим среднюю статистику по пользователям теста «Генетика микробиоты» Атласа. Отметим, что большая часть образцов поступает к нам из Москвы, поэтому такое соотношение характерно скорее для жителей больших городов.

Главная роль Bacteroides — расщеплять и помогать человеку усваивать клетчатку. Как мы уже говорили в первой статье, у человека просто нет генов, которые кодируют информацию о расщеплении сложных углеводов (кроме крахмала и гликогена). Эту способность мы добираем за счет генома бактерий.

Bacteroides способны распознавать и перерабатывать более дюжины волокон, а некоторые виды содержат более 260 генов для их метаболизма. Также они обрабатывают сахара и белки, поэтому большая представленность этого рода связана с западной диетой, богатой мясными и сладкими блюдами.

Bacteroides заботятся не только о своем хозяине, но и помогают соседям. Они создают благотворную среду для других полезных бактерий кишечника. Например, Bacteroides снижают уровни кислорода, что позволяет анаэробным родам расти.

Высоким значением считается 13,78%

Роды Prevotella и Bacteroides относятся к одному отделу, однако представленность Prevotella связана с растительной диетой и чаще встречается среди племен Африки и Амазонии, до которых западная диета не дошла. В западных странах преобладание Prevotella встречается у вегетарианцев и приверженцев Средиземноморской диеты. В то же время этот род связан с большим содержанием не только сложных углеводов, но и простых сахаров. Поэтому численность Prevotella часто выше у сладкоежек.

Тем, у кого представленность Prevotella выше, чем Bacteroides, повезло немного больше. Исследование шведского университета Гётеборга показало, что увеличенное число Prevotella в микробиоте нормализует обмен глюкозы. У мышей с микробиотой людей из исследования, отмечалось повышенное содержание гликогена в печени. Это значит, что гормон инсулин у мышей с такой микробиотой правильно выполняет свою работу и переносит поступающую глюкозу в печень, где она запасается в виде гликогена.

Когда инсулин не может переносить глюкозу, развивается резистентность и повышается риск ожирения и диабета 2 типа. Исследователи отмечают, что причиной высокого уровня Prevotella может быть диета богатой клетчаткой.

Высоким значением считается 16,87%

Faecalibacterium — главный производитель масляной кислоты. Эта короткоцепочечная жирная кислота составляет 90% питания клеток, выстилающих стенки кишечника. Когда ее не хватает, клетки хуже выполняют свои функции или вовсе отмирают, из-за чего снижается иммунная реакция организма и повышается риск воспалений. Поэтому Faecalibacterium считаются маркером здоровья: чем их больше, тем лучше.

Faecalibacterium производят масляную кислоту за счет расщепления сложных углеводов. Поэтому этого рода больше среди любителей овощей, фруктов и злаков.

Еще этот вид бактерий связан с удовлетворенностью качеством жизни. К такому выводу пришли ученые из Бельгии и Нидерландов. Они оценивали состав микробиоты и просили участников заполнить анкету об общем восприятии здоровья, ограничениях, связанных с физическими или эмоциональными проблемами, эмоциональном благополучии, физической боли, усталости или наличии сил. Исследователи отметили, что многие критерии, связанные с удовлетворенностью качеством жизни, положительно коррелировали с большой представленностью Faecalibacterium и Coprococcus. О втором роде мы расскажем ниже.

Высоким значением считается 11,64%

Ruminococcus — любители устойчивого крахмала, который содержится в зеленых бананах, чечевице, зеленом горошке, белой фасоли, остывшей пасте и картошке. В отличие от простого крахмала, устойчивый не расщепляется до простых сахаров и не переваривается организмом, и поэтому доходит до микробиоты целым. Также Ruminococcus — род бактерий, который способен перерабатывать целлюлозу, хотя большая ее часть оcтается непереваренной и помогает формировать каловые массы, которые быстрее проходят по кишечнику и меньше контактируют со стенками.

Сейчас активно изучается связь между Ruminococcus и развитием язвенного колита и болезни Крона. Несколько исследований показали, что у пациентов с воспалениями кишечника представленность определенного типа Ruminococcus — выше.

Высоким значением считается 3,7%

Eubacterium, как и Faecalibacterium, при расщеплении клетчатки синтезируют большую часть масляной кислоты. Численность Eubacterium увеличивается при добавлении в рацион цельных злаков и бурого риса и уменьшается, когда клетчатки в рационе становится мало. Eubacterium превращают лактат в кишечнике в масляную кислоту, что снижает кислотность и помогает стабилизировать микробиоту.

Что интересно, ученые сравнивали микробиоты молодых, людей 70 лет и долгожителей, которые прожили более 100 лет. Оказалось, микробиота молодых и 70–летних практически не отличается, а у долгожителей наблюдалось слабое хроническое воспаление (inflammageing). Ученые выявили даже характерную для таких людей бактерию — Eubacterium limosum. У них число этой бактерии было увеличено более чем в 10 раз.

Высоким значением считается 3,25%

Во время расщепления сложных углеводов Blautia производит ацетат, который, как и масляная кислота, является короткоцепочечной жирной кислотой. Он всасывается клетками кишечника, проходит гематоэнцефалический барьер и попадает в мозг.

Ацетат — важный источник питания для клеток глий, которые окружают нейроны и обеспечивают надежную передачу импульсов между ними. Согласно исследованию из журнала Nature при большом употреблении клетчатки ацетат запускает в гипоталамусе сигнал, подавляющий аппетит. Эта работа немного проливает свет на то, как богатая волокнами диета защищает человека от ожирения.

Несмотря на плюсы повышенная представленность Blautia связана с диабетом 2 типа. Это выяснили путем сравнения микробиот трех групп: пациентов с диабетом, преддиабетом и здоровых людей с нормальным метаболизмом глюкозы.

Высоким значением считается 2,23%
Roseburia расщепляет растительные маннаны. Эти вещества содержатся в орехах, бобовых, кокосах, томатах, кофейных зернах, а также они широко используются в пищевой промышленности как загустители и желирующие агенты. Маннаны могут увеличиваться в объеме до 200 раз, что уменьшает аппетит и дает чувство сытости.

Несколько исследований показали, что Roseburia играет важную роль в контроле воспалительных процессов в кишечнике, защите от атеросклероза и в иммунных реакциях организма. Ученые предполагают, что главным образом эти процессы происходят за счет синтеза масляной кислоты при употреблении достаточного количества клетчатки. Исследование показало, что те мышки, в микробиоме которых много Roseburia, но которые не получают достаточно клетчатки — не защищены от атеросклероза.

Меньшая представленность Roseburia отмечается у людей с воспалительными заболеваниями и колоректальным раком.

Высоким значением считается 3,5%
Тот самый род, который вместе с Faecalibacterium связан с удовлетворенностью качеством жизни. Кроме этого выяснилось, что Coprococcus связаны с развитием депрессии. Согласно исследованию из журнала Nature микробиота пациентов с депрессией содержит меньше Coprococcus и бактерий рода Dialister.

Coprococcus так же, как и многие другие роды отдела Firmicutes, расщепляют разные виды волокон и производят масляную кислоту. Еще представленность Coprococcus связана с низким индексом массы тела и высоким разнообразием микробиоты.

Высоким значением считается 2,74%
Эти роды начинают заселять наш организм с самого детства, так как содержатся в грудном молоке. Относительно других родов Bifidobacterium и Lactobacillus у взрослого человека немного, а иногда и нет совсем, но это не значит, что они бесполезны. Даже если эти бактерии не могут поселиться в вашей микробиоте и просто проходят через желудочно-кишечный тракт — они все равно взаимодействуют с другими бактериями и приносят пользу. Однако тем, у кого они представлены в микробиоте, повезло немного больше.

Bifidobacterium и Lactobacillus относятся к пробиотическим бактериям. Они способны подавлять рост патогенных бактерий, укреплять защитную функцию стенок кишечника и подавлять провоспалительные цитокины. Lactobacillus, так же как и Coprococcus, связаны с низким весом, а Bifidobacterium защищают кишечник от воспалительных заболеваний и колоректального рака. Еще Bifidobacterium и Lactobacillus синтезируют гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК). Этот нейромедиатор отвечает за внимание, эмоциональный и двигательный контроль. Сейчас активно изучается связь между приемом пробиотиков с Lactobacillus и снижением симптомов депрессии и тревожности.

Bifidobacterium и Lactobacillus содержатся в ферментированных продуктах, например кефире или хлебе на закваске, чайном грибе, квашеной капусте. Bifidobacterium и Lactobacillus микробиоты питаются галактоолигосахаридами, которые содержатся в топинамбуре, сое, чесноке, томатах, луке, бананах, яблоках, спарже и меде. Исследование на людях с непереносимостью лактозы показало, что такой тип волокна помогает этим пробиотическим видам расти.

Высоким значением Bifidobacterium считается 0,5%
Высоким значением Lactobacillus считается 0,16%
Большая представленность этой бактерии считается маркером здоровья человека, так как малый процент Akkermansia часто сопровождает диабет 2 типа, болезнь Крона и язвенный колит. Большой процент этой бактерии ассоциируется с низким весом и индексом массы тела, а также низким уровнем холестерина и глюкозы натощак.

В отличие от других родов Akkermansia питается слизистым слоем кишечника — муцином, поэтому во время периодов голодания, когда остальные бактерии не получают достаточного количества веществ, ее численность значительно увеличивается.

Бактерия не только потребляет муцин, но и помогает его производить. Ученые предполагают, что Akkermansia синтезирует жирные кислоты, которыми питаются клетки-производители слизистого слоя кишечника. А исследование с использованием эпителиальных клеток кишечника показало, что Akkermansia прилипает к клеткам и усиливает защиту, а не разрушает их, провоцируя воспаление.

Высоким значением считается 0,23%

Дисклеймер

Если вы выбрали себе бактерию и хотите заняться ее ростом — спешим вас расстроить. Здоровая микробиота характеризуется широким разнообразием самых разных видов бактерий, потому что она сдерживает рост условно-патогенных видов, синтезирует достаточное количество жирных кислот и защищает от воспалений. К тому же если в микробиоте нет определенного рода, то поселить его рационом вряд ли получится. Обзавестись новым родом можно только через пересадку микробиоты, но в этом случае состав бактерий полностью поменяется на состав донора.

В тесте «Генетика микробиоты» мы исследуем, каких родов бактерий у вас меньше в сравнении со средними показателями здоровых людей по популяции, и даем рекомендации по продуктам, которые способны увеличить численность тех или иных бактерий.