Микробиотная гипотеза происхождения и деятельности души

Марина Уманец, 2023

Эта научно-популярная книга-рукопись будет интересна широкому кругу читателей, кто задается вопросом: «Что есть душа?». Автор книги – врач, и новые гипотезы о происхождении и деятельности души имеют тесную связь с новыми открытиями в медицине, генетике, микробиологии и в других смежных науках. Книга насыщена интереснейшими фактами с ссылками на источники, что расширит кругозор читателей и также наведет на свои мысли и рассуждения. Книга писалась на протяжении 2020-2023 гг.

Глава 1. Новое открытие в медицине

Двести пятьдесят лет тому назад малоизвестный человек по имени Левенгук

впервые заглянул в новый таинственный мир, населенный мельчайшими живыми

существами, одни из которых злы и смертоносны, другие дружественны и полезны,

а некоторые играют более важную роль в жизни человечества, чем какой-нибудь

материк или архипелаг.

Поль де Крюи"Охотники за микробами"

Еще более 20 лет назад о микробиоте практически никто не говорил. О ней не преподавали в университетах, врачи не обсуждали с коллегами ее влияние на организм и не рассказывали на своих приемах о ней пациентам. За последние 10 лет микробиота стала обсуждаема за пределами узкого круга специалистов. Перед тем как углубиться в философские рассуждения, было принято познакомить заинтересованного читателя с базовыми понятиями и открытиями, которые повлияли и вдохновили меня на написание этой книги.

Начнем с главных определений.

Так что же это такое — «МИКРОБИОТА»:

Микробиота — это эволюционно сложившееся сообщество разнообразных микроорганизмов, населяющих открытые полости организма человека, определяющее биохимическое, метаболическое и иммунологическое равновесие макроорганизма. Микрофлора (микробиота) — собирательное название микроорганизмов, находящихся в симбиозе с человеком.

Термин «микробиота», обозначающий нормальную микробиоту высших организмов, был впервые опубликован в монографии Т. Rosebury «Microorganisms Indigenous to Man» в 1962 г. В настоящее время данное название микроорганизмов — обитателей человеческого организма — полностью принято в современной литературе [1-3].

Значительная часть (более 60%) микрофлоры заселяет различные отделы желудочно-кишечного тракта, примерно 15% приходится на ротоглотку, на урогенитальный тракт — 11%(из них на вагинальный отдел — 9%), 14% — на кожные покровы [6].

Рассмотрим тезисно кишечную микробиоту и микробиоту кожи.

Кишечная микробиота, в основной своей массе обездвиженная в структуре биопленок становится сложной метаболической системой пищеварения в симбиозе, выполняющей многие взаимополезные функции, обусловленные её ферментативной активностью и способностью активировать реакции врожденного иммунитета [2].

У людей, согласно современным данным, выявляют три типа кишечной микробиоты:

• Prevotella-enterotype

• Bacteroides-enterotype

• Ruminecoccus-enterotype

В результате исследований, опубликованных в журнале Nature в 2011 году, выявлена взаимосвязь между численностью каждого таксона бактерий и характером питания людей.

Так, энтеротип Prevotella-enterotype чаще встречается у вегетарианцев и жителей сельской местности — типичный для лиц с углеводной диетой. Энтеротип Bacteroides-enterotype доминирует у мясоедов и любителей восточной кухни. Их пища обогащена белками, аминокислотами, насыщенными жирными кислотами. Третий энтеротип — Ruminecoccus-enterotype, встречается у людей со сбалансированным разнообразным питанием. При этом энтеротипы могут переходить из одного в другой.

Микробиота кишечника способна влиять на работу сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, повышать риск развития сахарного диабета, ожирения, бронхиальной астмы, аллергий, оказывать влияние на работу мозга, пищевого поведения, связана с поведенческими нарушениями. Микробиота способна воздействовать на работу гормонов, нервной и иммунной системы — например, эффективность терапии при некоторых онкологических заболеваниях сильно зависит от того, как на неё реагирует микрофлора кишечника.

Микробиота кожи имеет свои особенности, которые еще недостаточно изучены на сегодняшний день. В этой главе рассмотрим только состав микрофлоры кожи.

На коже взрослого здорового человека определяются 19 таксономических рангов (филов) микроорганизмов. Большинство бактерий кожи относятся к четырем из них: Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes и Proteobacteria. Эти же филы доминируют и на слизистой полости рта и желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), однако их пропорции отличаются от таковых на коже. Так, количество Actinobacteria больше на коже, в то время как в ЖКТ превалируют Firmicutes и Bacteroidetes. Общей чертой микробных сообществ кишечника и кожи, по-видимому, является небольшое количество филов, но высокое разнообразие на уровне видов [9-15].

Метагеномный анализ показал, что Staphylococcus и Corynebacterium spp. — организмы, наиболее обильно колонизирующие влажные участки кожи, такие как область пупка, подмышечные впадины, паховая складка, межъягодичная складка, подошва стопы, подколенная ямка, область локтевого сгиба. Стафилококки занимают аэробную нишу на коже и, вероятно, используют мочевину, присутствующую в составе пота, в качестве источника азота [16, 17, 18, 19, 20, 21].

На сухих участках кожи (например, предплечьях, кистях) определяется наибольшее разнообразие микроорганизмов из филов Actinobacteria, Proteobacteria, Firmicutes и Bacteriodetes [20, 21, 22]. Удивительной особенностью микробиоты этих участков является обилие грамотрицательных микроорганизмов, хотя ранее считалось, что они колонизируют кожу редко, попадая из ЖКТ [23, 24].

На здоровой коже также были определены микроорганизмы, не относящиеся к бактериям: грибы (род Malassezia составляет 53–80% от общей популяции грибов) [25], клещи Demodex folliculorum и Demodex brevis (колонизация указанными микроорганизмами особенно увеличивается в областях, богатых сальными железами) и комменсальные вирусы [26].

Наиболее многочисленными резидентными группами микроорганизмов кожи являются пропионовые бактерии (грамположительные палочки), стафилококки и дрожжи рода Malassezia. Баланс этих микроорганизмов на коже является условием благополучия данной экосистемы, тогда как отклонение от нормы носительства ведет как к развитию различных кожных заболеваний, так и манифестации болезней, исходно протекавших субклинически. Изменение баланса нормофлоры ассоциировано с развитием кожных заболеваний [27].

О МИКРОБИОМЕ

Лауреат Нобелевской премии J. Lederberg в 2001 году предложил термин «микробиом» для обозначения всего генетического материала, содержащегося в микробиоте кишечника человека [3]. Численность генов «микробиома» значительно выше, чем собственных генов организма человека, что послужило основанием рассматривать совокупность всех микроорганизмов в качестве «суперорганизма» или"надорганизма"[4].

Установлено, что масса нормальной микробиоты кишечника взрослого человека составляет 2,5-3,0 кг численностью 1014 клеток это на порядок превышает количество наших собственных клеток. Основная микробная популяция обитает в толстом кишечнике, затем идет кожа (104–106 на см2), конъюнктива глаза, верхние дыхательные пути и влагалище. Подсчитано, что общий геном обнаруживаемых в ЖКТ бактерий, обозначаемый термином «микробиом», составляет 600 000 генов, что в 24 раза превышает размер генома человека, насчитывающего 25 000 функционирующих генов [5].

По результатам генетического анализа биоматериала было установлено, что в человеческом организме обитает свыше 10 тыс. видов различных микробов. Так, если в геноме человека содержится 22 тыс. генов, кодирующих белки для регуляции метаболизма, микробиом добавляет еще около 8 млн уникальных бактериальных генов [7].

Рис. 1 Значение микробиома в жизни человека

Как показал проект «геном человека», люди практически идентичны в своем генетическом составе, однако небольшие различия в ДНК порождают огромное фенотипическое разнообразие среди населения. Напротив, метагеном микробиоты человека ‒ суммарное содержание ДНК микробов, обитающих в организме человека, ‒ гораздо более изменчив, причем только одна треть его составляющих генов обнаружена у большинства здоровых людей. Понимание этой изменчивости в «здоровой микробиоте» стало серьезной проблемой в исследованиях микробиоты начиная с 1960-х годов [8].

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ…

Одно из первых и важнейших сообщений о роли микробиоты кишечника в чувствительности к инсулину и регуляции массы тела было сделано после того, как мыши, выращенные в стерильных условиях, примерно на 60% увеличили свой вес в ответ на введение микробиоты обычно выращенных мышей. Этот феномен сопровождался увеличением содержания жира в организме. Более того, возникновение резистентности к инсулину и непереносимость глюкозы наблюдались в течение 14 дней даже при снижении потребления пищи, что дало доказательства того, что сообщество бактерий каким-то образом контролирует энергетический метаболизм. Было также показано, что устойчивость к развитию ожирения мышей, 95 выращенных в стерильных условиях, связано с активацией окисления жирных кислот и увеличением расхода энергии. Даже при поступлении высококалорийной пищи мыши, выращенные в стерильных условиях, сохраняли свой вес в пределах нормы [28, 29]. Чтобы продемонстрировать, что измененный состав микробиоты кишечника является причиной, а не следствием ожирения или измененных привычек питания, микробиота от мышей с ожирением трансплантирована мышам со стерильным кишечником. Через 2 нед мыши-реципиенты «тучной микробиоты» экстрагировали больше калорий из пищи и стали прибавлять в весе больше, чем мыши, которым была осуществлена пересадка микробиоты от животных с нормальной массой тела [30]. Эксперименты на животных в целом согласуются с исследованиями на людях.

***

В августе 2014 года судмедэксперт Гульназ Джаван из Алабамского государственного университета вместе с коллегами опубликовала первое исследование под названием «Thanatomicrobiome» (от греческого «танатос» — смерть). Пока мы живы, в большинстве наших внутренних органов нет микробов. Но, вскоре после смерти иммунная система перестаёт работать, и микробы свободно распространяются по всему телу. Начинается это, как правило, в кишечнике, на стыке между толстым кишечником и тонким. Затем бактерии проникают в капилляры пищеварительной системы и в лимфатические узлы, попадая вначале в печень и селезёнку, а потом в сердце и мозг. Исследования Джаван показали, что бактерии попадают в печень примерно через 20 часов после смерти и им требуется как минимум 58 часов для того, чтобы распространиться на все остальные органы, с которых брались образцы. По мере самопереваривания и распространения бактерий из пищеварительного тракта в трупе начинаются процессы разложения. Это «молекулярная смерть», то есть распад мягких тканей на газы, соли и жидкости. Разложение связано с тем, что в теле на смену аэробным бактериям, для размножения которых нужен кислород, приходят бактерии анаэробные, для жизнедеятельности которых кислород не требуется. Они питаются тканями организма и производят газообразные побочные продукты, такие как сероводород, метан и аммиак, которые скапливаются в теле.

***

Рис.2. Возможные определения здорового микробиома: состав, функция, динамика и экология [31]

Нейроанатом Розалинда Робертс из университета Алабамы в Бирмингеме (США) в 2018 г. нашла микробиоту в мозге и задалась вопросом, могли ли бактерии из кишечника просочиться по кровеносным сосудам в мозг в течение тех нескольких часов, которые прошли от смерти человека до удаления головного мозга. Поэтому она посмотрела на здоровые мозги мышей, которые были сохранены сразу же после смерти грызунов. Там оказалось еще больше бактерий. Затем она взглянула на головной орган стерильных мышей, в которых совсем нет микробов. В мозге их тоже не оказалось.

Секвенирование РНК показало, что большинство бактерий относились к трем типах, характерным для микробиомы кишечника: Firmicutes, Proteobacteria и Bacteroidetes. Робертс не знает, как эти бактерии могли попасть в мозг. Возможно, они «перекочевали» из кровеносных сосудов, двигаясь по нервам из кишечника или даже проникая через нос. И она не может сказать о том, полезны они или вредны. Ученый не видела признаков воспаления, чтобы предположить, что они причиняют вред. Но еще не было и количественного анализа бактерий в мозге, поврежденном шизофренией, и в здоровом мозге. Если окажется, что существуют значительные различия, в будущих исследованиях можно было бы изучить, как эта «микробиома мозга» может поддерживать здоровье мозга или угрожать ему [54].

Рис. 3. Функции микробиоты [58]

Формирование кишечной микробиоты начинается рано, ребенок получает микрофлору матери внутриутробно в течение всей беременности, а также во время естественных родов и в постнатальном периоде. Внутриутробный и неонатальный периоды представляют собой критические этапы формирования микробиома ребенка, от которых во многом зависит состояние его здоровья в течение всей жизни. Состав формирующейся микробиоты зависит от гестационного возраста ребенка, способа родоразрешения, типа вскарммливания, антибактериальной терапии, санитарно-гигиенических условий окружающей среды, географических условий и др. [55-56].

Микробиота имеет свой уникальный состав и развивается на протяжении всей жизни [57].

Из этой главы мы тезисно вынесем следующую информацию:

1. Масса нормальной микробиоты кишечника взрослого человека составляет 2,5-3,0 кг численностью 1014 клеток.

2. Микробиом имеет около 8 млн уникальных бактериальных генов.

3. Основная микробная популяция обитает в толстом кишечнике, затем идет кожа, конъюнктива глаза, верхние дыхательные пути и влагалище.

4. На коже взрослого здорового человека определяются 19 таксономических рангов (филов) микроорганизмов. Большинство бактерий кожи относятся к четырем из них: Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes и Proteobacteria. Эти же филы доминируют и на слизистой полости рта и ЖКТ, однако их пропорции отличаются от таковых на коже.

5. Микробиом — это совокупность генов микроорганизмов в организме человека, а микробиота — вся экосистема микробов с набором генетических признаков и сложными взаимоотношениями внутри нее.

6. Найдена микробиота в мозге.

7. Микробиота имеет свой уникальный состав и развивается на протяжении всей жизни

8. Микробиота в симбиозе и под контролем иммунной системы. В данном случае, иммунная система выступает как департамент безопасности: знает на что микробиом способен, коммуницирует с ним, а когда нужно — сдерживает. Но что интересно, насколько будет «сильный» иммунитет также зависит и от состава микробиоты. Имунную систему включаем в звено «часового механизма».

9. Ребенок получает свою первую микрофлору от матери внутриутробно в течение всей беременности через кровоток, а также во время естественных родов и в постнатальном периоде.

10. Микробиота материальна.

11. Микробиота — одно из звеньев «часового механизма» в моей гипотезе происхождения и деятельности души. Почему? Отвечу во второй части книги.