Как работает кишечный микробиом?

В тесном симбиозе с нашим организмом. Пожалуй, это самое точное определение того, как работает кишечный микробиом. Он часть нас самих, и не может существовать без поддержки человека. Как и мы не можем существовать без него. Более того, этот микробиом способен оказать воздействие похлеще, чем прием ЛСД.

Кишечный микробиом как отдельный орган

Вы когда-нибудь думали о том, чтобы завести дома формикарий? Представьте себе, как у Вас живет колония муравьев, которая постепенно перенимает Ваши вкусы и привычки. При этом уничтожает пауков и комаров. Собирает пыль и утилизирует объедки. При этом никак не мешая Вам. В конечном итоге симбиоз становится настолько плотным, что квартира всегда в порядке, а Вы даже не замечаете проворных букашек! При этом это происходит само, не нужно даже осознанное саморазвитие!

Вот то же самое и микробиом. Бактерии живут в нашем ЖКТ, выполняя привычную работу. Они питаются нашей же пищей, при этом обеспечивая защиту от других бактерий, и выделяя вещества, которые могут быть полезны нам, людям. Прямо таки, ноотропы без мифов, исключительно на образе жизни!

За счет именно этого симбиоза мы и живем. Бактерии кишечника регулируют, на самом деле, массу факторов. Начиная от психического состояния и заканчивая работой внутренних органов. К примеру, повышенное потребление бактериями холина – может вызвать депрессию. К стати, в борьбе с ней помогает та же спинномозговая жидкость. А тот же милдронат, который так полезен для мозга, может вредить сердцу из-за того, что бактерии, потребляя его, выделяют опасное для сердца вещество.

Можно ли улучшить кишечный микробиом?

Скажем так, дорогой друг, попытки предпринимаются и очень активные. Но и не менее опасные. Давайте сначала оценим риски, прежде чем накачивать организм разного рода бактериями и пробиотиками. Ведь в попытке продвигать умное саморазвитие можно умереть. Как? А очень просто:

Менять микрофлору можно двумя способами: смена рациона питания и режима дня, или же пересадка микрофлоры от другого человека. В первом случае Вам потребуется много времени и сил. Во втором – есть риск умереть;

Пробиотики, кефиры, йогурты. Безусловно, каждый из этих продуктов полезен для ЖКТ, но он не сделает Вашу микрофлору «лучше». Это равносильно тому чтобы сравнивать костер и ракетный двигатель. Пламя и жар есть там и там, но результаты отличаются диаметрально;

Резистентность к антибиотикам. В каждом из нас живет какая-то бактерия, которая адаптировалась к выживанию. Но и наш организм привык её угнетать, не давая возможности развернуться в полную мощь. А в новом организме эта бактерия не встретит никаких преград.

Кажется невероятным? Что ж, уже были случаи, когда люди умирали из-за пересадки микрофлоры. Пусть даже к этому и вели мотивы саморазвития.

Напоминает старый анекдот. Девушка, Вы бы вышли замуж за радикала? — За ради чего-чего, простите?

С другой стороны, есть и положительные моменты. К примеру, пересадка микробиома от худых людей к полным, уменьшает вес полных людей. Как именно? Об этом ниже.

Глобальный апгрейт мозга через микробиом

А что на счет мозга? Можно ли расширить его возможности, используя микробиом? Как ни странно, но да! И для этого есть все возможности. Ведь зачем использовать чьи-то бактерии, которые адаптированы под конкретную среду? Всегда можно вывести новый штамм, именно под Ваш запрос!

Что нового узнали про кишечный микробиом

Ученые изучили эффекты очень специфического бактериального штамма Bifidobacterium longum APC1472. Предыдущие исследования показали, что этот конкретный бактериальный штамм регулирует уровень грелина. Это гормон, который регулирует аппетит и метаболизм жиров.

В первом исследовании, бактерию поселили в мышах. Сами мыши, до участия в эксперименте, откармливались на специальной диете, которая способствует ожирению. Пробиотик же уменьшил жировые отложения. Но, что куда более важно, улучшил толерантность животных к глюкозе и снизил уровень кортизола. Обычно предполагают, что кортизол и окситоцин — это 2 стороны одной медали. Как стресс и удовольствие. Вот только и сам окситоцин стимулирует вовсе не удовольствие…

Вот только то, что бактерия так отлично сработала на мышах, никоим образом не означает, что она так же эффективно будет работать и с людьми. Поэтому ученые провели отдельное испытание:

Было собрано более 100 человек, с легкой формой ожирения;

Людей разделили на 2 равные группы. Одни получали плацебо, вторые – добавку B. longum APC1472;

Исследование длилось 12 недель.

В итоге, у группы, принимавшей препарат, снизился уровень глюкозы в крови и нормализовался уровень активного грелина. Также у испытуемых снизился уровень кортизола – гормона стресса.

Результаты исследования

Что это дает нам, нейрохакерам? Как снижение массы тела и колебания с гормонами влияют на работу мозга? Непосредственно, дорогой друг, ведь все упирается в уровень сахара в крови и состояние капилляров головного мозга.

Как замечают сами ученые, люди не потеряли вес. Ожирение у мышей было вызвано HFD (диетой, с высоким содержанием жира). А значит, был нарушен метаболизм глюкозы в организме;

Добавка B. longum APC1472 нормализовала метаболизм и аппетит, снизив уровень сахара и стресса;

В свою очередь, мы прекрасно понимаем, что работа мозга зависит от потребления глюкозы – как главного топлива. А глюкоза содержится в сладких, и якобы «вредных» продуктах.

Гипотетически, нейрохакер может использовать добавку B. longum APC1472, для поддержания низкого уровня сахара в крови, при этом насыщая мозг необходимой ему глюкозой. Однако, это не идеальное решение, особенно с учетом того, что на рынке продается метформин, который также снижает уровень сахара.

Нейрохакинг через обратную связь

Микробиом – это «орган» нашего тела. Аугментация мозга через микробиом сложна и непредсказуема. Зато эффект остается с человеком на долгие годы, или пока не изменится образ жизни. В этом выгодное отличие от тех же курсов ноотропов без рецептов или психоделиков. А что думаете Вы, дорогой друг?

Напишите свое предположение в комментариях. Стали бы Вы изменять состояние микробиома? Или удобнее было бы пользоваться ноотропами или мозговыми имплантами? Спасибо Вам огромное за проявленный интерес.

Хорошего настроения, прочных нейронных связей и до встречи на новых диспутах, дорогие друзья!

Источник

Руайри Робертсон вырос в семье психологов. В детстве он вдоволь наслушался разговоров о мозге и будучи подростком-бунтарём он решил пойти в другом направлении. Так как его всегда интересовала еда, Руайри стал изучать питание человека. Но в итоге он не избежал изучения мозга, более того - он изучает два мозга. Что ещё за второй мозг и как так получилось - разберемся в сегодняшнем выпуске #ТЕДсаммари.

-------

В 1845 году в Российской империи родился любознательный мальчик, который вырос и стал потрясающим учёным. Илья Мечников внёс неоценимый вклад в науку и в 1908 году он получил Нобелевскую премию за изучение фагоцитов, важных клеток иммунной системы. Но последующие его открытия имели ещё большее значение для понимания здоровья человека.

Все мы провели первые 9 месяцев нашего существования внутри материнской матки. И это была практически стерильная среда. Но после рождения нас окутала невидимая оболочка из микробов из родовых путей матери. Впоследствии эти бактерии сформировали невидимый полуторакилограммовый орган в толстой кишке, и весит он как головной мозг.

Название этого важнейшего органа - микробиота, или микробиом. Сейчас 90% клеток в вашем теле — это бактериальные клетки и всего 10% — это ваши собственные человеческие клетки. Так что вы в бóльшей степени бактерия, нежели человек.

Наши кишечные бактерии переваривают определённую пищу, вырабатывают незаменимые витамины и гормоны, реагируют на лекарства и инфекции, контролируют уровень сахара и холестерина в крови. Они участвуют практически в каждом процессе в организме и функционируют почти как второй мозг. Илья Мечников выяснил это в 1892 году.

Тогда он жил в Париже и в это время бушевала эпидемия холеры. Мечников решил исследовать болезнь на себе и выпил бульон с холерным вибрионом. Но он не заболел. Его коллега проделал то же самое и тоже остался здоров. А другой коллега заболел и едва не умер. Мечников обнаружил, что определённые виды бактерий из кишечника человека поддерживали и стимулировали рост холерного вибриона, а другие — подавляли.

В то время кишечник считали вредоносным вместилищем токсинов. В 1916 году Мечников умер и идею о пользе бактерий кишечника забыли. А потом наступила эпоха антибиотиков и человечество развернуло войну с бактериями.

По словам Руайри Робертсона, в итоге наши кишечные «леса» превратились в пустоши. Но к счастью человечество начинает осознавать важность микробиоты. Однако мы не совсем понимаем роль бактерий в качестве нашего второго мозга.

Был проведен интересный эксперимент. В мышей поселили микроб Toxoplasma gondii. В итоге грызуны не просто переставали бояться кошек, их влекло к ним. К несчастью для мышей бедняги в таких случаях обычно становились обедом для котов. Но этот эксперимент показывает как сильно микробы влияют на наше поведение.

Мозг состоит из сотни миллиардов нейронов, которые постоянно посылают сигналы, говорящие телу, как работать и вести себя. Интересно, что в кишечнике человека сто миллионов нейронов. Также микробиом является центральной точкой иммунной системы, а значит, нарушения в ней способны при длительном воздействии повлиять на здоровье мозга.

И наконец 90% серотонина (природного антидепрессанта) вырабатывается в кишечнике, а в мозге - менее 10 процентов.

Исследования показывают, что подкармливая определённые штаммы бактерий, можно влиять на память, стрессовое поведение и гормоны у животных. Так как же мы можем помочь нашей микробиоте?

Руайри Робертсон с коллегами из Института микробиома в Ирландии и другими учёными со всего мира составили список продуктов, которые могут служить пребиотиками, то есть стимулировать рост «здоровых» бактерий в кишечнике.

В список вошли цельнозерновые продукты, яблоки, лук-порей, лук репчатый, чеснок, бананы, спаржа, мёд, артишоки, орехи, семена, корнеплоды, фасоль, чечевица, турецкий горох, экстракт зеленого чая, экстракты какао и экстракты красного вина.

Руайри Робертсон считает, что мы должны в бóльшей степени ценить микробов внутри нас. Здесь есть пища для размышлений.

К 1998 году российская орбитальная станция "Мир" находилась на орбите уже 12 лет. Возраст давал о себе знать: случались перебои в электропитании, компьютеры выходили из строя, система климат-контроля стала подтекать.

Но когда члены экипажа станции приступили к исследованию различных типов микробов, с которыми делили жизненное пространство, они были поражены тем, что увидели.

Открыв одну из съемных панелей, космонавты обнаружили под ней несколько шаров (невесомость!) с мутной водой - каждый размером с футбольный мяч. Оказалось, что вода кишит бактериями, грибками и микроскопическими клещами.

Однако еще более тревожным было то, что колонии микроорганизмов атаковали прорезиненные уплотнители иллюминаторов, а бактерии, выделяющие кислоту, лакомились электрическими кабелями.

Любой модуль станции "Мир" был образцовой чистоты, когда его запускали с Земли. Сборка велась в стерильных помещениях, инженеры носили маски и защитную одежду.

Вся нежелательная жизнь, обитавшая в орбитальной лаборатории, была принесена на нее членами многонациональных экипажей, прилетающими на станцию.

В своей жизни мы соседствуем с микробами, мы делим с ними и наше тело. Бактерии населяют наш кишечник, микроскопические клещи грызут нашу отмирающую кожу. По оценкам ученых, более половины клеток нашего организма не принадлежит человеку.

Большинство микробов не просто безвредны, они важны для нас - и для переваривания пищи, и для защиты от болезней. Куда бы мы не пошли, мы несем с собой свой микробиом, и он, так же как и люди, приспосабливается к жизни в космосе, попадая на орбиту.

"Жизнь в космосе полна стресса не только для людей, - говорит Кристин Мойссл-Айхингер, которая недавно руководила исследованием Европейского космического агентства (ЕSА), в ходе которого изучались образцы микробиома МКС, собранные астронавтами и космонавтами, побывавшими там.

"Полет в космос полон стрессовых ситуаций для членов экипажа, и мы решили выяснить, подвергаются ли тому же самому и микробы, и как они на это реагируют - возможно, в этом есть что-то опасное?"

Это исследование было весьма своевременным. В ноябре 2020 года исполнится 20 лет с тех пор, как на МКС начали работать люди.

Учитывая опыт "Мира", биологи беспокоились, что еще они найдут на борту станции. Не окажется ли, что микроорганизмы мутировали так, что представляют угрозу как для МКС, так и для астронавтов?

Ученые обнаружили, что на МКС сложилась устойчивая популяция из примерно 55 различных типов микроорганизмов. Несмотря на отсутствие гравитации, эти бактерии, грибки, плесень, простейшие и вирусы прекрасно приспособились к новому окружению.

"У них не развилась повышенная устойчивость к антибиотикам или какие-то иные свойства, опасные для человека, - рассказывает Мойссл-Айхингер. - Но оказалось, что они приспособились к жизни на металлических поверхностях".

Эти жующие металл микробы, как и в случае с "Миром", могут представлять в долгосрочной перспективе опасность для систем орбитальной станции.

Контроль за сообществом микроорганизмов МКС входит в обязанности экипажа. Каждую неделю астронавты протирают поверхности противомикробными салфетками и пользуются пылесосом. И это в добавок к ежедневной уборке на кухне и в зоне тренажеров (на которых из-за пота от упражнений может образоваться плесень).

"В поддержании порядка мы частично полагаемся на космонавтов, - говорит Кристоф Лассер, возглавляющий в ЕSА исследования в области систем жизнеобеспечения. - Но и на технологии, благодаря которым фильтры очищают воздух и на станции всегда есть чистая вода".

Уроки "Мира" были учтены при конструировании МКС. Воздух на станции суше (ведь жизнь любит воду), движение воздуха более заметно - постоянный ветерок гонит любую пыль в фильтры очистительной системы.

"Основная разница [в этом смысле] между вашим домом и МКС в том, что на станции пыль не оседает, а собирается в вентиляции, - говорит Лассер. - И вообще любой предмет - карандаш или очки - поток воздуха будет гнать в направлении фильтров".

В общем, всё, что не закреплено, будет летать по станции.

Опыт эксплуатации МКС показывает, что в космосе люди могут сосуществовать со своим микробиомом без каких-либо серьезных негативных последствий.

Однако ученых беспокоит то, что может случиться, когда мы покинем относительно безопасную низкую околоземную орбиту и отправимся к Луне или Марсу.

"Сегодня орбитальная станция вращается ниже радиационного пояса Земли (пояса Ван Аллена), так что воздействие радиации невелико, - говорит Лассер. - Но когда мы выйдем за пределы этого пояса, радиация возрастет и, возможно, эволюция микроорганизмов, их генетическая мутация пойдет быстрее".

Сейчас в NASA разрабатывают новую космическую станцию, которая будет вращаться вокруг Луны (ее название - "Гейтуэй", "Портал", "Ворота"). Астронавты на ней будут жить несколько недель, а затем, видимо, покидать ее на месяцы, оставляя пустой.

"Нам надо быть уверенными, что на пустующей станции не будет условий для бесконтрольного роста микроорганизмов, - подчеркивает Лассер. - Потому что это может стать опасным".

Ученые думают и о том, что случится, когда мы принесем свой микробиом на Марс.

На Красной планете пока не было людей, и то, что человечество туда отправляло, было безукоризненно чистым.

Например, сборка последнего марсохода ЕSА велась в Великобритании в стерильных помещениях, инженеры были одеты в специальные костюмы, специальное нижнее белье, маски и перчатки. (Совместная российско-европейская миссия ExoMars по исследованию признаков жизни на Марсе перенесена на 2022 год. - прим. Би-би-си) Это крайне важно - не занести на другую планету формы земной жизни.

Понятно, однако, что люди, когда доберутся до Марса, не будут идеально чистыми, и избавиться от всех земных микробов невозможно, а уж от собственного микробиома - просто опасно для жизни.

Так как же нам избежать загрязнения Марса земными бактериями, чтобы потом не принять их за марсианские?

"Да, на теле у нас очень много микробов, но мы не собираемся гулять по Марсу обнаженными, - рассуждает сотрудник ЕSА Герхард Кминек. - Астронавты будут одеты в скафандры - чтобы остаться в живых и чтобы удерживать любое загрязнение внутри".

Главное здесь - как избежать попадания человеческих микробов на марсианскую почву с внешней поверхности скафандров. Над решением этой задачи сейчас трудится рабочая группа, созданная главными мировыми космическими агентствами. Свои рекомендации она намерена опубликовать уже в этом году.

Однако еще более чувствительный вопрос - о возможном попадании на земную почву марсианских микробов.

Миссия по доставке образцов марсианского грунта пока в стадии разработки. Есть шанс, что в этих образцах может оказаться инопланетная жизнь.

Научная фантастика уже давно нас предупреждает: с такими вещами надо быть крайне осторожными, если мы не хотим заразить Землю чем-нибудь ужасным - достаточно вспомнить "Штамм "Андромеда" или "Нечто".

И хотя последнее исследование показало, что на борту МКС не выросло ничего опасного, понимание того, как развивается микробиом станции, поможет обеспечить безопасность первых людей, слетавших на Марс.

"Когда астронавты вернутся с Марса и мы увидим в их микробиоме нечто, нам надо будет разобраться - то ли это вызвано биологией Марса, то ли мы это уже видели у тех, кто раньше летал в космос", - говорит Кминек, и его слова звучат угрожающе.

Между тем у микробиологов есть еще один потенциально интереснейший объект для изучения - 96 мешков с отходами человеческой жизнедеятельности, оставленных на Луне 50 лет назад астронавтами "Аполлона".

Когда в течение следующего десятилетия люди вернутся на Луну, NASA надеется, что они найдут там хотя бы несколько из этих мешков и выяснят, живы ли в бактерии в них. Если живы, то это станет еще одним маленьким шагом к пониманию микробиома человека. ссылка

Анимационный ролик о микробиоме кишечника, его питании и способности противостоять раку.

Резистентные крахмалы - это крахмалы с большим содержанием амилозы. В отличие от амелопектина, она формирует более плотную структуру поверхности и ферменты, расщепляющие крахмал (амилазы) физически не способны проникнуть к нужным местам цепочки, чтобы сделать свою работу.

Антиканцерогенное действие бутирата (масляной кислоты) связано с регуляцией работы деацетилаз гистонов, что в свою очередь, регулирует экспрессию белка CDKN1A, который в итоге, повышает эффективность репарации ДНК. Так же бутират предотвращает метилирование одного из генов, экспрессирующих белок-стартер апоптоза (GPR109A) и повышает экспрессию глутатион-S-трансфераз, которые повышают устойчивость клеток к генотоксичным канцерогенам.

Перевод и озвучка мои.

Музыка: композиция "Genesis" группы Nobody.one.

Оригинал видео и подробности (англ.): http://csiro.au/hungrymicrobiome