В генетике мы уже не можем говорить только о геноме человека. Помимо этого одного генома, у людей есть тысячи других геномов – мы говорим об огромном количестве микроорганизмов внутри него.

Человек – сверхорганизм. Это означает, что в организме человека живут миллионы микроорганизмов, которые действуют системно, образуя огромный орган – микробиом повсюду в человеческом теле и на поверхности тела. Их масса в одном человеческом теле достигает трех килограммов, все они общаются друг с другом и помогают регулировать наше здоровье и благополучие. Генетик Элин Орг может часами говорить о бактериях и очень гордится тем, что второй год подряд генный форум провел сеанс микробиома, патогены и попытался искоренить их любой ценой, технологические разработки последних лет сделали возможным дифференцировать микробы на основе их ДНК. Оказывается, большинство из них необходимы и полезны. Итак, помимо нашего собственного генома, существуют тысячи других геномов, которые тем или иным образом влияют на нас. Большинство хороших бактерий живут в кишечнике человека. Элин Орг подчеркивает, что чем разнообразнее их видовое богатство, тем лучше. «Например, микроорганизмы производят витамины группы B и K, гормоны и несколько важных сигнальных молекул», – объясняет он. «Кишечные микробы даже производят у людей нейротрансмиттеры или стимуляторы, которые, как считалось, вырабатываются только в человеческом мозге». Хорошие бактерии помогают расщеплять питательные вещества, которые у людей нет ферментов для разложения. При этом они производят жизненно важные и специфические сигнальные молекулы, которые в противном случае организм не производил бы, но они регулируют развитие иммунной системы человека и влияют на здоровье в более широком смысле.
Бактерии нужно хорошо кормить
Что касается разнообразия бактерий в кишечнике людей в западном обществе, то оно в сотни раз меньше, чем в определенных популяциях в Африке, которые питаются тем, что человек ел тысячи лет назад. Что может предложить природа.

Почему это так?

Элин Орг отвечает, что микробиом человека меняется на протяжении всей его жизни и на него влияет множество факторов, главным из которых является еда.

В разнообразии микробиома кишечника человек может многое сделать, если он понимает, как кормить бактерии.

Так как большинство бактерий находится, например, в толстой кишке человека, важна диета с высоким содержанием клетчатки, поскольку она достигает толстой кишки. Употребляя простой сахар или только жиры, человек лишает свои полезных бактерий голода.

Личное питание и лекарства
Вещества, питающие бактерии, называются пребиотиками. Очень сильные пребиотики – это продукты с высоким содержанием клетчатки, сложные растительные соединения, которые не усваиваются человеком и попадают в кишечник: злаки, орехи, артишоки.

О пробиотиках тоже много говорят, но пробиотики – это живые бактериальные культуры, которые людям рекомендуется есть, и здесь обязательно вспоминаются бактерия Hellus, открытая профессором Марикой Микелсаар, и молочные продукты, обогащенные ею.

Каждый человеческий микробиом уникален. «Следовательно, мы не можем делиться одними и теми же рекомендациями со всеми», – говорит Элин Орг. «Если два человека съедят один банан, эффект может быть разным в зависимости от микробного сообщества того или другого человека. Вот почему в будущем мы обязательно будем говорить о персональном питании, потому что микробное сообщество нашего кишечника влияет на усвоение питательных веществ ».

Однако также было доказано, что люди со схожим генетическим кодом, например близнецы, имеют схожие микробные сообщества и что у людей, живущих вместе, более похожий микробиом, потому что их диета и среда обитания схожи. В будущем Элин Орг хочет сосредоточиться на  совместной работе. По её словам, в мире уже опубликованы исследования на эту тему. Было изучено, могут ли определенные виды бактерий каким-либо образом быть затронуты ДНК человека, могут ли виды бактерий передаваться по наследству, или как болезни изменяют микробиом человека и как бактерии влияют на способ приема лекарств. геном и поиск вариантов генов, которые могут сыграть роль в приеме препарата, исследователи уделяют все больше внимания микробному сообществу кишечника человека. Ряд препаратов уже известен в котором микробиом играет роль.
Очень интересная тема – это трансплантация фекалий, то есть передача фекалий одного человека другому.

Если лекарство не оказывает ожидаемого эффекта или вызывает расстройство желудка, это может быть связано с наличием микробных сообществ в кишечнике человека, которые, например, не позволяют лекарству метаболизироваться или иным образом влияют на его действие. Комплексный эффект, это всегда можно что-то с этим сделать.

Кишечник и мозг
Элин Орг отмечает, что кишечные бактерии далеко не ограничиваются заболеваниями пищеварительной системы, такими как язвенный колит или ожирение.

Как ни удивительно, но бактерии даже способствуют развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона. Org относится к работе исследовательской группы профессора из Калифорнии, опубликованной несколько месяцев назад, которая искала и обнаружила связь между болезнью Паркинсона и микробиомом. Та же исследовательская группа ранее обнаружила связь между кишечными микробами и аутизмом. Связь между кишечником и мозгом через деятельность микроорганизмов в настоящее время является очень интересной и актуальной областью исследований.

Elin Org предоставляет интересные примеры создания полностью свободных от бактерий мышей для оценки воздействия бактерий и содержания их в стерильных условиях, как если бы они умерли в обычных условиях.

Но именно на таких моделях мышей была обнаружена связь между активностью бактерий и заболеванием, включая болезнь Паркинсона.

Поскольку мыши являются копрофагами или поедателями стула, мышам, лишенным бактерий, давали кал человека с болезнью Паркинсона и наблюдали, что произойдет. У этих мышей развилась болезнь Паркинсона.

То же самое наблюдается и с ожирением.

Были изучены особые яйцеклетки-близнецы, один из которых страдает ожирением, а другой – нет. Мышь, которая ела фекалии толстого близнеца, вскоре стала толстой, другая мышь осталась тонкой.

Затем этих мышей собрали вместе, чтобы они поедали фекалии друг друга и обменивались бактериальными сообществами. Потом выяснилось, что когда толстая мышь, которая жила с худыми, могла есть нормальную пищу, не слишком жирную или слишком сладкую, она снова становилась худой.

Опять же, важно не только то, что мы едим, но и то, как мы питаем наши бактерии.
Спорные препараты
Антибиотики играют чрезвычайно важную роль в жизни микроорганизмов, и за последние 50 лет их использовали гораздо больше, чем следовало бы.

В основном это препараты с широким спектром действия, которые также убивают большинство кишечных микробов. Исследования показали, что для восстановления нормального кишечного микробиома может пройти целый год после однократного курса антибиотиков.

Использование антибиотиков особенно опасно в раннем детстве, когда иммунная система ребенка все еще развивается, потому что в этом случае область также очищается от организмов, которые могут помочь развитию иммунной системы ребенка. А если этих микроорганизмов нет, могут развиться очень серьезные заболевания.По словам Элин Орг, одной очень интересной темой является трансплантация фекалий, то есть передача фекалий одного человека другому. И он приводит пример устойчивой к антибиотикам бактерии из семейства Clostridium, которая может начать расти, когда антибиотики убивают весь микробиом кишечника.

Результатом является диарея, от которой пока не найдено хорошего лекарства. Единственное, что показало хорошие результаты, – это трансплантация фекалий.

Такой же эффект действует и при многих других заболеваниях. Итак, изменив бактериальное сообщество, человек может изменить свое здоровье.

Непереносимость глютена у человека также может быть связана не только с определенной особенностью генома человека, но и с отсутствием в его кишечнике бактерий, расщепляющих глютен. Но если мы думаем, что состав бактерий можно изменить, то есть можно лечить человека бактериями, то в будущем этот человек может есть все злаковые продукты.

Хотя геном человека активно изучается в течение последних 17 лет, картина того, что происходит в кишечнике человека, все еще неясна. Известно, что там обитает более тысячи видов бактерий и что разные сообщества расположены в каждой части человеческого тела. Но что именно производят бактерии или как молекулы, большинство из которых еще не идентифицировано, взаимодействуют друг с другом – об этом мало что известно.

Элин Орг не недооценивает важность генома человека, но подчеркивает, что все взаимосвязано. Если у человека около 20 000 генов, то все бактерии в нашем организме имеют в 500 раз больше генов, и это неизбежно повлияет на нас и наше здоровье.

Одним из спикеров микробиомной сессии Генного форума в этом году является Валло Тильман, профессор педиатрии в клинике Тартуского университета, который и его исследовательская группа изучили, как микробы влияют на развитие диабета 1 типа в детстве.

«Эта работа была опубликована несколько лет назад и все еще продолжается», – описывает Org. «В выборку вошли эстонские, финские и русские карельские дети с рождения, и они изучали, как их кишечные микробы могут повлиять на развитие диабета 1 типа».

Здоровые дети Карелии
Диабет 1 типа – это аутоиммунное заболевание, точный механизм которого еще не известен, но вполне вероятно, что в нем могут быть задействованы микробы.

Дети должны быть подвержены воздействию как можно большего количества микробов в раннем возрасте, чтобы научить свою иммунную систему распознавать в более позднем возрасте, что является их собственным, а что чужим. Поэтому также очень важно, в какой среде живет мать во время беременности и как она кормит. Это зависит от матери

получает ли ребенок самые необходимые микробы при рождении Работа исследовательской группы Валло Тиллманна показала, чего можно было ожидать. Те дети, которые жили в Карелии, Россия, где семьи мало контактируют с чистящими средствами, редко заболевали диабетом 1 типа по сравнению с финскими детьми в государстве всеобщего благосостояния. В Эстонии мы можем сказать, что у нас резко возросла заболеваемость типом 1. сахарный диабет у детей.
Генбанк начинает исследования кишечных бактерий от доноров генов
До сих пор в эстонском генном банке Тартуского университета изучались геном и образ жизни человека, теперь исследователи хотят улучшить данные в биобанке и начать исследование микробных сообществ человека, уделяя особое внимание микробиомам полости рта и кишечника.

Этой осенью репозиторий свяжется с 2 000–3 000 доноров и предложит им предоставить новые тесты. Выборка сосредоточена на метаболических заболеваниях, таких как ожирение, диабет и другие.

Также желательно изучить фармакогеномику, то есть изучить группы людей, употребляющих определенные лекарственные средства, и изучить влияние этих лекарств на микробиом кишечника человека.

Профиль ДНК кишечных бактерий можно получить из образца стула человека. Затем в крови берутся образцы метаболитов или молекул, продуцируемых кишечными бактериями в кровотоке. Затем исследуется взаимосвязь между геномом человека и бактериальным геномом и циркулирующими молекулами.

Генныйолог Элин Орг надеется, что в будущем исследователи генного банка смогут проводить исследования питания с тем же образцом, чтобы увидеть, как та или иная пища влияет на микробиом кишечника.

Ученый изучает захватывающую жизнь брюшных микробов.

Элин Орг / Кристьян Тидема

Элин Орг, старший научный сотрудник в области геномики и микробиомики Эстонского банка генов, говорит, что помимо человеческой наследственности или изменений в ДНК, мы определенно должны говорить о микробиомах, то есть о миллионах микроорганизмов, живущих в организме человека, каждый из которых также имеет свои собственные геномы.

Элин Орг защитила докторскую диссертацию в Тартуском университете с профессором Андресом Мецпалу. После защиты диссертации он работал в исследовательской группе по поиску наследственного генетического компонента высокого кровяного давления.

Когда шесть лет назад она  отправилась  в Калифорнию, чтобы получить докторскую степень в Университете Лос-Анджелеса, она начала исследования микробиома, сосредоточившись на роли кишечных микробов в развитии сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний.