Как поставить микробы на службу человечеству


Эксперты ФАО помогают внедрять микробиомный подход для решения целого спектра вопросов, от питания до экосистем.

Микробиом — это геном всех микроорганизмов, обитающих на поверхности и внутри всех позвоночных. Хотя это новая наука, она уже помогает нам лучше понять взаимосвязь между пищей и неинфекционными заболеваниями. ©Kateryna Kon/shutterstock.com

13/04/2021

В 1826 году гениальный французский гастроном Брилья-Саварен написал: "Скажи мне, что ты ешь, и я скажу тебе, кто ты".

Двести лет спустя новаторские исследования показывают, что потребляемая нами еда – это не только источник энергии и источник одного из главных удовольствий в жизни, но и пища для триллионов микробов в микробиоме нашего кишечника и, таким образом, представляет собой один из наиболее важных способов воздействия на наш организм изнутри.

Наука, лежащая в основе микробиома – термин, используемый для описания генома всех микроорганизмов, обитающих внутри и на поверхности всех позвоночных, – все еще находится в зачаточном состоянии, но уже помогает раскрыть загадки, связанные с неинфекционными заболеваниями, обусловленными питанием, такими как рак и диабет, и даже лучше понять наше настроение. Согласно этой науке, метаболизм лучше всего рассматривать не просто как преобразование пищи в энергию, а как сложный регуляторный процесс с участием микроорганизмов, который играет в поддержании жизни человека такую важную роль, как сердце или печень.

"Дело не только в нас самих", – говорит микробиолог Фанетт Фонтейн, которая занимается подготовкой для ФАО нескольких докладов о соответствующих контрольных показателях. "Мы представляем собой ходячие экосистемы".

Микробиом кишечника весит столько же, сколько наш мозг, и содержит порядка 1000 различных видов бактерий, состав которых крайне индивидуален: обычно у большинства людей совпадает лишь одна шестая часть таких бактерий.

Благодаря развитию доступных технологий быстрого геномного секвенирования теперь мы можем определить наличие и функцию огромного множества бактерий, вирусов, простейших и грибов, а также их среду обитания. Оказывается, многие из этих живых организмов, которых когда-то боялись и считали потенциально опасными инвазивными микробами, помогают тренировать нашу иммунную систему и влияют на различные функции мозга и тела, исключительно важные для поддержания здоровья.

Теперь ясно, что некоторые микробиомы кишечника способствуют ожирению – даже в случаях, когда потребляемое количество калорий не дает оснований поставить такой диагноз, – в то время как другие тесно взаимосвязаны с развитием диабета второго типа, сердечно-сосудистых заболеваний, астмы, аллергии и отставания в росте у детей.

Вверху/слева: Кишечные микробы лучше переваривают клетчатку, чем наша собственная пищеварительная система! ©Moving Moment/shutterstock.com Внизу/справа: Некоторые микробиомы кишечника взаимосвязаны с развитием аллергии или других состояний, таких как астма или диабет. ©Elizaveta Galitckaia/shutterstock.com

Расширение представления о том, что является съедобным

Полученные к настоящему времени данные позволяют довольно уверенно сделать один практический вывод: мы должны употреблять в пищу больше ферментируемой клетчатки.

Люди технически неспособны переваривать большинство видов клетчатки, однако это под силу кишечным микробам, которые при этом питаются сами и производят небольшие полезные молекулы (короткоцепочечные жирные кислоты), являющиеся важным источником энергии для человека.

Например, в продуктах с высокой степенью обработки могут отсутствовать элементы, которые в конечном итоге влияют на выживание определенных видов бактерий в нашем кишечнике. "В кишечнике всегда присутствуют микроорганизмы, поэтому, если вы накормите тех из них, которые полезны, вы и сами получите пользу", – утверждает Фонтейн.

Каждый из нас получает свой первый набор микробиомов от матери при рождении. При грудном вскармливании ребенку также передаются определенные молекулы сахара, которые не обладают питательной ценностью для младенца, но способствуют развитию видов Bifidobacterium (которые впоследствии помогают наладить метаболизм, поддерживать оптимальный вес и способствуют уменьшению воспалительных процессов) в кишечнике ребенка.

При нарушении микробного баланса в кишечнике менее полезные виды микроорганизмов с большей вероятностью расширят свой рацион питания ради собственного выживания, например начнут потреблять белки и жиры вместо сложных углеводов, а это может повлиять на развитие резистентности к инсулину, способствовать появлению нежелательных жировых клеток и даже развитию канцерогенных процессов. Некоторые виды микробов даже разрушают слизистый барьер в нашем кишечнике – наш главный оплот защиты от неспецифического воспаления, характерного для некоторых хронических заболеваний.

"Наука о микробиоме позволяет переосмыслить концепцию питания и показывает, что она включает в себя больше, чем просто состав питательных веществ в продуктах питания", – заявляет эксперт ФАО по вопросам продовольственной безопасности Карел Калленс, создавший в рамках Организации неформальную междисциплинарную группу по микробиому. Он отмечает, что некоторые ключевые витамины, аминокислоты и даже нейромедиаторы являются важными побочными продуктами микробной деятельности в нашем кишечнике.

"За последние десятилетия наш образ жизни менялся как никогда стремительно, на что наш микробиом отреагировал гораздо быстрее, чем наш геном", – добавляет Фонтейн. "Разница в темпах изменений, возможно, нарушила наши симбиотические отношения с микробиомом, что сказывается на нашем здоровье".

По ее мнению, поскольку наш геном эволюционировал на протяжении тысячелетий вместе с изменением нашего рациона питания, восполнить существующий разрыв может увеличение разнообразия потребляемой растительной пищи.

Нам известны менее одного процента различных видов микробов в мире, и мы мало знаем о том, как они функционируют, однако они имеют решающее значение для здоровья людей, животных, растений и окружающей среды, что делает соответствующую науку важным элементом подхода ФАО "Единое здоровье". ©Alpha Tauri 3D Graphics/shutterstock.com

Новые границы

"У микробиомов нет тех ограничений, которые, как нам кажется, должны существовать", – заявляет Калленс.

По его мнению, именно поэтому подход ФАО, построенный вокруг концепции агропродовольственных систем, хорошо подходит для оценки функционирования микробных сообществ и их влияния на процессы загрязнения окружающей среды и изменения климата.

"Исследования в этой области помогают нам лучше понять, что значит быть здоровым", – говорит эколог ФАО Энн Богдански, которая занимается вопросами изменения климата, биоразнообразия и окружающей среды. "Мы тоже являемся симбиотическими организмами – без этих маленьких существ мы бы не выжили".

Она добавила, что рассмотрение вопросов, связанных с микробиомом, также способствует реализации подхода "Единое здоровье", в рамках которого признаются важнейшие и взаимосвязанные отношения между здоровьем людей, животных, растений и окружающей среды.

В настоящее время нами не изучено даже одного процента различных видов микробов в мире, при том, что о бактериях мы знаем больше, чем о других типах микроорганизмов. Вместе с тем многое еще предстоит узнать о том, как они выполняют многочисленные и часто взаимосвязанные экосистемные функции.

Так, ученые из Северной Америки недавно обнаружили источник болезни, от которой погибают белоголовые орланы. Ранее неизвестные цианобактерии росли на инвазивных видах водных сорняков. Используемое для борьбы с этими сорняками вещество под названием гербицид взаимодействовало с цианобактериями, в результате чего вырабатывался смертельно опасный жирорастворимый нейротоксин, убивавший белоголовых орланов, которые ели эти растения.

Такие комбинации показывают незаметное и при этом очень существенное воздействие, которое микробиом может оказывать на сельскохозяйственное производство, лесное и рыбное хозяйство. Между бактериями и грибами существуют взаимовыгодные отношения, обеспечивающие эффективное усвоение питательных веществ и здоровье растений. Восемьдесят процентов органического вещества в почве имеет микробное происхождение, что открывает широкие возможности для поиска способов восстановления углерода в почве и обеспечения здоровья экосистем.

Больше, чем зеленая революция

"Существует множество возможностей для применения знаний в области микробиологии в рамках устойчивой биоэкономики”, – добавляет Богдански. Понимание микробиома может помочь в создании новых видов удобрений, биостимуляторов или биопестицидов для защиты от определенных вредителей. "Речь идет о применении решений, основанных в большей степени на природных, а не на технологических процессах", – заметила она.

Микробиом — это не блюдо для смешивания, в которое вы добавляете ингредиенты, а своего рода "тропический лес" или отдельная интерактивная среда.

Калленс подчеркнул, что важная роль ФАО заключается в том, что она позволяет поднимать научные вопросы о микробиоме в контексте проводимых на политическом уровне дискуссий и следить за тем, чтобы развивающиеся страны не оставались в стороне от этого процесса. "Это гораздо больше, чем зеленая революция".


Дополнительная информация

2. Zero hunger, 3. Good health and well-being