Пищеварительная система любого живого организма буквально кишит огромным количеством бактерий. Только представьте: в этот самый момент у вас внутри желудочно-кишечного тракта обитают сотни триллионов микроорганизмов. Микробных клеток намного больше, чем клеток в самом организме (которых примерно десять триллионов). Если это вас недостаточно впечатляет, то учтите, что все эти микробы в совокупности имеют в 150 раз больше генов, чем сами люди.
Ученые все еще пытаются выяснить, какие именно бактерии составляют микробиом человека. По предварительным данным, в нем содержится около тысячи разновидностей уже изученных бактерий и еще семь тысяч совсем не изученных. Для кого-то, но наш пищеварительный тракт редко бывает одиноким.
Микробиом человека представляет собой совокупность микроорганизмов, населяющих наш организм как внутри, так и снаружи. Наиболее изученной частью микробиома считается микрофлора кишечника, так как именно там сосредоточена наибольшая концентрация бактерий.
Микроорганизмы в пищеварительном тракте чрезвычайно важны для психического здоровья человека. Состояние желудочно-кишечного тракта влияет на наш аппетит и настроение гораздо больше, чем мы привыкли думать.
Тед Динан, профессор психиатрии и научный руководитель Центра диетической фармакобиотики Университетского колледжа Ирландии, почти случайно стал экспертом в области изучения бактерий. Это произошло в начале 2000-х, когда его только приняли на работу. Сам Тед в то время характеризовал себя как человека, который своими бредовыми идеями постоянно отвлекал очень занятых и несчастных микробиологов, которые в тот момент как раз изучали такой вид бактерий, как пробиотики.
Пробиотики — это бактерии, которые полезны для нашего здоровья. Они улучшают микрофлору кишечника и схожи по структуре с собственными бактериями человеческого организма. О таких видах пробиотиков, как лактобактерии и бифидобактерии, вы наверняка не раз слышали в рекламе йогуртов.
Как и подобает психиатру, Динан решил, что будет очень интересно посмотреть, что произойдет, если он будет кормить пробиотиками подопытных крыс и наблюдать за их поведением. Для этого он провел следующий эксперимент: сразу после рождения крысят отлучали от матери, что спровоцировало у них развитие депрессии и значительное снижение иммунитета.
Затем ученые давали им на некоторое время специальный пробиотик под названием Bifidobacterium infantis, после приема которого иммунитет крыс пришел в норму, а признаки депрессии и беспокойства стали намного меньше. После этого случая Динан и его коллеги предложили ввести новый термин «психобиотик» для обозначения особого класса микроорганизмов, положительно влияющих на поведение и мозговую деятельность.
Психобиотики — это бактерии, которые при попадании в организм в достаточном количестве могут принести пользу здоровью пациентов, страдающих психическими заболеваниями.
История исследования микробиома
Гипотеза о том, что процессы, происходящие в нашем пищеварительном тракте, сильно влияют на наше психическое здоровье, вряд ли нова. Медицина уже много лет склонна винить во всех мыслимых и немыслимых бедах наш желудочно-кишечный тракт.
Все началось с того, что в начале 1800-х годов военный хирург и физиолог Уильям Бомонт стал пионером в области гастроэнтерологии, изучив секрецию желудка. Случай был необычный: пациент Бомонта был ранен выстрелом в живот во время охоты. Из-за этого в его брюшной полости образовалась довольно большая дыра, которая никак не хотела втягиваться. Это дало Бомонту возможность тщательно изучить работу пищеварительной системы. Он опускал кусочки еды в нору и смотрел, что с ними происходит. Так ученый установил, что для пищеварения важны не только сокращения стенок желудка, но и желудочный сок, растворяющий пищу.
К началу 1900-х годов врачи и ученые пришли к выводу, что пищеварительную систему стоит рассматривать как своеобразный рассадник огромного количества психических заболеваний. Уже тогда всерьез считали, что скудная микрофлора кишечника вполне может быть причиной повышенной утомляемости, меланхолии и многочисленных неврозов.
Интересен и недавний эксперимент на мышах Джейн Фостер, нейробиолога из Университета Макмастера в Канаде. В ходе эксперимента Джейн стремилась доказать, что между мозгом и микрофлорой существует прямая связь — ось кишечник-мозг.
Для эксперимента использовали два типа мышей: нормальные и стерильные, у которых полностью отсутствовала микрофлора. Для наблюдения их помещали в специальный ящик, одна часть которого была затемнена, а другая находилась на свету. Нормальные мыши дольше исследовали темную область, тогда как стерильные мыши проводили больше времени на светлой стороне коробки. Отсюда следует предположение, что тревога без микрофлоры проявляется гораздо меньше и мыши просто не чувствуют возможной опасности.
Другое исследование показало, что микробиом влияет на гены, связанные с миелином, материалом, который покрывает нервные волокна защитным слоем. Он вырабатывается в префронтальной коре головного мозга, отвечающей за поведение и концентрацию. Если в этом отделе головного мозга есть повреждения, то человек становится более подвержен многочисленным психическим расстройствам, в том числе шизофрении и тяжелым формам депрессии. Исследования направлены на выяснение того, как микроорганизмы пищеварительной системы влияют на развитие этих заболеваний.
Желудочно-кишечный тракт имеет собственную нервную систему, которая называется тонкокишечной. С его помощью бактерии в нашем кишечнике могут посылать в мозг особые химические сигналы. Очень важно, чтобы эта система работала правильно, так как некоторые виды бактерий содержат важные нейротрансмиттеры, такие как:
- ацетилхолин (участвует в передаче импульсов в разные отделы головного мозга);
- гамма-аминобутират (устраняет психическое возбуждение);
- триптофан (улучшает настроение) .
В одном исследовании Тед Динан и его коллеги решили кормить мышей пробиотиками, подобными тем, которые обычно добавляют в йогурт. Мыши, получавшие этот пробиотик, вели себя менее тревожно и активно исследовали предложенные участки лабиринта, пугливые мыши становились более общительными. Кроме того, у этих мышей был более высокий уровень гамма-аминомасляной кислоты, которая отвечает за устранение психического возбуждения и уменьшение беспокойства.
В другом эксперименте ученые пересадили микробы из кишечника депрессивных мышей в кишечник нормальных мышей. Выяснилось, что мыши, поведение которых ранее было нормальным, переняли беспокойные повадки тех сородичей, чьи бактерии им пересадили. Этот эксперимент привел Динана к предположению, что кишечник и мозг напрямую связаны через блуждающий нерв.
Блуждающий нерв — это один из нервов, который выходит из яремного отверстия черепа и проходит вниз по шее к груди и животу. С его помощью мозг получает информацию о том, что происходит в организме человека.
Перспективы изучения микробиома
До сих пор все исследования проводились исключительно на мышах, и человеческий организм не затрагивался. Влияние пробиотиков на наше самочувствие еще мало изучено, но оно дает стимул двигаться вперед.
Единственное исследование, которое проводилось на людях, было такое: 40 абсолютно здоровых участников эксперимента разделили на две группы. В течение четырех недель половина из них принимала восемь видов полезных бактерий, которые были призваны облегчить любые проявления депрессии и тревоги. Второй группе давали плацебо. После окончания эксперимента все участники были протестированы по специальной шкале депрессии. Участники, принимавшие полезные бактерии, значительно реже испытывали грусть и депрессию. Однако не следует преувеличивать значение результатов этого исследования.
Отсутствие доказательств не является основанием полагать, что психобиотики не действуют на людей. Невидимая ось кишечник-мозг — очень сложная система, которую еще предстоит тщательно изучить. Например, ученые планируют выяснить, какие бактерии в организме наиболее важны для его полноценного функционирования, а также через какие биологические механизмы психобиотики влияют на наше настроение.
Джонатан Эйзен, профессор Калифорнийского университета, считает, что выяснение того, какие микроорганизмы важны для микрофлоры кишечника, станет решающим шагом в развитии гастроэнтерологии. Если изменение микрофлоры может повлиять на поведение, то просто необходимо понять, как это работает.
Дальнейшие исследования микробиома будут полезны для развития как медицины, так и питания. Нет оснований сомневаться в том, что изменение рациона приведет к изменениям в пищеварительной системе. Вот почему важно выяснить, можно ли как-то повлиять на бактериальное содержание пищеварительного тракта, чтобы получить наилучшие результаты от диеты. Что касается медицины, то в организме людей с некоторыми заболеваниями есть специфические микробы, спровоцировавшие это заболевание. Если научиться правильно их устранять, то выздоровление может наступить гораздо быстрее.
Не существует нормального или здорового микробиома, к которому нужно стремиться. Микробиом сложен, постоянно меняется и сильно зависит от состояния человека и того, что он ест.
Слишком много ложных гипотез и недоказанных фактов в области исследования пищеварительного тракта. Связь между микробиомом и депрессией еще никем не доказана, но это не мешает людям делать предположения разной степени абсурдности по этому поводу. Джонатан Эйзен в своем блоге даже предлагает выдавать специальную награду за особо бредовые домыслы.
Что касается серьезных исследований, то вопрос изучения микробиома стоит достаточно остро. Например, Национальный институт психического здоровья выделил за последние два года 3,7 миллиона долларов на исследование роли микробиома в психическом здоровье человека, Управление военно-морских исследований США также финансировало исследования микробиома, а также начался европейский проект под названием MyNewGut. изучение связи между головным мозгом и пищеварительным трактом. Уже понятно, что в конце концов ученые докопаются до чего-то интересного, а пока нужно запастись терпением.
История биомедицинских исследований полна примеров того, как из, казалось бы, бессмысленных предположений вырастали грандиозные гипотезы и открытия. Самый яркий пример — проект «Геном человека». Четверть века назад, когда работа над проектом только началась, ученые надеялись определить последовательность нуклеотидов, составляющих ДНК человека, что привело бы к открытию лекарств от многих генетических заболеваний.
Работа над проектом не привела к таким грандиозным результатам, но ученым удалось расшифровать эпигеном человека. Он объединяет все факторы, определяющие, какие из генов, составляющих данный геном, функционируют, а какие нет. Это было большим открытием. Сейчас такие же ставки делаются на изучение микробиома. Однако не следует забывать, что открытия в этой области вовсе не так просты, как кажутся на первый взгляд, и однозначно не дадут ответа на главный вопрос жизни, Вселенной и всего остального.