Триллионы бактерий, живущих в нашем теле, — известные под общим названием микробиом — являются уникальными, как отпечатки пальцев. К такому выводу пришли результаты детального изучения микробиома кишечника, рта, носа и кожи 86 человек. В течение шести лет в микробиоме каждого человека лучше всего сохранялись те бактерии, которые были наиболее специфичны для человека, а не те, которые были присущи всему населению.
Исследование, проведенное Майклом Снайдером в сотрудничестве с биологом из лаборатории Джексона Джорджем Вайнстоком, было частью проекта Национального института здравоохранения по интегративному микробиому человека и опубликовано в журнале Cell Host & Microbe.
Исследование также выявило несколько корреляций между микробиомом и здоровьем: например, у людей с диабетом 2 типа микробиом менее стабильный и менее разнообразный.
«Мы думаем, что при резистентности к инсулину измененные липиды, белки и другие метаболиты в вашей крови меняют тип питательных веществ, доступных для микробиома, и влияют на рост этих бактерий», — сказал ведущий автор статьи Синь Чжоу.
Недавно учёные осознали роль микробиома человека в здоровье и болезнях. Но огромный размер микробиома (около 39 триллионов микробов в организме обычного человека) и тот факт, что он может постоянно меняться, затрудняют его изучение. Исследователи изо всех сил пытались определить, существует ли идеальный состав микробиома и может ли изменение чьих-либо микробов облегчить болезнь.
Снайдер, Чжоу и их коллеги намеревались отслеживать микробиомы людей на протяжении шести лет, чтобы лучше понять, как микробы в организме человека изменяются при кратковременных инфекциях или при возникновении хронических заболеваний. Они ежеквартально собирали образцы микробиома из стула, кожи, рта и носа 86 человек в возрасте от 29 до 75 лет.
Когда у участников было респираторное заболевание, они получали вакцинацию или принимали антибиотик, в течение пятинедельного периода брали дополнительно от трех до семи образцов. Каждый образец микробиома был генетически секвенирован, чтобы выявить содержащиеся в нем бактерии.
В то же время исследователи собрали множество других клинических данных о здоровье участников, чтобы изучить, как различные факторы коррелируют с изменениями в микробиоме.
Всего исследователи проанализировали 5432 биологических образца и произвели 118 124 374 измерения.
«Изучение микробов из разных участков тела в течение такого длительного периода времени позволило нам впервые взглянуть на весь микробиом как на единую жидкостную систему», — сказал Снайдер.
Подтверждая то, что было обнаружено в предыдущих исследованиях, новое исследование выявило несколько бактерий, которые часто встречаются в микробиомах здоровых людей, а также выраженный сдвиг в микробиомах людей во время инфекций и других заболеваний. Однако гораздо более показательной, чем отдельные типы бактерий, была стабильность микробиома. В периоды здоровья микробиом человека редко претерпевает резкие изменения. Во время инфекции или развития диабета бактерии, составляющие микробиом, колеблются сильнее.
«Мы обнаружили, что когда вы заболеваете чем-то вроде простуды, у вас происходят временные изменения в микробиоме; он становится очень плохо регулируемым», — сказал Чжоу. «При диабете эта характеристика во многом аналогична, за исключением того, что она носит долгосрочный, а не временный характер».
Когда исследователи сосредоточились на том, какие микробы с наибольшей вероятностью изменятся с течением времени, они были удивлены, обнаружив, что бактерии, наиболее специфичные для человека, оказались наиболее стабильными.
«Мы обнаружили полную противоположность — личный микробиом является наиболее стабильным. Это также предполагает, что наш личный микробиом, отличающийся от личного микробиома всех остальных, является неотъемлемой частью нашего здоровья. Это имеет смысл, поскольку у всех разные исходные показатели здоровья» -сказал Снайдер.
Данные преподнесли еще один сюрприз: микробиомы в разных частях тела были сильно коррелированы. Несмотря на то, что присутствуют разные типы бактерий, когда микробиом одной области тела меняется, другие также изменяются. Если, например, носовые бактерии меняются в начале респираторной инфекции, микробы кишечника, рта и кожи также быстро начинают меняться. Когда кишечные бактерии изменяются при диабете, то же происходит и с бактериями на коже, во рту и носу.
Основываясь на образцах крови, взятых в ходе исследования, команда Снайдера подозревает, что иммунная система является общим звеном, соединяющим микробы в разных частях тела и общее состояние здоровья в рамках микробиома. Уровни некоторых иммунных белков в крови менялись синхронно с микробиомом. Кроме того, липиды (жиры в крови) также были связаны с изменениями стабильности микробиома, что частично объясняет связь с диабетом.
Группа определила несколько факторов окружающей среды, которые сыграли роль в формировании микробиома: микробы предсказуемо менялись в зависимости от сезона, например, вероятно, из-за изменения влажности и уровня солнечного света, а также доступности свежих продуктов. Но эти факторы окружающей среды, включая диету, по-прежнему не объясняют большую часть различий между людьми.
Новые данные, по словам исследователей, закрывают дверь к идее о том, что существует золотой стандарт микробиома, которого каждый должен стремиться достичь для оптимального здоровья.
«Вместо этого мы движемся к идее о том, что у нас есть личный микробиом, который невероятно важен для нашего собственного метаболического и иммунного здоровья. Наше метаболическое и иммунное здоровье также сильно влияет на наш микробиом — все они связаны друг с другом», – сказал Снайдер. «То, как вы его кормите и чему он подвергается, вероятно, оказывает большое влияние на ваше здоровье, и нам еще предстоит это решить во многих отношениях».