десен. Биопленки представляют собой упорядоченные сообщества бактерий, которые обитают на какой-либо поверхности и погружены во внеклеточное полимерное вещество, выделяемое ими (слизь). На формирование бактериальной биопленки уходит от 24 до 48 часов. Благодаря тому, что сквозь такую пленку не проникает кислород, под ее защитой могут жить анаэробные бактерии, например Porphyromonas gingivalis, вызывающая пародонтит и гингивит. Однако микроорганизмы-комменсалы в одиночку не могут предотвратить заболевания зубов и десен — для разрушения бактериальных биопленок необходима регулярная чистка зубов.

Микробиота желудка и кишечника

Желудочно-кишечный микробиом представляет собой сообщество микроорганизмов, к которым относятся бактерии, археи, грибы, простейшие и вирусы. Это сложная экосистема внутри нашего организма, которая принимает непосредственное участие не только в процессах пищеварения и обмена веществ, но также в работе иммунной системы, защите организма от чужеродных бактерий, воспалении и делении клеток. На сегодняшний день есть данные, что микробиота является важным фактором в развитии расстройств пищевого поведения, воспалительных заболеваний кишечника, синдрома раздраженного кишечника, ожирении, метаболическом синдроме, пищевой непереносимости.

Существует несколько масштабных научных проектов, занимающихся изучением структуры, функций и разнообразия микробиома человека. Установлено, что уменьшение количества бактерий или снижение их разнообразия связано с повышенным риском развития различных заболеваний, например рака толстой кишки и воспалительных заболеваний кишечника. К настоящем моменту был создан генный каталог из 3,3 миллиона неповторяющихся микробных генов, что в 150 раз превышает набор генов человека. Теперь понимаете, почему это целая вселенная внутри нас?

Распределение микроорганизмов по ЖКТ зависит от уровня кислотности, доступности кислорода и питательных веществ, скорости движения пищи и секретируемых ферментов. Верхний отдел пищеварительного тракта заселен в основном аэробными бактериями, а нижний отдел — анаэробными, то есть бактериями, которые в процессе своей жизнедеятельности не используют кислород, а некоторые даже гибнут в его присутствии.

Концентрация бактерий в желудке относительно невелика 101–103 КОЕ/мл[7]. Тонкая кишка является основным местом переваривания и всасывания питательных веществ. В их расщеплении участвуют панкреатический сок, желчь, сок, который вырабатывает тонкая кишка. Содержание микроорганизмов в тонкой кишке относительно небольшое: плотность «жителей» увеличивается в направлении от желудка к толстой кишке. Двенадцатиперстная кишка содержит примерно такое же количество микроорганизмов, как и желудок. Такая небольшая численность обусловлена быстрым транзитом пищевых масс (химуса) по двенадцатиперстной кишке, более высоким уровнем кислорода, антимикробными соединениями, такими как желчные кислоты, повышенным уровнем pH и наличием пищеварительных ферментов.

Хотя 5,5-метровый пищеварительный тракт человека состоит из разных полых органов — пищевода, желудка, тонкой кишки и толстой кишки, — большинство исследований сосредоточено на микробиоте толстой кишки. Это сообщество содержит наибольшую микробную биомассу среди всех органов или поверхностей человеческого тела. На 1 мл содержимого в толстом кишечнике приходится приблизительно 1010–1012 микробных клеток по сравнению с 107–108 КОЕ/мл в тонкой кишке.

Формирование микробиоты

В течение длительного времени считалось, что плод в утробе матери стерилен и знакомство с микроорганизмами происходит в процессе родов. Однако проведенные исследования показали, что микробная колонизация может начаться еще в период внутриутробного развития. Заселение микробиотой также зависит от гестационного возраста[8] при рождении. Ученые выяснили, что микробиота кишечника недоношенных детей отличается от микробиоты младенцев, родившихся в срок, при этом у первых преобладают энтеробактерии, стафилококки и энтерококки.

Еще одним важным фактором, влияющим на формирование здоровой кишечной микробиоты ребенка, является питание. Грудное молоко — это важнейший источник микроорганизмов, заселяющих кишечник младенца. Младенцы на грудном вскармливании имеют микробиоту, обогащенную лакто- и бифидобактериями (Lactobacillus, Staphylococcus, Bifidobacterium), по сравнению с младенцами на искусственном вскармливании, в микробиоме которых преобладают Roseburia, Clostridium и Anaerostipes.

Микроорганизмы, содержащиеся в материнском молоке, снижают частоту и тяжесть бактериальных инфекций. Комменсальные бактерии могут защищать кишечник от роста патогенной микрофлоры. Так, грудное молоко содержит олигосахариды — пребиотики, стимулирующие рост полезных бактерий и обладающие противомикробными свойствами. Значимость олигосахаридов состоит в том, что некоторые из них способны связывать патогенные микроорганизмы, а также препятствовать их прикреплению к слизистой оболочке кишечника, предотвращая тем самым развитие воспалительного процесса.

ПРОБИОТИКИ, например молочнокислые бактерии, присутствующие в грудном молоке, способны продуцировать бактериоцины — специфические белки, проявляющие антимикробную активность против других штаммов того же вида или близкородственных видов. Одним из первых бактериоцинов, выделенных учеными в составе грудного молока в начале 2000-х годов, стал низин. Низин способен влиять на жизнеспособность патогенов и сигнализировать иммунной системе о вторжении.

Любопытно, что низин применяется в пищевой промышленности еще с середины XX столетия. В настоящее время он используется при производстве молочной, мясной продукции, хлебобулочных изделий и пива в качестве натурального консерванта (Е234) для предотвращения роста Clostridium botulinum (возбудитель ботулизма) и Bacillus sereus (возбудитель острых пищевых токсикоинфекций).

Происхождение микробиоты в грудном молоке точно не установлено. В современной науке существует две основные гипотезы: экзогенная и эндогенная.

Экзогенный путь предполагает попадание бактерий снаружи, входными воротами при этом становятся расположенные на верхушке соска млечные поры (выводные отверстия) выводных протоков (млечных ходов), куда попадают бактерии кожи матери и/или ротовой полости ребенка. Эндогенный путь предполагает перенос бактерий в молочную железу из кишечника с помощью лимфатической системы.

В период раннего развития младенцев на формирование кишечной микробиоты может повлиять множество факторов. Например, лечение антибиотиками уменьшает разнообразие микроорганизмов и влечет изменение состава микробиома.

В течение первого года жизни относительно простой микробиом, образовавшийся в период новорожденности (продолжается около 4 недель с момента перерезания пуповины), развивается в более сложный микробиом с составом, напоминающим взрослый. Настройка микробиома на взрослый рацион питания происходит еще до введения первого прикорма, так как в пищеварительном тракте младенца уже содержатся некоторые бактерии, участвующие в расщеплении растительных полисахаридов (целлюлоза, крахмал).

Микробиом ребенка становится похожим на взрослый примерно к третьему году жизни, однако некоторые исследования показывают, что становление кишечной микрофлоры продолжается вплоть до подросткового возраста.

Функции микробиоты

Несмотря на индивидуальный состав кишечной микрофлоры у каждого из нас, все люди имеют общее ядро из наиболее распространенных и доминирующих видов бактерий: Bacteroides, Ruminococcus, Prevotella.

Пищеварительная функция

Первой и наиболее значимой функцией микробиоты является расщепление неперевариваемых в тонком кишечнике пищевых волокон растительного происхождения (клетчатки). Для этого микроорганизмы в толстом кишечнике синтезируют тысячи специальных ферментов. В ходе ферментации в толстом кишечнике производятся короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК): ацетат (уксусная кислота), пропионат (пропионовая кислота), бутират (масляная кислота) и другие. КЦЖК необходимы нашему организму: они стимулируют развитие нормальной кишечной микрофлоры, поддерживают целостность слизистой кишечника, обладают противоопухолевым и противовоспалительным действием. Кроме того, КЦЖК — один из главных субстратов, которым питаются клетки (колоноциты), выстилающие толстую кишку.

БУТИРАТ, или масляная кислота,