Человек без бактерий
жить не может никак.
Эволюция сделала людей зависимыми от жизни прокариотов. Эти микроорганизмы выполняют в человеческом организме некоторые ответственные функции, которые не могут быть выполнены другими органами, клетками или фармацевтическими препаратами. А вот бактерии запросто обойдутся без такого вида органики, как человек. Ведь обходились же они без людей миллиард лет, и дальше смогут.
Но в бытовой обычной жизни человека не очень волнует это глобальное сотрудничество.
Бактерии как залог здоровья ребенка
Британские ученые выяснили, что кишечные бактерии попадают к ребенку еще в утробе матери. Специалисты считают, что бактерии желудка, «доставшиеся по наследству», могут оказывать влияние на вес ребенка. Это заявление ученые сделали после проведения научных работ, которые доказали, что первые колонии бактерий в желудок младенца заселяются еще в материнской утробе.
Особое влияние на то, какие именно бактерии образуются в кишечнике, оказывает питание человека и то, какие лекарства он принимает. Ученые выяснили, что у худых людей и у людей с повышенной массой тела в желудочно-кишечном тракте находятся разные виды бактерий.
Функция микрофлоры кишечника Органы пищеварения человека и млекопитающих очень густо заселены массой разновидностей бактерий. В общей сложности в желудочно-кишечном тракте присутствует не меньше трех сотен разновидностей микробов, если же взвесить все микробы, живущие в теле, их будет от трех до четырех килограммов. Подавляющее большинство микроорганизмов, проживающих в системе пищеварения, употребляют в пищу неусвоенные человеком частички еды и поэтому называются сапрофитами. При этом основное количество данных микробов необходимо для работы пищеварительного тракта и для существования человеческого организма в целом. Называются такие микроорганизмы облигатными. Несколько меньшее количество микроорганизмов в кишечнике может провоцировать заболевания, и называются они факультативными. И совсем малая часть микроорганизмов является временной и называется она транзиторной. Данные бактерии поступают в органы пищеварения вместе с едой, но для них здесь нет условий к существованию, поэтому они не выживают.
Определение «нормальная микрофлора кишечника» обозначает определенные соотношения облигатных, факультативных и транзиторных бактерий, которые присутствуют в органах пищеварения. Очень важно и то, что в здоровом организме существует динамическое равновесие между количественной пропорцией этих разновидностей бактерий. При долговременном нарушении здоровой микрофлоры развивается дисбактериоз.
Максимальное число бактерий населяет толстую кишку, пищевод и ротовую полость. В желудке человека в норме не должно быть никаких микробов. В тонкой кишке масса микробов возрастает, чем ближе кишка подходит к толстой.
Какую же функцию выполняют бактерии в органах пищеварения?
Необходимо сказать, что бактериологическое равновесие в кишечнике обеспечивает деятельность всего пищеварительного тракта, а также и благополучие всего человеческого тела. Далее будут разъяснены основные взаимодействия микрофлоры и общего состояния человека.
Основная часть (и по функциям, и по численности) микрофлоры органов пищеварения представлена облигатными бактериями. Бактерии эти представлены следующими видами: до девяноста восьми процентов – бифидобактерии, один процент лактобактерии, небольшое количество дружественной формы эшерихии коли. Все эти разновидности микроорганизмов питаются неусвоенными частичками человеческой еды, то есть относятся к группе сапрофитов. Именно это и есть главное отличие полезных бактерий от болезнетворных, которые в пищу употребляют клетки слизистой оболочки кишечника. Бифидобактерии, а также некоторые разновидности кишечной палочки перерабатывают частички пищи, неусвоенной человеком (клетчатку), таким образом, увеличивая процент перевариваемости еды. Кроме этого, микроорганизмы эти вырабатывают некоторые витамины и аминокислоты. Так, необходимое для жизнедеятельности количество витамина К полностью покрывается тем витамином, что продуцируют бифидобактерии в толстом кишечнике. Кроме этого, бактерии вырабатывают и витамины РР, и аскорбиновую кислоту, а также ряд витаминов группы В. Деятельность этих микробов увеличивает усвояемость таких полезных микроэлементов как кальций и железо, витамин Д. В период развития дисбактериоза баланс витаминов и микроэлементов в теле изменен.
Еще одна ценная для организма способность бактерий, населяющих кишечник – это продукция лизоцима – вещества, тормозящего развитие болезнетворных микробов. Наличие в кишечнике облигатных бактерий подавляет развитие болезнетворных и условно болезнетворных микробов. В связи с этим, если возбудители болезней проникают в органы пищеварения здорового человека, они обычно не вызывают заболевания, а вымирают за короткий срок.
Слизистая оболочка кишечника включает в себя большое количество лимфоидных клеток – клеток, осуществляющих функции защиты организма. В процессе взаимодействия этих клеток с микробами, населяющими кишечник, активизируется деятельность иммунитета организма. В целом биологическое равновесие в кишечнике – это одно из условий хорошей работы защитных сил организма. Биологическое равновесие в кишечнике наиболее важно для только родившихся малышей и детей старшего возраста. При его нарушении желательно обратиться за консультацией педиатра.
Становление биологического равновесия кишечника у малышей более естественно проходит при кормлении их грудным молоком, что связано с наличием в женском молоке определенных веществ, создающих лучшие условия для развития полезных микроорганизмов.
Все, что окружает нас – растения, звери, птицы, рыбы, воздух, земля, вода и само человечество – всего лишь немногочисленные и относительно недавние спутники бактерий в победном марше по планете Земля, который продолжается много миллионов лет.
Число микробов и бактерий в организме
превышает количество клеток тела
человека
Человеческий организм буквально кишит микробами: внутри нас клеток бактерий примерно в десять раз больше, чем клеток тела. Как заявил в интервью «LiveScience» Мартин Блейзер: «Конечно, никто не будет считать, сколько бактерий живёт в человеке, точное количество не имеет значения, но ясно одно — бактерий гораздо больше, чем клеток, из которых мы состоим».
Кишечная микрофлора превращает
человека в "сверхорганизм".
Изучение микробной ДНК, выделенной из содержимого человеческого кишечника, позволило американским ученым показать высокое видовое разнообразие кишечной флоры и ее важную роль в обмене веществ. По мнению исследователей, человек вместе с живущими в его кишечнике микробами представляет собой единый "сверхорганизм". Обмен веществ этого сверхорганизма в значительной степени определяется ферментами, гены которых локализованы не в человеческих хромосомах, а в геномах симбиотических микробов.
Большая группа биологов из шести научно-исследовательских учреждений США нашла необычное применение новейшим методикам, разработанным для "прочтения" геномов различных организмов. Ученые применили эти методы к ДНК, экстрагированной из человеческих фекалий, с целью получения общей характеристики кишечной микрофлоры.
По имеющимся оценкам, в кишечнике взрослого человека присутствует более 1 кг микроорганизмов, относящихся к сотням различных видов. В точности их видовой состав неизвестен. Микробиологи знают "в лицо" лишь несколько десятков типичных представителей, которых можно вырастить на искусственных средах. Как выяснилось сравнительно недавно (и это открытие стало шоком для микробиологов), большинство существующих в природе микроорганизмов на искусственных средах не растет. Таких микробов называют "некультивируемыми". В человеческом кишечнике они тоже, скорее всего, составляют большинство. Что-либо узнать об этих микробах удается лишь по нуклеотидным последовательностям ДНК в пробах, взятых из естественных сред.
Исследователи выделили ДНК из фекалий двух человек, не принимавших целый год перед этим никаких лекарств, и провели масштабную работу по секвенированию - определению нуклеотидной последовательности фрагментов ДНК. Отсеквенированные кусочки затем собирались в более длинные фрагменты на основе наличия перекрывающихся концевых участков. В итоге получилось около 74 тысяч неповторяющихся кусков общей длиной свыше 78 миллионов пар оснований. Для сравнения, в геноме человека 2,85 миллиарда пар оснований, в геноме одной бактерии обычно 2-5 миллионов пар оснований.
Понятно, что авторы исследования не рассчитывали получить полные геномы всех кишечных микробов. Для этого им пришлось бы приложить на несколько порядков больше усилий. На данном этапе они лишь хотели получить общее представление о разнообразии микробного сообщества, его структуре и, главное, обмене веществ. А для этого полученной выборки геномных последовательностей оказалось вполне достаточно.
Такой радикальный подход к изучению сообществ - свалить всех в одну кучу, истолочь и отсеквенировать - получил даже специальное название: "метагеномный анализ".
На следующем этапе в отсеквенированных последовательностях искали гены с известными функциями и пытались определить, какие фрагменты принадлежат бактериям, а какие археям. Для этого последовательности сравнивались с известными, то есть внесенными в базы данных генами бактерий и архей, а также с их полными геномами. Отдельно анализировались гены рибосомной РНК (16S), по которым традиционно проводят классификацию микробов.
В "явном виде" по генам рибосомной РНК удалось идентифицировать лишь 72 разновидности бактерий (из них 60 некультивируемых и 16 новых для науки) и один вид архей (метаноген Methanobrevibacter smithii), однако авторы обосновали статистически, что, если бы работа по секвенированию ДНК из тех же самых проб была продолжена, число выявленных разновидностей микробов составило бы не менее 300. Авторы относили к различным "разновидностям" те гены рибосомной РНК, у которых сходство нуклеотидных последовательностей не превышало 97%.
Исследователи проанализировали количественное распределение выявленных микробных генов по функциональным группам с целью реконструкции основных особенностей "совокупного метаболизма" кишечной флоры. Для этого процентное соотношение генов с разными функциями во всех прочтенных микробных геномах сравнивалось с тем, которое обнаружилось в изучаемой выборке.
Оказалось, что в кишечной микрофлоре резко повышена доля генов, имеющих отношение к метаболизму полисахаридов растительного происхождения, некоторых аминокислот и витаминов, а также к метаногенезу. На основе проведенного анализа авторы выделили наиболее важные метаболические функции, которые выполняют микробы в человеческом кишечнике. Это, прежде всего, переваривание растительных полисахаридов, которые не могут перевариваться ферментами, закодированными в геноме человека. С этими трудноусваиваемыми углеводами расправляются в основном бактерии-бродильщики, выделяющие в качестве конечных продуктов обмена низкомолекулярные органические кислоты (ацетат, пропионат, бутират). Однако то, что для бактерий-бродильщиков является отходами жизнедеятельности, для человека - вполне "съедобные" вещества, которые активно всасываются кишечным эпителием. По имеющимся оценкам, из этого необычного источника люди получают около 10% калорий (эта оценка справедлива для приверженцев типичной "европейской" диеты).
Кроме съедобных для человека веществ бактерии-бродильщики выделяют в качестве побочного продукта еще и молекулярный водород (H2), который вреден для них самих и препятствует их росту и жизнедеятельности. Чтобы процесс переваривания растительных полисахаридов шел эффективно, кто-то должен постоянно утилизировать образующийся водород. Именно этим и занимается метаноген Methanobrevibacter smithii и, возможно, некоторые другие археи-метаногены и бактерии-сульфатредукторы. В ходе метаногенеза поглощается водород и углекислый газ и выделяется метан.
В "совокупном геноме" кишечной флоры сильно повышено процентное содержание генов, связанных с синтезом незаменимых аминокислот и витаминов. Микробы сильно облегчают человеку жизнь, производя значительные количества этих необходимых нам веществ. Кроме того, кишечная флора располагает большим арсеналом ферментов для обезвреживания токсичных веществ, присутствующих в нашей повседневной пище, особенно растительной.
Микробные геномы, таким образом, служат важным дополнением геному Homo sapiens. Хоть это и нехарактерно для публикуемых в наши дни на Западе научных работ, авторы в данном случае решились на философское обобщение. По их мнению, человека следует рассматривать как "сверхорганизм", чей обмен веществ обеспечивается совместной слаженной работой ферментов, закодированных не только в геноме Homo sapiens, но и в геномах сотен видов симбиотических микробов. Между прочим, доля человеческих генов в совокупном геноме этого "сверхорганизма" составляет не более 1%.
Александр Марков