Состав микробиома человека меняется на протяжении всей жизни, однако самые заметные колебания наблюдаются во младенчестве и пожилом возрасте. Эти же периоды характеризуются наибольшей уязвимостью иммунной системы для различных возбудителей. Поэтому ученые предполагают, что процессы становления и старения микробиоты идут рука об руку с расцветом и увяданием защитных механизмов и здоровья человека в целом.

Сегодня специалисты все чаще рассматривают человека как «сверхорганизм», чье здоровье зависит не только от информации, зашифрованной в собственной ДНК, но и от миллиардов микробных генов. В фокусе внимания современных исследователей – раскрытие механизмов, с помощью которых микробиом влияет на поддержание функций самых разных органов, а также определение роли микробиоты в возникновении возрастных заболеваний.

Многие болезни, которые появляются у человека с возрастом – это следствие «погрешностей» в образе жизни: в более молодые годы их развитие «сдерживалось» компенсаторными механизмами. Изменения в составе микробиома не являются исключением. На протяжении всей жизни чувствительная биопленка в кишечнике постоянно подвергается воздействию неблагоприятных факторов. В их числе:

• питание с избытком рафинированных продуктов, сладкого, фаст-фуда и пр. при дефиците грубых пищевых волокон, необходимых для размножения бактерий;
• лечение антибиотиками: как правило «за плечами» современных пожилых людей – не менее одного десятка курсов антибактериальной терапии;
• стрессы, оказывающие угнетающее воздействие на микробиом;
• перенесенные заболевания, в том числе инфекционные поражения кишечника;
• неблагоприятная экология.

Кроме того, с возрастом к уже накопленным «поломкам» присоединяются и проблемы, обусловленные старением:

• ухудшается переработка пищи из-за потери зубов и снижения тонуса жевательных мышц. Неспособность качественно пережевывать пищу обедняет рацион, поэтому дефицит пищевых волокон, необходимых бактериям, прогрессирует;
• снижается активность пищеварительных желез, что ведет к недостатку ферментов и ухудшению переваривания пищи;
• чаще развиваются воспалительные процессы в желудочно-кишечном тракте: вероятность выявления у пожилых людей бактерии Helicobacter pylori, вызывающей гастриты и язвы, гораздо выше, чем в молодом возрасте;
• из-за ухудшения нервной и гормональной регуляции, снижения тонуса мускулатуры кишечной стенки повышается склонность к развитию запоров. Застой в кишечнике приводит к накоплению побочных продуктов пищеварения, созданию условия для размножения болезнетворных микробов, что приводит к воспалениям;
• прием большого количества лекарств, многие из которых влияют на работу кишечника: так, популярные сердечные препараты и антидепрессанты часто вызывают запоры. Кроме того, из-за ослабления иммунной системы учащаются случаи, когда необходим прием антибиотиков.

Все эти негативные факторы – как «накопленные» в течение жизни, так и возникшие из-за возрастных изменений – неизбежно влияют на микробное благополучие в кишечнике, «сдвигают» хрупкий баланс сил в сторону ослабления защитных механизмов. Это создает условия для развития неблагоприятных изменений, которые сказываются не только на работе кишечника, но и на состоянии всех систем организма.

Американские биотехнологи провели исследование, в ходе которого изучили свыше 3,5 тысяч образцов кишечного микробиома, полученного от 1165 людей из трех возрастных групп: 20-39 лет, 40-59 лет и 60-90 лет. Анализ микробного состава проводился при помощи специальной компьютерной программы, способной распознать 95 самых распространенных представителей кишечного микробиома.

Также программа получала информацию о возрасте человека, предоставившего конкретный образец – таким образом формировался алгоритм, способный выявить взаимосвязь между составом микробиоты и возрастом человека. На последнем этапе исследования перед программой стояла задача «предположить» возраст человека, ориентируясь на микробный состав биологического образца.

Ученые сравнили результаты, которые выдала программа, и реальный возраст участников: погрешность составляла не более четырех лет. Это доказало, что кишечный микробиом можно рассматривать в качестве маркера биологического возраста человека. Исследователи отмечают, что из 95 видов микробов, которые «опознавала» программа, лишь 39 оказались значимыми для прогнозирования возраста человека.

Некоторых микробов стало больше, например, бактерий Eubacterium hallii, играющих важную роль в обменных процессах в кишечнике. Количество других представителей микробиома уменьшилось, например, Bacteroides vulgatus, принимающих важное участие в процессе переваривания клетчатки, в питании клеток слизистой оболочки кишечника блокирующих воспаление.

Возрастная трансформация микробиома также изучалась в ходе исследования, проведенного в Университете Болоньи (Италия). Здесь в поле зрения ученых оказались не только люди среднего и пожилого возраста, но и долгожители, возраст которых составлял 100 лет и более. Анализ микробиома проводился не в биологических образцах, а в кишечнике живого человека. Участники эксперимента проглотили микрочипы, способные проводить генетический анализ микроорганизмов.

Оказалось, что состав микробиоты кишечника у людей среднего и пожилого возраста имеет мало различий, но по мере приближения человека к вековому рубежу происходит изменение микробного пейзажа. Так, наблюдается увеличение числа условно-патогенных микробов, которые в малых количествах не опасны и помогают поддерживать в тонусе иммунитет, а при повышении концентрации могут вызывать воспаления в кишечнике и других органах. Одновременно снижается число Faecalibacterium prausnitzii – бактерий-симбионтов, которые активно вырабатывают ценные жирные кислоты, необходимые для нормальной работы кишечника и предотвращения воспалений.

«Бактериальной меткой» долгожителей оказался микроб Eubacterium limosum: у людей, перешагнувших 100-летний рубеж, его содержание было повышено в 10 и более раз по сравнению с более молодыми участниками. Eubacterium limosum принимает участие в образовании жирных кислот и защите кишечника от воспалений. Известно, что количество этих микробов повышается, когда человек употребляет много растительной пищи. На сегодняшний день остается неясным, является ли повышение числа Eubacterium limosum одной из причин долгой жизни людей или естественным следствием правильного образа жизни, в том числе, здорового питания, которые и служат основной предпосылкой долголетия.

Кишечный микробиом называют виртуальным органом: рассеянные по пищеварительному тракту микроорганизмы объединяются в ассоциации, которые выполняют широкий спектр функций и влияют на работу макроорганизма. Соответственно, количественные и качественные изменения в микробиоте, происходящие с возрастом, сказываются на функциях этого виртуального органа. На какие именно аспекты нашего взаимодействия с бактериями-симбионтами влияет возраст?

Для того, чтобы найти ответ на этот вопрос, итальянские ученые проанализировали геном бактерий, преобладающих в кишечнике пожилых людей: изучение активности тех или иных участков ДНК позволяет получить представление о поведении и функциях представителей микробиоты в кишечнике. А сопоставление полученных данных с результатом генетического анализа микробиома молодых людей позволяет выявить тенденции, происходящие в кишечном микромире по мере старения. Исследователям удалось выявить 116 микробных генов, изменение активности которых связано с процессами, происходящими в кишечнике во второй половине жизни.

В таблице представлены основные «возрастные» трансформации микробиома и изменения в организме, к которым они приводят.

Понимание того, какие процессы происходят в микробиоме с возрастом, помогает разработать стратегию профилактики и коррекции негативных изменений в микробном пейзаже кишечника. Еще до наступления неблагоприятной трансформации микробиоты можно принять меры, поддерживая бактерий-симбионтов правильным питанием, богатым пищевыми волокнами, а также приемом продуктов-пробиотиков. Корректировать изменения микробиома в пожилом возрасте также необходимо диетой, богатой овощами и фруктами, снизить количество продуктов, вызывающих брожение в кишечнике: к их числу относятся белый хлеб, сдоба, сахар, рафинированные крупы.