Ціла армія всередині. Що підтримує наше здоров’я

Ви можете цього не знати, але всередині вас живе ціла армія мікробів, які необхідні для боротьби із загрозами, зокрема вірусом, що викликає COVID-19

За останні два десятиліття вчені дізналися, що в наших тілах більше бактеріальних клітин, ніж людських. Ці бактерії, що живуть усередині й на нас — так званий мікробіом — нагадує компанію, де кожен вид мікробів виконує спеціалізовані роботи, але всі працюють так, щоб зберегти наше здоров’я. У кишечнику бактерії балансують імунну відповідь проти патогенів. Ці бактерії гарантують, що імунна реакція ефективна, але не настільки сильна, щоб ще й нашкодити господареві.

Бактерії у нашому кишечнику можуть викликати ефективну імунну відповідь проти вірусів, які не тільки заражають кишечник, як-от норовірус і ротавірус, але й легкі, такі як вірус грипу. Корисна мікрофлора кишечника робить це, наказуючи спеціалізованим імунним клітинам виробляти сильнодійні антивірусні білки, які знищують вірусні інфекції. І тіло людини, у якої немає цих корисних кишкових бактерій, не матиме такої сильної імунної реакції на вторгнення вірусів. Унаслідок, інфекція може розвиватися непомітно, негативно позначаючись на здоров'ї.

Я мікробіолог і мене цікавить, як бактерії впливають на здоров’я людини. Важливим напрямом моїх досліджень є з’ясування того, як доброчинні бактерії, що населяють наш кишечник, борються з хворобами й інфекціями. Моя остання робота присвячена зв’язку між конкретним мікробом і тяжкістю COVID-19 у пацієнтів. У підсумку хочу з’ясувати, як розвинути мікрофлору кишечника за допомогою відповідних продуктів, аби викликати сильну імунну відповідь — не тільки для SARS-CoV-2, а й для всіх патогенів.

Як бактерії, які живуть усередині нас, підтримують наше здоров’я?

Наш імунний захист є частиною складної біологічної реакції на шкідливі патогени, такі як віруси або бактерії. Однак, оскільки наші тіла населені трильйонами загалом корисних бактерій, вірусів і грибів, активація нашої імунної реакції жорстко регулюється, щоб розрізняти шкідливі й корисні мікроби.

Наші бактерії — чудові помічники, які старанно допомагають імунній системі боротися з інфекціями. Фундаментальні дослідження показали, що миші, які одержували антибіотики, що знищують бактерії у кишечнику, мають ослаблену імунну відповідь. У цих тварин була низька кількість білих кров’яних тілець, що борються з вірусом, слабка відповідь антитіл і погане вироблення білка, який життєво важливий для боротьби з вірусною інфекцією і модулювання імунної відповіді.

В іншому дослідженні мишей годували бактеріями Lactobacillus, які зазвичай використовують як пробіотик у ферментованій їжі. Ці мікроби зменшили тяжкість інфекції грипу. Миші, що отримували Lactobacillus, які не худнули, і у них було мінімальне ураження легень проти мишей, які не отримували цих бактерій. Точно так само інші дослідження виявили, що лікування мишей Lactobacillus захищає від різних підтипів вірусу грипу і респіраторно-синцитіального вірусу людини — основної причини вірусного бронхіоліту і пневмонії у дітей.

Хронічні захворювання та мікроби

У пацієнтів із хронічними захворюваннями, зокрема діабетом другого типу, ожирінням і серцево-судинними захворюваннями, — гіперактивна імунна система, яка не може розпізнати нешкідливий стимул і пов’язана зі зміненою мікрофлорою кишечника.

Під час цих хронічних захворювань у мікрофлорі кишечника відсутні бактерії, які активують імунні клітини, що блокують реакцію на нешкідливі бактерії у нашому кишечнику. Така зміна мікрофлори кишечника також спостерігається у дітей, що з’явилися на світ за допомогою кесаревого розтину, у літніх людей, та у людей, які погано харчуються.

У США 117 млн осіб — приблизно половина дорослого населення — страждають діабетом другого типу, ожирінням, серцево-судинними захворюваннями або і тим, й іншим. Це свідчить про те, що у половини дорослих американців усередині ціла армія несправного мікробіома.

Дослідження у моїй лабораторії зосереджені на виявленні кишкових бактерій, які мають вирішальне значення для створення збалансованої імунної системи, яка бореться з небезпечними для життя бактеріальними і вірусними інфекціями, зберігаючи корисні бактерії всередині й на нас.

З огляду на те, що дієта впливає на різноманітність бактерій у кишечнику, мої лабораторні дослідження демонструють, як дієту можна використовувати для терапії для хронічних захворювань. Використовуючи різні продукти харчування, люди можуть змінити мікрофлору кишечника на ту, яка посилить здорову імунну реакцію.

У частини пацієнтів, інфікованих SARS-CoV-2, вірусом, що викликає COVID-19, виникають серйозні ускладнення, які вимагають реанімації. Що спільного у багатьох з цих пацієнтів? Літній вік і хронічні захворювання, пов’язані з харчуванням, як-от ожиріння, діабет другого типу і серцево-судинні захворювання.

Чорношкірі й латиноамериканці в непропорційно великій мірі страждають від ожиріння, діабету другого типу і серцево-судинних захворювань, усі з яких пов’язані з поганим харчуванням. Таким чином, не випадково в цих групах більше смертей від COVID-19 порівнюючи з білими. Так відбувається не тільки у США, але й у Великій Британії.

Виявлення мікробів, які пророкують тяжкість COVID-19

Пандемія COVID-19 надихнула мене на зміщення дослідження у бік вивчення ролі мікрофлори кишечника в надмірно агресивній імунній реакції на інфекцію SARS-CoV-2.

Ми з колегами припустили, що тяжко хворі на SARS-CoV-2 пацієнти з такими станами, як-от ожиріння, діабет другого типу і серцево-судинні захворювання, мають змінену мікрофлору кишечника, яка посилює гострий респіраторний дистрес-синдром.

Вважається, що гострий респіраторний дистрес-синдром — це синдром, що загрожує життю ураженням легень, у пацієнтів із SARS-CoV-2, розвивається внаслідок смертельного передозування імунної реакції, яку називають цитокіновим штормом, що викликає неконтрольований потік імунних клітин у легені. У цих пацієнтів їхні власні неконтрольовані запальні імунні реакції, а не сам вірус, викликають важкі ушкодження легень і відмову багатьох органів, які призводять до смерті.

Кілька досліджень, описаних в одному недавньому огляді, виявили змінену мікрофлору кишечника у пацієнтів із COVID-19. Деякі компанії, зокрема Seres Therapeutics, 4d Pharma PLC, Evelo Biosciences, VEDANTA bioscience, і Finch Therapeutics, нещодавно привернули увагу інвесторів своєю роботою з лікування захворювань, зокрема раку, депресії і запальних захворювань кишечника.

Ідентифікація конкретних бактерій у мікробіомі, які могли б передбачити серйозність COVID-19, відсутня.

Для вирішення цього питання мої колеги і я набрали COVID-19 госпіталізованих пацієнтів із важкими і помірними симптомами. Ми зібрали проби калу і слини, щоб визначити, чи можуть бактерії у кишечнику й оральному мікробіомі передбачити важкий перебіг COVID-19. Ідентифікація маркерів мікробіома, які можуть передбачити клінічні результати захворювання на COVID-19, є основним фактором, що допомагає приділяти пріоритетну увагу пацієнтам, які потребують нагального лікування.

Ми показали в документі, який ще не пройшов рецензування, що склад кишкової мікрофлори є найсильнішим провісником рівня тяжкості COVID-19, порівнюючи з клінічними характеристиками пацієнта, які зазвичай використовують для цього. Зокрема, ми визначили, що наявність у калі бактерії Enterococcus faecalis було надійним провісником серйозності COVID-19. Не дивно, адже Enterococcus faecalis пов’язані з хронічним запаленням.

Enterococcus faecalis, зібрані з фекалій, можуть вирощуватися поза тілом у клінічних лабораторіях. Отже, тест Е. faecalis може бути маловитратними, швидким і відносно легким способом виявлення пацієнтів, які, ймовірно, мають потребу в більшому догляді і терапевтичному втручанні, щоб підвищити їх шанси на виживання.

Але з перших із них поки не зрозуміло, який внесок вносить змінений мікробіом в імунну реакцію на інфекцію SARS-CoV-2. Нещодавнє дослідження показало, що інфекція SARS-CoV-2 викликає дисбаланс в імунних клітинах, які називаються Т-регуляторними клітинами, що мають вирішальне значення для імунного балансу.

Бактерії кишкової мікрофлори відповідають за належну активацію цих Т-регуляторних клітин. Таким чином, дослідники, подібні до мене, мають брати повторні зразки калу, слини і крові пацієнта протягом тривалішого часу, щоб дізнатися, як змінений мікробіом, який спостерігається у пацієнтів з COVID-19, може модулювати серйозність захворювання, можливо, змінюючи розвиток T- регуляторних клітин.

Як латиноамериканський учений, який вивчає взаємодію між харчуванням, мікробіомом й імунітетом, я маю підкреслити важливість ефективнішої політики щодо покращення доступу до здорової їжі, що призводить до здоровішого мікробіома. Також важливо розробити дієтотерапію з урахуванням культурних особливостей для спільнот чорношкірих і латиноамериканців. Хоча якісне харчування може і не запобігти зараженню SARS-CoV-2, воно може лікувати захворювання, що призводять до важкого перебігу захворювання.

Оригінал опубліковано на The Conversation

Підписуйтесь на канал ВАПу у Telegram, на нашу сторінку у Facebook і дізнавайтесь новини першими