Наш организм является домом для огромных микробных экосистем, которые незаметно формируют иммунитет, обмен веществ и даже поведение. За последние десятилетия исследования переместили микробиом из периферии науки в центр биологии и медицины. Однако по мере развития этой области стало очевидно одно: время имеет значение. Микробные сообщества не являются статичной особенностью взрослого организма — они формируются постепенно, шаг за шагом, начиная с рождения. В течение этого периода формирования даже небольшие воздействия могут изменить траекторию колонизации и потенциально оставить долговременный след в состоянии здоровья.
Этот ранний период важен как с клинической, так и с общественной точки зрения. Врачи используют мощные инструменты — антибиотики, вакцины и другие вмешательства, — которые спасают жизни, но одновременно изменяют микробные экосистемы. Кампании общественного здравоохранения, направленные на контроль инфекционных заболеваний, могут трансформировать окружающую среду и образ жизни, иногда быстрее, чем микробные сообщества успевают адаптироваться. В то же время глобализация и изменение образа жизни угрожают утратой наследственного микробного разнообразия, которое развивалось совместно с человеком на протяжении тысячелетий. В совокупности эти процессы поднимают два актуальных вопроса: когда микробиом младенца наиболее уязвим к нарушениям и как обеспечить баланс между жизненно важной медицинской помощью и сохранением либо восстановлением полезных микробных сообществ?
Чтобы изучить эти вопросы, мы поговорили с Марией Глорией Домингес-Белло, заслуженным профессором микробной экологии Университета Ратгерса и одним из ведущих исследователей микробиомов человека. Более десяти лет она изучает развитие микробиома с момента рождения, включая полевые исследования в отдалённых деревнях коренных народов Амазонии, где сообщества переживают быстрые, но неравномерные изменения. Её исследования объединяют наблюдения на уровне сообществ с данными продольных когортных исследований новорождённых, демонстрируя, как ранние воздействия — включая рутинную медицинскую помощь и программы медицинского сопровождения населения — могут быстро перестраивать микробиомы кишечника, полости рта, носа и кожи. Эти закономерности позволяют определить критические периоды уязвимости в младенчестве и раннем детстве и указывают на практические вмешательства, способные предотвратить или исправить непреднамеренный экологический ущерб.
Вы уже давно изучаете развитие микробиома с рождения. Как Вы связываете это исследование в деревнях коренных народов с тем, что мы знаем о формировании микробиома в раннем возрасте?
Ранний период жизни — это время, когда микробиом формируется. Дети не рождаются со зрелым микробным сообществом; сначала они получают микроорганизмы от своих матерей, а затем от других членов семьи и окружающей среды. Важно, что только бактерии, адаптированные к человеку, как правило, способны успешно колонизировать организм и сохраняться в нём, а эти ранние колонизаторы помогают формировать иммунные, метаболические и даже нейроразвитийные процессы.
То, что мы наблюдали в сообществах коренных народов, согласуется с результатами многих когортных исследований новорождённых: развивающийся микробиом отличается высокой динамичностью и особенно чувствителен к нарушениям. В этих сообществах даже относительно умеренные медицинские воздействия были связаны с быстрой перестройкой микробных сообществ, причём наиболее выраженные эффекты наблюдались у детей.
Какие «окна уязвимости» для развития микробиома Вы считаете наиболее важными?
Наиболее критическим периодом, вероятно, является время от рождения до первых шести месяцев жизни, при этом степень уязвимости постепенно снижается примерно до трёхлетнего возраста.
В этот начальный период такие факторы, как способ родоразрешения, грудное вскармливание, антибиотикотерапия, инфекции, питание и воздействие окружающей среды, оказывают особенно сильное влияние, поскольку микробиом всё ещё находится в процессе самоорганизации. Ранние колонизаторы формируют экологические ниши и участвуют в «обучении» иммунной системы, поэтому любые нарушения могут иметь непропорционально большие последствия.
Хотя основное созревание микробиома происходит в течение первых трёх лет жизни, его развитие, вероятно, продолжается более тонким образом в последующие периоды детства и даже во взрослом возрасте. Однако устойчивость к нарушениям значительно ниже у самых маленьких младенцев.
Являются ли дети просто более чувствительными к нарушениям или же у них выше вероятность стойкого перепрограммирования после ранних воздействий?
Дети действительно более чувствительны к нарушениям, поскольку их микробные экосистемы всё ещё находятся в процессе формирования. Однако проблема не ограничивается временной чувствительностью: ранние нарушения могут изменить саму траекторию развития. Другими словами, нас должны беспокоить не только временные дисбалансы, но и потенциальное долгосрочное экологическое перепрограммирование.
Наше исследование не было предназначено для доказательства сохранения этих изменений на протяжении десятилетий, поэтому на основании только этих данных мы не можем утверждать о наличии окончательно подтверждённых долговременных изменений. Тем не менее более выраженные и быстрые эффекты, которые мы наблюдали у детей, вызывают такую обеспокоенность и подчёркивают необходимость более длительного наблюдения.
Исследование показывает, что изменения микробиома могут происходить в кишечнике, полости рта, носу и на коже, но не одинаковым образом. Что это говорит о микробной экологии различных участков организма?
Каждый участок организма функционирует как отдельная экосистема. Кишечник существенно отличается от полости рта, носовых ходов или кожи — уровни кислорода, солёность, доступность питательных веществ, иммунное давление, влажность и контакт с окружающей средой создают различные экологические условия.
Поэтому «микробиом» — это не единая структура, а совокупность взаимосвязанных экосистем, которые могут по-разному реагировать на одно и то же воздействие. Из-за этих локальных особенностей следует ожидать неоднородных реакций в различных анатомических участках при нарушении микробных сообществ.
Беспокоит ли Вас, что нарушение микробиома может быть недооценённой ценой в целом весьма успешных программ по контролю заболеваний?
Да. Однако это ни в коем случае не следует интерпретировать как аргумент против медицины. Эти программы спасли бесчисленное количество жизней и остаются крайне необходимыми.
Суть заключается в том, что медицинские вмешательства могут иметь непреднамеренные экологические последствия для микробиома, особенно в раннем возрасте, и мы пока ещё не полностью охарактеризовали эти последствия. Осознание этого факта не уменьшает ценности медицинских вмешательств, а требует более взвешенного подхода: лучшего понимания, мониторинга и, при необходимости, восстановительных стратегий, позволяющих устранять сопутствующий микробный ущерб при сохранении жизнеспасающих преимуществ контроля заболеваний.
Ваша работа также связана с сохранением глобального микробного разнообразия, включая проект Microbiota Vault. Усиливает ли это исследование аргументы в пользу сохранения наследственных микроорганизмов?
Безусловно. Один из наиболее поразительных выводов заключается в том, насколько быстро может начаться перестройка микробиома — ещё до того, как становятся заметными существенные изменения питания или образа жизни по западному образцу.
Это позволяет предположить, что микробное разнообразие может сокращаться быстрее, чем мы предполагали. Многие микроорганизмы, которые развивались совместно с человеком на протяжении тысячелетий, уже могут исчезать в некоторых популяциях. Сохранение микробного разнообразия может стать важным как для медицины будущего, так и для программ восстановления микробных экосистем.
Как Вы считаете, что общество до сих пор неправильно понимает в отношении человеческого микробиома и современной жизни?
Люди по-прежнему воспринимают микроорганизмы главным образом как возбудителей болезней. Такой акцент понятен, поскольку многие микроорганизмы действительно вызывают заболевания, а успехи современной медицины в борьбе с инфекциями стали поистине революционными.
Однако человек также эволюционировал в тесном взаимодействии с огромными сообществами полезных микроорганизмов, которые регулируют иммунитет, обмен веществ и процессы развития. Население и многие клиницисты пока ещё не в полной мере осознают масштаб и глубину этого сосуществования, а также то, насколько современный образ жизни изменил нашу микробную экологию. Мы только начинаем понимать отдалённые последствия этих изменений.
