Джерело: zik.ua
Однак, щоб з’ясувати, чи дійсно постійний контакт з мікробами в ґрунті є причиною відмінностей у складі мікробіома, що пояснюють відносно низький рівень поширеності алергічних захворювань серед росіян, команді потрібно було провести експеримент. Минулого року Фирквіст та її колеги використовували мишачу варіацію астми — захворювання, що викликано тією ж імунною відповіддю Т-клітин-помічників другого типу, що лежить в основі алергічних реакцій. Вчені тримали частину самок мишей на абсолютно чистих підстилках, а в клітинах другої групи мишей підстилки були посипані ґрунтовою сумішшю, і ці клітини стояли в загонах, де містилися й інші тварини, такі як вівці.
Через шість місяців миші, яких утримували на чистих підстилках, продемонстрували більш високу схильність до запальних процесів в легенях у відповідь на вплив алергену, що викликає астму в порівнянні з тими мишами, які постійно контактували з ґрунтом. Вчені також з’ясували, що в повній відповідності з більш ранніми дослідженнями — у кишечнику мишей, які контактували з землею, містилося більше бактерій групи Bacteroidetes, ніж бактерій групи Firmicutes, — це протилежність мікробної сигнатури, яка зазвичай асоціюється з астмою та запальними процесами в цілому як у мишей, так і у людей. У мишей, які контактували з ґрунтом, також був зафіксований більш високий рівень протизапальних білків, які контролюють імунну систему, включаючи фермент А20, який захищає мишей від астми. “Було дивно спостерігати такі різні рівні змін і формування стійкості у мишей”, — сказала Фирквіст.
Миші, на яких фінські вчені проводили свій експеримент, мали тривалий фізичний контакт з наповненим мікробами ґрунтом, однак інші дослідження показують, що навіть незначна кількість частинок ґрунту, що переносяться по повітрю — порівняна з тією кількістю, з якими людина контактує, проводячи час на природі, — теж може впливати на здоров’я мишей. У рамках дослідження, результати якого були опубліковані в січні, еколог Мартін Брід (Martin Breed) з університету Фліндерса в Аделаїді, Австралія, і його колеги перемішали трохи землі, що характеризується різними рівнями біорізноманіття, в лоток поряд з клітками мишей і включали вентилятор на дві години на день, щоб створювати “дуже легкий подих” у бік тварин. За словами Бріда, доза впливу ґрунту була в 100-1000 разів нижче тієї дози, яка використовувалася в інших дослідженнях.
Однак через сім тижнів такого роду контакту з ґрунтом, який характеризувався високою мікробною різноманітністю, у мишей були виявлені зміни в їх мікробіомах, і вони демонстрували більш низькі показники у стандартних стрес-тестах. “До кінця експерименту фекалії мишей, що піддавалися впливу ґрунту з високим рівнем біорізноманіття, за своїм складом були більшою мірою схожі за складом ґрунтів з високим рівнем біорізноманіття, ніж на початку експерименту, — розповів Брід. — Відбулося безпосереднє заселення кишечнику мікробами з ґрунту. Я був вражений, виявивши, що ми змогли зафіксувати зміни у складі мишачих фекалій в результаті такого незначного впливу”.
Вчені вже починають використовувати результати подібних експериментів, щоб обґрунтовувати гіпотезу про те, що контакт з різноманітними бактеріями в навколишньому середовищі — це один з механізмів, що пояснює позитивний вплив на здоров’я людини звички проводити час на природі. “Я вважаю, що з’являється все більше обґрунтувань цієї гіпотези і що ґрунт вносить безпосередній внесок у здоров’я людей”, — сказала Софі Зехмайстер-Болтенштерн (Sophie Zechmeister-Boltenstern), глава Інституту досліджень ґрунту при Університеті природних ресурсів і біологічних наук у Відні. “Чим більше біорізноманіття, — вона додала, — тим вище рівень опірності і стійкості при контактах з патогенами”.
Однак цей висновок пов’язаний з однією серйозною проблемою: за словами Зехмайстер-Болтенштерн, біорізноманіття ґрунтів у світі зменшується, а це означає, що навіть ті люди, які проводять багато часу на природі, сьогодні контактують з меншою кількістю бактерій, ніж у минулому. Нещодавно вона разом зі своїми колегами повідомила, що різноманітність мікробіома людського
Ця гіпотеза стала продовженням гігієнічної гіпотези, яка була розроблена в кінці 1980-х і 1990-х роках, коли дослідники прийшли до усвідомлення того, що життя в сучасному світі, де контакти людини з бактеріями обмежені, супроводжується поширенням полінозу та інших захворювань, пов’язаних з дисфункцією імунної системи. Пізніше мікробіолог і імунолог Університетського коледжу Лондона Грехем Рук (Graham Rook) продовжив розвивати цю ідею, запропонувавши свою гіпотезу “старих друзів”, яка свідчить, що люди — зокрема їх імунні системи — стали залежними від тих мікробів, з якими вони разом еволюціонували протягом десятків тисяч років. “Імунна система — це система, що навчається, — сказав Рук у своєму інтерв’ю виданню The Scientist. — Якщо ви не введете всі необхідні дані, вона не зможе правильно працювати”.
Команда фінських вчених вирішила вивчити механізми, за допомогою яких мікроби, що знаходяться в навколишньому середовищі, можуть впливати на стан імунної системи людини. Один з механізмів передбачає вплив на резидентну мікробіоту людини, яка безпосереднім чином пов’язана з розвитком алергічних реакцій. Цю гіпотезу вже частково підтвердили дані, отримані в ході карельського дослідження. Як розповіла Фирквіст, вивчивши зразки мазків шкіри жителів фінської сторони, “ми з’ясували, що у дітей, що живуть у сільських районах в оточенні лісів і зелених насаджень, набагато рідше зустрічаються алергічні захворювання (у порівнянні з фінськими дітьми, що живуть в містах), і що їхня шкірна мікробіота набагато багатша”.
На шкірі дітей, що живуть у сільських районах, було більше різноманітних бактерій з особливо високим вмістом ацинетобактерій — рід мікробактерій класу протеобактерій, які зазвичай зустрічаються на рослинах. Вчені з’ясували, що у дітей, на шкірі яких було більше ацинетобактерій, спостерігався більш високий вміст лейкоцитів в крові і що ці білі клітини набагато активніше продукували протизапальний цитокін ІЛ-10 у порівнянні з лейкоцитами міських дітей. “Це наштовхнуло нас на думку, що ця конкретна група мікробів, отриманих з навколишнього середовища, можливо, якимось чином здатна тренувати або навчати імунну систему”, — сказала Фирквіст. Зразки, взяті на менш розвиненій російській стороні кордону, підтвердили цю гіпотезу: вчені виявили більш високу концентрацію ацинетобактерій, ніж у зразках фінських дітей, незалежно від конкретних умов проживання. “Оскільки уклад життя в Росії сильно відрізняється від фінської укладу, він, очевидно, пояснює відсутність істотних відмінностей між тими, хто живе і в місті і в сільських районах на російській стороні”, — додала вона.
Однак, щоб з’ясувати, чи дійсно постійний контакт з мікробами в ґрунті є причиною відмінностей у складі мікробіома, що пояснюють відносно низький рівень поширеності алергічних захворювань серед росіян, команді потрібно було провести експеримент. Минулого року Фирквіст та її колеги використовували мишачу варіацію астми — захворювання, що викликано тією ж імунною відповіддю Т-клітин-помічників другого типу, що лежить в основі алергічних реакцій. Вчені тримали частину самок мишей на абсолютно чистих підстилках, а в клітинах другої групи мишей підстилки були посипані ґрунтовою сумішшю, і ці клітини стояли в загонах, де містилися й інші тварини, такі як вівці.
Через шість місяців миші, яких утримували на чистих підстилках, продемонстрували більш високу схильність до запальних процесів в легенях у відповідь на вплив алергену, що викликає астму в порівнянні з тими мишами, які постійно контактували з ґрунтом. Вчені також з’ясували, що в повній відповідності з більш ранніми дослідженнями — у кишечнику мишей, які контактували з землею, містилося більше бактерій групи Bacteroidetes, ніж бактерій групи Firmicutes, — це протилежність мікробної сигнатури, яка зазвичай асоціюється з астмою та запальними процесами в цілому як у мишей, так і у людей. У мишей, які контактували з ґрунтом, також був зафіксований більш високий рівень протизапальних білків, які контролюють імунну систему, включаючи фермент А20, який захищає мишей від астми. “Було дивно спостерігати такі різні рівні змін і формування стійкості у мишей”, — сказала Фирквіст.
Миші, на яких фінські вчені проводили свій експеримент, мали тривалий фізичний контакт з наповненим мікробами ґрунтом, однак інші дослідження показують, що навіть незначна кількість частинок ґрунту, що переносяться по повітрю — порівняна з тією кількістю, з якими людина контактує, проводячи час на природі, — теж може впливати на здоров’я мишей. У рамках дослідження, результати якого були опубліковані в січні, еколог Мартін Брід (Martin Breed) з університету Фліндерса в Аделаїді, Австралія, і його колеги перемішали трохи землі, що характеризується різними рівнями біорізноманіття, в лоток поряд з клітками мишей і включали вентилятор на дві години на день, щоб створювати “дуже легкий подих” у бік тварин. За словами Бріда, доза впливу ґрунту була в 100-1000 разів нижче тієї дози, яка використовувалася в інших дослідженнях.
Однак через сім тижнів такого роду контакту з ґрунтом, який характеризувався високою мікробною різноманітністю, у мишей були виявлені зміни в їх мікробіомах, і вони демонстрували більш низькі показники у стандартних стрес-тестах. “До кінця експерименту фекалії мишей, що піддавалися впливу ґрунту з високим рівнем біорізноманіття, за своїм складом були більшою мірою схожі за складом ґрунтів з високим рівнем біорізноманіття, ніж на початку експерименту, — розповів Брід. — Відбулося безпосереднє заселення кишечнику мікробами з ґрунту. Я був вражений, виявивши, що ми змогли зафіксувати зміни у складі мишачих фекалій в результаті такого незначного впливу”.
Вчені вже починають використовувати результати подібних експериментів, щоб обґрунтовувати гіпотезу про те, що контакт з різноманітними бактеріями в навколишньому середовищі — це один з механізмів, що пояснює позитивний вплив на здоров’я людини звички проводити час на природі. “Я вважаю, що з’являється все більше обґрунтувань цієї гіпотези і що ґрунт вносить безпосередній внесок у здоров’я людей”, — сказала Софі Зехмайстер-Болтенштерн (Sophie Zechmeister-Boltenstern), глава Інституту досліджень ґрунту при Університеті природних ресурсів і біологічних наук у Відні. “Чим більше біорізноманіття, — вона додала, — тим вище рівень опірності і стійкості при контактах з патогенами”.
Однак цей висновок пов’язаний з однією серйозною проблемою: за словами Зехмайстер-Болтенштерн, біорізноманіття ґрунтів у світі зменшується, а це означає, що навіть ті люди, які проводять багато часу на природі, сьогодні контактують з меншою кількістю бактерій, ніж у минулому. Нещодавно вона разом зі своїми колегами повідомила, що різноманітність мікробіома людського кишечника зменшується на тлі зменшення біорізноманіття в навколишньому середовищі.
“Люди не надто добре обізнані про величезне біорізноманіття, яке приховане в ґрунті, — сказала вона, — однак насправді ґрунт є найрізноманітнішим середовищем існування на Землі”.
Джеф Екст
За матеріалами: ІноЗМІ