Микробиом: щенячья сила

Оказывается, ранее считавшаяся “плохой” окружающая среда может обогатить микробиом ребенка и уменьшить вероятность развития у него ожирения или астмы. И в этом нам могут помочь братья наши меньшие.

Как показывают двадцатилетние исследования, у детей, в семьях которых есть собаки, ниже уровень заболеваемости астмой. Многие исследователи объясняют этот факт так называемой “гигиенической гипотезой”, согласно которой контакт с малыми количествами “грязи” в детстве может предотвратить развитие аллергических заболеваний в дальнейшем. Однако из-за отсутствия точных данных о связи между наличием собаки и улучшением иммунитета, гипотеза долгое время оставалась заманчивой, но непроверенной.

“Матери, которые имеют собак, возможно, более здоровы и более привержены к грудному вскармливанию, что можно объяснить определенным образом жизни”, – говорит Анита Козырски, детский эпидемиолог университета Алберта в Эдмонтон, Канада.

В 2013 Козырски решила проверить правильность данной гипотезы. Ее команда определила микробиологический состав 24 образцов кала, собранных с 2008 по 2009 годы у 4-месячных младенцев, включенных в групповое исследование Canadian Healthy Infant Longitudinal Development (CHILD). В семьях 15 из 24 младенцев имелась, как минимум, одна собака или кошка .

Исследователи обнаружили, что микробное разнообразие в кишечнике (определенное в кале) больше у младенцев, живущих с домашними животными. Еще тридцать лет назад данные Козырски приняли бы в штыки, ведь считалось, что лучше ограждать себя от микробов. Семейный аллергологический анамнез даже побуждает врачей рекомендовать будущим родителям отказаться от домашних питомцев.

“Но сейчас известно, что иммунная система развивается бок о бок с микробиомом кишечника”, – говорит Козырски. Это означает, что иммунная система младенцев, мало контактирующих с микробами,  присутствующими, например, в собачьей шерсти или в следах грязных лап, считает их достойными атаки, что приводит к развитию заболевания.

Этот недостаток контакта с микроорганизмами особенно заметен в развитых странах, где люди большую часть своего времени проводят в закрытых помещениях. Исследователи подозревают, что собаки - один из способов “безопасной” тренировки иммунной системы ребенка.

Однако выписывать рецепты на щенят еще рано. Исследования Козырски недостаточно для того, чтобы делать какие-либо выводы. Роб Кнайт, микробиолог и директор центра микробных инноваций Калифорнийского университета в Сан Диего, указывает на пробелы, которые только предстоит заполнить. “Не было выполнено исследования интервенционного типа, которое бы окончательно доказало, что наличие собаки улучшит здоровье вашего ребенка”, – говорит он. “Но имеющиеся данные говорят о необходимости продолжения работы в этом направлении”.

Заболеваемость аллергическими и аутоиммунными заболеваниями растет с каждым десятилетием. В 1989 году Дэвид Стрэчен, ныне эпидемиолог в университете святого Георга в Лондоне, обнаружил, что у детей, росших в окружении братьев и сестер, частота поллиноза ниже, чем у единственных детей в семье . Стрэчен разработал “гигиеническую гипотезу”, в которой предположил, что рост частоты аллергических заболеваний обусловлен все большей чистотой окружающей среды, в частности - высокими стандартами личной гигиены.

С тех пор многие исследователи подтвердили, что контакт с малыми количествами “грязи” (от братьев и сестер, жизни на ферме или в развивающейся стране) может быть полезным и даже предотвратить некоторые заболевания. Например, в 2015 году, проведя десятилетние наблюдения, исследователи выявили значительное снижение риска развития астмы у детей, растущих с собаками . Исследователи проанализировали данные, полученные от более миллиона детей, рожденных в Швеции в период с 2001 по 2010 годы. Обследовав 275 000 детей школьного возраста в данной группе, ученые обнаружили, что у детей, в семьях которых имелась собака, риск развития астмы был на 13% ниже, чем у сверстников, не имевших домашнего питомца.

Идея того, что домашние животные могут разнообразить микробиом, становится еще более обоснованной, если рассматривать ее как уточнение “гигиенической гипотезы”. С этой точки зрения совместная эволюция людей с домашними и дикими животным способствовала развитию микробиома с целью сохранения здоровья и повышения выживаемости. Потеря контакта со “старыми друзьями” может нарушить тонкий эволюционный баланс.

Исследователи полагают, что наше длительное взаимодействие с собаками привело к тому, что микробиомы человека и пса стали развиваться в тандеме. Микробиом ребенка, растущего без собаки (как и щенка, растущего без человека) в некотором смысле неполноценен. “Вероятно, у всех живущих ныне людей имелись предки, которые обитали в племенах, охотившихся с собаками”, – говорит Джек Гилберт, директор центра микробиома в Чикагском университете, штат Иллинойс.

До конца не ясно, как микробы собак могут оказывать положительный эффект для человека. В случае болезни однократный контакт может способствовать переносу патогенных бактерий от собаки к человеку. Долгое время обмен непатогенными бактериями был менее ясен.

Кнайт с коллегами сравнили состав микробиома кожи, языка и кишечника 159 человек и 36 собак в 60 семьях . Они обнаружили, что микробиомы кожи людей в семьях с собаками были более схожи, чем таковые в семьях, не имевших этих домашних животных. Другими словами, собаки служили агентами переноса микроорганизмов.

В то же время, Гилберт совершенно случайно определил, как влияет на микробиом семьи переезд в новый дом . Выбрав 7 семей, 3 из которых готовились к переезду, ученые отобрали образцы микроорганизмов из домов и с поверхности кожи участников исследования. В нескольких домах имелись собаки и кошка, и, зная о влиянии животных на микробиом хозяев, ученые исследовали и образцы, взятые у питомцев.

Когда Гилберт составил карту перемещения бактерий между всеми млекопитающими и предметами в доме (поверхностями, людьми, собаками и кошками), он, как и Кнайт, обнаружил, что животные играют немаловажную роль в передаче микроорганизмов от человека к человеку. Также Гилберт обнаружил, что жильцы дома имеют уникальный “микробный отпечаток”, который переносят на новое место жительства. Но наличие влияния на здоровье этого динамичного обмена микробами выявить так и не удалось.

Неясно, оказывает ли этот обмен микробами с собаками какие-либо долгосрочные изменения на микробиом человека. Кнайт собирал данные об участниках лишь один раз, а в исследовании Гилберта за людьми наблюдали всего шесть недель. Возможно, наблюдаемая Кнайтом и Гилбертом передача микробов между собаками и людьми была транзитной. Кнайт собирался провести повторное исследование, но слишком много семей участников с тех пор развелись, а некоторые из их домашних животных умерли.

Исследования, представленные в прошлом ноябре на ежегодном симпозиуме общества по защите прав животных, поставили под сомнение влияние микробиомов собак на взрослых людей. Двадцать взрослых людей возрастом от 50 до 80 лет предоставили исходные образцы крови, кожи, слюны и кала и затем временно ухаживали за собаками местной общественной организации. Затем добровольцев повторно обследовали раз в месяц в течение трех месяцев (участники имели возможность оставить собак себе в конце исследования).

Хотя у новых владельцев собак наблюдалось заметное улучшение настроения (у них отмечались низкие уровни провоспалительных цитокинов, которые вовлечены в развитие депрессии, деменции, диабета, рака и кардиоваскулярных заболеваний), микробиомы их оставались неизменны. “Собаки явно воздействовали на эмоции и иммунную систему людей, но не посредством микробиома”, – говорит руководитель исследования Чарльз Райсон, психиатр из университета Висконсин-Мэдисон.

Райсон считает, что существует решающее временное “окно”, в течение которого контакт с собаками (и другими источниками загрязнения) может оказывать существенное воздействие на организм человека. Этот вывод сделан совместно с несколькими другими исследованиями, показывающими, что микробиом кишечника человека формируется в основном в течение первых лет жизни. “Один из выводов указывает на то, что собаки защищают детей, особенно младенцев, поскольку их микробиом еще не сформирован”, – говорит Райсон. “Став стариком, ты застрял с тем, что у тебя есть”.

Вернувшись в Канаду, Козырски расширила свое пилотное исследование с 24 до 746 младенцев, около половины из которых жило в семьях с домашними животными. Затем ее команда сравнила микробные сообщества детей.

Как и раньше, Козырски обнаружила, что микробное разнообразие было выше у трехмесячных младенцев из семей с домашними животными. Более того, теперь ее команда смогла доказать, что у детей из семей с домашними животными (70% которых составили собаки) отмечались более высокие уровни двух типов бактерий (Firmicutes) – Ruminococcus и Oscillospira, наличие которых может снижать риск развития аллергических заболеваний и ожирения соответственно. Команда подтвердила данные о том, что Ruminococcus снижает риск аллергических заболеваний.

“Контакт с животными в детстве может снизить риск развития аллергических заболеваний и ожирения”, – говорит Хейн Мин Тун, ветеринарный эпидемиолог университета Альберта, представивший данные исследований на международном консорциуме проекта Human Microbiome в Хьюстоне, Техас.

Одной из областей, которая может дать некоторые представления о взаимодействии между микробиомами людей и собак, является American Gut Project Кнайта. В этом гражданском научном проекте  люди оплачивают собственный анализ микробиома кишечника. За небольшую доплату команда исследователей также секвенирует геном микроорганизмов домашних животных, будь то собака, змея или какаду. Кнайт использовал данные, полученные  более чем от 10 000 людей и десятков собак, чтобы проанализировать сотни переменных, влияющих на микробиом. Исследование находится на рассмотрении, но ключевой находкой, по его словам, является то, что микробиомы людей, имеющих собак, более разнообразны, хотя такие факторы, как прием антибиотиков и диета играют большую роль, делая проблему микробиома более эклектичной.

По мере того, как секвенирование дешевеет, Кнайт надеется перейти от этих результатов к лечению. “Например,  собаки людей с избыточным весом зачастую также тучные, и если посадить такую собаку на диету, теоретически она могла бы передать микроорганизмы “потери веса” своим владельцам”, – говорит Кнайт. Или можно было бы выделить полезные микроорганизмы собаки и создать препарат, который передаст нужные свойства ее хозяину.

Кнайт в шутку размышляет о перспективах: “Может, получится сделать таблетированную форму собаки? Или можно будет выписывать спрей с собакой? Или, возможно, появится собака в форме освежителя воздуха, который приносит как молекулы запаха, так и микробы?”

Возможно, вскоре придется раскошелиться, чтобы вдохнуть аромат “собачьей свежести” и быть более здоровым.

Список литературы:

• Azad, M. B. et al. Allerg. Asthma Clin. Immunol. 9, 15 (2013)
• Strachan, D. P. Br. Med. J. 299, 1259–1260 (1989)
• Fall, T. et al. JAMA Pediatr. 169, e153219 (2015)
• Song, S. J. et al. eLife 2, e00458 (2013)
• Lax, S. et al. Science 345, 1048–1052 (2014)