Влияние почвы на иммунную систему

Эта гипотеза стала продолжением гигиенической гипотезы, которая была разработана в конце 1980-х и в 1990-х годах, когда исследователи пришли к осознанию того, что жизнь в современном мире, где контакты человека с бактериями ограничены, сопряжена распространением поллиноза и других заболеваний, связанных с дисфункцией иммунной системы. Позже микробиолог и иммунолог Университетского колледжа Лондона Грэхэм Рук (Graham Rook) продолжил развивать эту идею, предложив свою гипотезу «старых друзей», которая гласит, что люди — в частности их иммунные системы — стали зависимыми от тех микробов, с которыми они вместе эволюционировали на протяжении десятков тысяч лет. «Иммунная система — это обучающаяся система, — сказал Рук в своем интервью изданию The Scientist. — Если вы не введете все необходимые данные, она не сможет правильно работать».

Команда финских ученых решила изучить механизмы, посредством которых находящиеся в окружающей среде микробы могут влиять на состояние иммунной системы человека. Один из механизмов предполагает воздействие на резидентную микробиоту человека, которая непосредственным образом связана с развитием аллергических реакций. Эту гипотезу уже отчасти подтвердили данные, полученные в ходе карельского исследования. Как рассказала Фирквист, изучив образцы мазков кожи жителей финской стороны, «мы выяснили, что у детей, живущих в сельских районах в окружении лесов и зеленых насаждений, гораздо реже встречаются аллергические заболевания [по сравнению с финскими детьми, живущими в городах] и что их кожная микробиота гораздо богаче».

На коже детей, живущих в сельских районах, было больше разнообразных бактерий с особенно высоким содержанием ацинетобактерий — род микробактерий класса протеобактерий, которые обычно встречаются на растениях. Ученые выяснили, что у детей, на коже которых было больше ацинетобактерий, наблюдалось более высокое содержание лейкоцитов в крови и что эти белые клетки гораздо активнее продуцировали противовоспалительный цитокин ИЛ-10 по сравнению с лейкоцитами городских детей. «Это натолкнуло нас на мысль, что эта конкретная группа микробов, полученных из окружающей среды, возможно, каким-то образом способна тренировать или обучать иммунную систему», — сказала Фирквист. Образцы, взятые на менее развитой российской стороне границы, подтвердили эту гипотезу: ученые обнаружили более высокую концентрацию ацинетобактерий, нежели в образцах финских детей, независимо от конкретных условий проживания. «Поскольку уклад жизни в России сильно отличается от финского уклада, он, по всей видимости, объясняет отсутствие существенных различий между теми, кто живет и городе и в сельских районах на российской стороне», — добавила она.

Однако, чтобы выяснить, действительно ли постоянный контакт с микробами в почве является причиной различий в составе микробиома, объясняющих относительно низкий уровень распространенности аллергических заболеваний среди россиян, команде нужно было провести эксперимент. В прошлом году Фирквист и ее коллеги использовали мышиную вариацию астмы — заболевания, вызываемого тем же иммунным ответом Т-клеток-помощников второго типа, который лежит в основе аллергических реакций. Ученые содержали часть самок мышей на совершенно чистых подстилках, а в клетках второй группы мышей подстилки были посыпаны почвенной смесью, и эти клетки стояли в загонах, где содержались и другие животные, такие как овцы.

Спустя шесть месяцев мыши, которых содержали на чистых подстилках, продемонстрировали более высокую подверженность воспалительным процессам в легких в ответ на воздействие вызывающего астму аллергена по сравнению с теми мышами, которые постоянно контактировали с почвой. Ученые также выяснили, что — в полном соответствии с более ранними исследованиями — в кишечнике мышей, контактировавших с землей, содержалось больше бактерий группы Bacteroidetes, нежели бактерий группы Firmicutes, — это противоположность микробной сигнатуры, которая обычно ассоциируется с астмой и воспалительными процессами в целом как у мышей, так и у людей. У мышей, контактировавших с почвой, также был зафиксирован более высокий уровень противовоспалительных белков, которые контролируют иммунную систему, включая фермент А20, который защищает мышей от астмы. «Было удивительно наблюдать такие разные уровни изменений и формирования устойчивости у мышей», — сказала Фирквист.

Мыши, на которых финские ученые проводили свой эксперимент, имели длительный физический контакт с наполненной микробами почвой, однако другие исследования показывают, что даже незначительное количество переносимых по воздуху частичек почвы — сравнимое с тем количеством, с которым человек контактирует, проводя время на природе, — тоже может оказывать влияние на здоровье мышей. В рамках исследования, результаты которого были опубликованы в январе, эколог Мартин Брид (Martin Breed) из университета Флиндерса в Аделаиде, Австралия, и его коллеги помешали немного земли, характеризующейся различными уровнями биоразнообразия, в лоток рядом с клетками мышей и включали вентилятор на два часа в день, чтобы создавать «очень легкое дуновение» в сторону животных. По словам Брида, доза воздействия почвы была в 100-1000 раз ниже той дозы, которая использовалась в других исследованиях.

Тем не менее, спустя семь недель такого рода контакта с почвой, характеризовавшейся высоким микробным разнообразием, у мышей были обнаружены изменения в их микробиомах, и они демонстрировали более низкие показатели в стандартных стресс-тестах. «К концу эксперимента фекалии мышей, подвергавшихся воздействию почвы с высоким уровнем биоразнообразия, по своему составу были в большей степени схожи с составом почв с высоким уровнем биоразнообразия, чем в начале эксперимента, — рассказал Брид. — Произошло непосредственное заселение кишечника микробами из почвы. Я был поражен, обнаружив, что мы смогли зафиксировать изменения в составе мышиных фекалий в результате такого незначительного воздействия».

Ученые уже начинают использовать результаты подобных экспериментов, чтобы обосновывать гипотезу о том, что контакт с разнообразными бактериями в окружающей среде — это один из механизмов, объясняющих положительное влияние на здоровье человека привычки проводить время на природе. «Я считаю, что появляется все больше обоснований этой гипотезы и что почва вносит непосредственный вклад в здоровье людей», — сказала Софи Зехмайстер-Болтенштерн (Sophie Zechmeister-Boltenstern), глава Института исследований почвы при Университете природных ресурсов и биологических наук в Вене. «Чем больше биоразнообразие, — добавил она, — тем выше уровень сопротивляемости и устойчивости при контактах с патогенами».

Однако этот вывод связан с одной серьезной проблемой: по словам Зехмайстер-Болтенштерн, биоразнообразие почв в мире уменьшается, а это значит, что даже те люди, которые проводят много времени на природе, сегодня контактируют с меньшим количеством бактерий, чем в прошлом. Недавно она вместе со своими коллегами сообщила, что разнообразие микробиома человеческого кишечника уменьшается на фоне уменьшения биоразнообразия в окружающей среде.

«Люди не слишком хорошо осведомлены об огромном биоразнообразии, скрытом в почве, — сказала она, — но на самом деле почва является самой разнообразной средой обитания на Земле».


По материалам ИноСМИ