Кимчхи для микроба: в Сколково создают систему анализа микробиоты кишечника
От 800 граммов до 2,5 килограммов в весе каждого из нас приходится на триллионы микробов, которые живут в кишечнике. Лишь 10% клеток организма являются нашими собственными, остальные 90 принадлежат бактериям. Работа этого сообщества микроорганизмов, которые определяют метаболизм многих питательных веществ и витаминов, формируют иммунитет и противостоят заболеваниям, влияет на наше здоровье и самочувствие
Все чаще эпидемиологические и клинические исследования подтверждают взаимосвязь работы иммунной системы с составом микробиоты кишечника, количественные и качественные изменения которого могут индуцировать или подавлять вялотекущее воспаление и, тем самым, влиять на развитие неинфекционных заболеваний, таких как ожирение, сахарный диабет II типа, сердечно-сосудистые заболевания, аллергические реакции и т.д. До недавних пор единственным способом исследовать популяцию микробов кишечника, иначе именуемую микробиотой, было их культивирование в лаборатории. Это долгий и хлопотный процесс. Но в последнее время успехи в технологиях секвенирования ДНК дали ученым новый удобный инструмент для точной идентификации этих организмов. Стали появляться успешные проекты на стыке биомедицины и big data. Наиболее активно методы исследования микробиоты развиваются в Европе и США, где реализуют государственные программы, появляются частные компании, которые предлагают такие анализы врачам и пациентам. Так, например, в конце 2016 года американская компания uBiome, предлагающая персональное тестирование микробиоты кишечника, получила очередной транш инвестиций в размере 15,5 млн долларов. Врачам такие инструменты позволяют точнее определять развитие заболеваний, а бизнесу – использовать уникальную информацию о бактериях человека и об их влиянии на организм для разработки эффективных решений. Так, фармацевтические компании смогут создавать таргетированные лекарства, пищевые – продукты питания, поддерживающие правильный баланс микробов в кишечнике.
Единственной российской компанией, занимающейся созданием электронной системы анализа данных микробиоты кишечника человека, является сколковская команда «Кномикс», резидент кластера биомедицинских технологий. В конце 2016 года компания вошла в состав биомедицинского холдинга «Атлас» и стала его R&D-подразделением. Недавно «Кномикс» получил от Фонда грант в 30 млн рублей. На важность проекта в беседе с Sk.ru обратил внимание Кирилл Каем, вице-президент «Сколково», исполнительный директор биомедицинского кластера. «Сегодня на глобальном биомедицинском рынке нет решений, которые бы позволили собрать и проанализировать в одном месте всю информацию об исследованиях микробиоты, чтобы на выходе эти обширные данные могли бы использовать все - от пациентов и врачей до бизнеса, - отмечает г-н Каем. - Продукт команды на стыке big data и биомедицины будет крайне востребован как в России, так и по всему миру. Потенциальный объем только российского рынка в перспективе 5-7 лет составляет несколько миллиардов рублей. Важность разработок по данному направлению подчеркивает включение целого раздела по вопросам микробиоты в проект Федерального Закона «О биологической безопасности РФ».
Информационная система, анализирующая микробиоту человека, будет состоять из базы данных и алгоритма для их анализа. При разработке продукта исследователи используют сведения о микробиоте нескольких десятков тысяч человек, находящиеся в открытом доступе и не подпадающие под защиту закона о персональных данных. «Речь идет об обезличенных данных, максимум, что мы знаем об этих людях - их пол, возраст, страну происхождения и в некоторых случаях – диагностированные заболевания, - рассказал Sk.ru гендиректор «Кномикса» и руководитель R&D-подразделения «Атласа» Дмитрий Алексеев. - Мы можем собрать, однотипно обработать эту информацию и на ее фоне исследовать микробиоту других людей. До сих пор эта работа не была сделана из-за того, что технически и алгоритмически она вызывает определенные сложности; основные игроки нацелены на то, чтобы каждый раз проводить свои собственные исследования».
Дмитрий Алексеев. Фото из личного альбома.
Другой канал пополнения системы - результаты научных работ, в которых исследуется связь между питанием, микробиотой и заболеваниями. Количество таких публикаций измеряется десятками тысяч. «Это не слишком много, что объясняется «молодостью» этого направления – первые такие публикации появились 10 лет назад, - рассказывает Дмитрий Алексеев. - Наука еще не может однозначно сказать, что при таком-то составе микрофлоры у человека будет обязательно такая-то болезнь. Ведь каждый человек очень специфичен, мы все по-разному питаемся. На развитие заболеваний влияют много факторов: экология, генетика, образ жизни — многие из которых невозможно изменить. Но можно предотвратить сложные заболевания и их последствия за счет изменения питания по результатам анализа бактерий в кишечнике. Это, наверное, самый простой, но в то же время эффективный способ воздействия на здоровье. Предстоит огромная работа, и, прежде всего, нужна статистика по большому числу людей».
«Кномикс» и «Атлас» и сами проводили исследования микробиоты россиян. Самый массовый проект был реализован в прошлом году. В нем приняли участие около 300 добровольцев, которых стартаперы нашли в соцсетях. Несмотря на то, что количество участников не поражает воображение, этот краудфандинговый проект называют «первым масштабным исследованием микробиоты в РФ». Добровольцы делились образцами своей микробиоты, а ученые секвенировали геномы бактерий. Анализ проводили дважды для каждого участника: до начала эксперимента и через две недели после смены режима питания. Сбалансированный рацион рекомендовал врач-диетолог на основе данных опросника.
По словам собеседника Sk.ru, исследование подтвердило: по микробиоте можно определить людей, которые чаще принимают антибиотики или питаются фастфудом. Введение в рацион рекомендованных диетологами растительных продуктов имело быстрый (заметный уже за две контрольных недели) эффект. А вот сравнение данных, полученных специалистами, с результатами аналогичных исследований в других странах показало - интригующий вопрос о «национальной» микробиоте не имеет смысла. «Для нас стало откровением, что по микрофлоре невозможно отличить горожанина в России, Америке или Европе, - говорит Алексеев. - По сути, это близнецы-братья. Конечно, мы предполагали, что они похожи, но не до такой степени. На уровне кишечника мы видим глобализацию, которая сегодня охватила мир. Люди в разных точках планеты потребляют одну и ту же синтетическую, сильно обработанную пищу, используют антибиотики и т.д. В итоге соотношение видов бактерий сильно искажено, одни явно преобладают, другие «задавлены».
То, что мы едим, сильно влияет на микробов в кишечнике. «Это следующий по значимости фактор после пола, возраста и приема антибиотиков. В целом, люди в городах сейчас не очень склонны есть пищу, поддерживающую «хороших» (или «полезных») микробов. Большинство микробов живет в нижних отделах кишечника, и все, что мы не переварили (волокнистые овощи, нерастворимые сахара и так далее), достается им. Так происходило на протяжении долгого времени, но в прошлом веке этот механизм был нарушен из-за появления переработанной пищи. Когда люди переключились на быстрое питание, эти сахара и волокна из рациона пропали. Мы счищаем шкурку с фруктов и овощей, не варим овсянку, а переходим на каши быстрого приготовления, которые надо залить кипятком». В еду стали добавлять консерванты, в широкий обиход вошли антибиотики. Многие болезни отступили, но вместе с ними мы убили и многих «хороших» микробов", - поясняет Дмитрий Алексеев.
Другое дело – село, где все еще силен традиционный уклад, а люди питаются с огорода, в их рационе обильно представлены сезонные овощи и фрукты. Исследованные образцы микробиоты в таких странах не похожи друг на друга, в том числе, из-за особенностей национальной кухни. «Кимчхи, моченые яблоки, квашеная капуста, прочие соленья – вся суперферментированные блюда во все большем количестве научных работ признаются очень полезными, если речь заходит о правильном балансе микробиоты», - уверяет Алексеев. К слову, ферментированные овощи, главным образом, богатая витаминами и лактобактериями кимчхи, как предполагают британские ученые, являются одним из важнейших ингредиентов южнокорейского рецепта долголетия (по прогнозам, к 2030 году жители Южной Кореи будут жить дольше всех на свете). Другие слагаемые - щедрые инвестиции в систему здравоохранения и культурные особенности, связанные со вниманием к здоровью.