Микроорганизмы в легких человека при ХОБЛ
В легких человека содержится много бактерий, которые составляют уникальный микробиом. Новые исследования позволили точно определить, как они туда попадают, и открыли дверь для более глубокого изучения того, что происходит не только с бактериями, но и с телом человека.
Они преодолевают огромные расстояния, умудряются пройти защитный барьер и оказываются в странных и неприветливых местах. Они подозреваются в возможных связях с опасными болезнями и находятся в постоянном риске быть высланными из их приемного дома. С каждым днем их все больше. «Они» — это бактерии, живущие в легких человека, составляющие уникальный микробиом.
Исследователи предлагают основанные на микробиоме доказательства того, что большинство бактерий в легких здоровых людей попадает туда путем микроаспирации. Другими словами — на крошечных капельках слюны, которые поступали из заполненного микробами рта в легкие. Это означает, что они избежали подвижного тканевого барьера, называемого надгортанником, который удерживает большую часть слюны от попадания в нижние дыхательные пути.
Изучив ДНК этих бактерий в легких здоровых добровольцев, исследователи смогли подтвердить, что популяция микробов в легких очень напоминает популяцию, обнаруженную во рту. И, изучив их распределение в дыхательных путях, ученые определили наиболее вероятный путь их попадания.
Было обнаружено, что многие микробы сосредотачиваются около того места в конце трахеи, где дыхательные пути отходят в левое и правое легкое. Эта часть в легких является «посадочной площадкой», где аспирационная слюна — из-за силы тяжести и прямой позы человека — может столкнуться с дыхательными путями. Но некоторым бактериям удается пройти весь путь до самых глубоких долей легочной системы и попасть в крошечные воздушные мешки, называемые альвеолами.
Замечено, что где бы ни находились бактерии, они присоединяются к сообществу, состоящему в основном из других недавно прибывших бактерий. Немногие микробы становятся долговременными обитателями здоровых легких. В отличие от кишечника, здоровые легкие являются неприветливой средой для бактерий, с небольшим количеством пищи для них и постоянным контролем со стороны иммунной системы.
Это наиболее полный топографический обзор микробиома здорового легкого на сегодняшний день, который добавляет доказательства того, что здоровые легкие похожи на остров, население которого определяется балансом иммиграции и уничтожением видов: кто прибывает и кто уходит, отмечают авторы. Микробиом легких живет по несколько другим законам, чем микробиом кишечника, и это исследование помогает выяснить, что это за правила.
Ученые, вдохновленные классическими моделями экологии, предложили «адаптированную модель острова» микробиома легких, в котором экосистема легкого определяется конкурентным давлением микробной иммиграции и элиминации. Им удалось не просто описать экосистему микробиома легких, а также показать, что ученые, которые хотят ее изучить в будущем, могут быть уверены в использовании стандартных методов, которые врачи уже используют для поиска признаков заболевания легких.
Исследование осуществлялось среди восьми здоровых добровольцев, которым была проведена бронхоскопия, что позволило изучить область от горла, вниз до легких, когда они находились под обезболивающим при сохранении сознания.
Команда получила образцы легочных бактерий, используя два разных метода для отбора из девяти отдельных участков в легких каждого добровольца. В одном из методов, называемом «защищенная чистка образцов», использовался специальный катетер, который препятствует попаданию бактерий из ротовой полости и горла в образцы, взятые в дыхательных путях.
Ранее подозрение в таком загрязнении не позволило некоторым ученым полностью принять результаты предыдущих исследований микробиома легких. Таким образом, чтобы исключить влияние это загрязнения, исследователи взяли один образец кистью, удерживаемой посередине дыхательных путей, в остальных случаях использовались щеточки, которыми они осторожно коснулись стенок дыхательных путей.
Исследователи получили другие образцы через бронхоальвеолярный лаваж. В этом случае небольшое количество жидкости впрыскивается в самую глубокую часть легкого, а затем всасывается обратно в бронхоскоп. Затем они проанализировали бактериальную ДНК, которую обнаружили во всех этих образцах.
Доказательств присутствия бактерий верхних дыхательных путей в этих образцах обнаружено не было, что успокоило ученых – значит, остальная часть образцов действительно отражала легочные бактерии, а не только загрязнение от проведения процедуры при введении бронхоскопа и проведении его через горло.
Итоговые результаты показывают, что методы с применением бронхоскопов могут быть использованы для изучения микробиома легких – как в случае здоровых легких, так и при различных заболеваниях, например, ХОБЛ.
Легкие — самый большой «интерфейс» контакта с внешней средой, отмечают авторы. Площадь контакта в тридцать раз больше размера кожи и в два раза больше объема желудочно-кишечного тракта. И это исследование подтверждает, что они подвергаются постоянной бомбардировке различными сообществами бактерий.
Исследователи подчеркивают, что добровольцы были здоровы и не имели симптомов, связанных с пневмонией или другими респираторными заболеваниями. Вероятно, небольшое количество бактерий вдыхается человеком постоянно, и пока именная система остается неповрежденной, они редко приводят к болезни.
Микроаспирация у здоровых людей наблюдается уже почти столетие в исследованиях с использованием методов медицинской визуализации. Сейчас впервые удалось найти экологический «отпечаток» этого процесса.
Теперь, с получением новых сведений, авторы стремятся сосредоточить будущие исследования на том, что происходит в организме людей, у которых есть проблемы с частью устранения «адаптированного острова». Неспособность выкашлять раздражители из легких или проводить их через радикальное действие волосистых ресничек на поверхностях легких может привести к увеличению количества микробов, находящихся в легких дольше, чем обычно, что, в свою очередь, ведет к повышенному риску развития инфекции.
Такие исследования могли бы привести к лучшему пониманию важности микробиома легкого в таких условиях, как ХОБЛ, кистозный фиброз или типы легочной недостаточности, наблюдаемые в отделениях интенсивной терапии.
Здоровые легкие ученые сравнивают с Антарктидой, в которой условия не благоприятны для размножения микробов, а больные — с тропическими островами, где более низкие уровни элиминации и измененные условия окружающей среды допускают сохранение и размножение некоторых бактерий. По их мнению, было бы интересно изучить, как изменяется микробиом легких при наличии у человека вирусной инфекции, заставляющей верхние дыхательные пути производить гораздо больше носовых выделений. Поскольку исследователи начинают выявлять влияние обычных лекарственных средств, таких как антибиотики и ингибиторы протонной помпы на микробиом пищеварительной системы, небезосновательно думать, что эти препараты также влияют на микробиом легкого.
Источник: mBio