Бактерии, вирусы и грибки, которые колонизируют организм, в том числе те, которые живут непосредственно на поверхности глаз, могут играть важную роль в здоровье глаз.
Энтони Сент-Леджер и его исследовательская группа столкнулись с тем, что наука полна маленьких счастливых случайностей. Они пытались изучить микроорганизмы, которые живут на поверхности глаз мышей, но у них возникли проблемы с культивированием бактерий в лаборатории. "Затем на нас снизошло озарение. Мы забыли в термостате культуральную чашку”, - рассказывает Сент-Леджер, офтальмолог-иммунолог из Питтсбургского университета (США). Когда неделю спустя исследователи обнаружили чашку, они увидели на ней бактериальный рост. Первоначально Сент-Леджер подумал, что эта чашка была контаминирована. Но его коллеги повторили сценарий с нуля, на этот раз позволив микробам размножаться в течение недели. И снова выросли бактерии Corynebacterium mastitidis. “Я теперь говорю, что вся моя исследовательская программа основана на этой одной забытой чашке”, - шутит Сент-Леджер.
В течение многих лет считалось, что глаза стерильны. Но настойчивые попытки вырастить бактерии из образцов, взятых с поверхности глаз, и достижения в области генетического секвенирования, которые позволяют получать данные о микробной ДНК или РНК без необходимости предварительно культивировать микроорганизмы, показали, что у глаз есть свой собственный микробиом. На поверхности глаза на каждые 100 клеток человека приходится около 6 бактерий. В отличие от этого, в толстой кишке человека насчитывается около 39 триллионов бактерий — самая высокая плотность в организме. Некоторые офтальмологи называют глаз "слабобактериальным", тем не менее, микробы могут оказывать заметное влияние на здоровье глаз.
Некоторые виды бактерий, такие как стафилококки, стрептококки, пропионобактерии и коринебактерии, становятся важными представителями глазного микробиома. И прилагаются значительные усилия для понимания того, как микробы в кишечнике и других частях тела влияют на здоровье глаз. В совокупности эти знания могут проложить путь к более эффективным методам лечения целого ряда заболеваний, включая болезненную сухость глаз и заболевания, приводящие к слепоте, такие как глаукома.
Исследователи, изучающие микробиом глаза, уделяют основное внимание его поверхности. Это прозрачный слой ткани, покрывающий белок глаза, называемый конъюнктивой, и роговица, которая покрывает радужную оболочку и зрачок. Метагеномный анализ — подход к определению последовательностей широкого спектра микробов без культивирования их в лаборатории — использовался для изучения жидкости внутри глаз, но ученые все еще не уверены в том, существуют ли популяции микробов, микробиота, в этом внутреннем пространстве. “Попытки охарактеризовать внутриглазной микробиом на самом деле на сегодняшний день не привели к сколько-нибудь убедительным выводам”, - говорит Рассел Ван Гелдер, офтальмолог из Вашингтонского университета.
Видовой состав и количество бактерий на поверхности глаз, по-видимому, влияют на здоровье человека. Считается, что некоторые виды бактерий, включая Staphylococcus, Corynebacterium и Lactobacillus, являются полезными. “В здоровых глазах они способствуют стабильности глазной поверхности”, - поясняет Марко Цеппьери, офтальмолог из университетской больницы Удины в Италии. Если микробиота становится несбалансированной, что называется дисбактериозом, могут возникнуть проблемы. Например, у людей с глаукомой чаще обнаруживаются синегнойные палочки и ацинетобактерии. Это изменение, по словам Цеппьери, может привести к воспалению и способствовать прогрессированию заболевания, что повышает глазное давление и в конечном итоге может привести к повреждению зрительных нервов. А чрезмерный рост даже, казалось бы, полезных бактерий может привести к инфекциям, угрожающим зрению, таким как микробный кератит.
Дисбактериоз глазной поверхности также может привести к блефариту (состоянию, вызывающему отек век) и конъюнктивиту. Последнее может привести к образованию рубцовой ткани в тяжелых случаях и обычно связано с вирусами, которые можно обнаружить в микробиоме глаз. “Большинство случаев конъюнктивита, вероятно являются вирусными", - говорит Ван Гелдер, чье исследование является частью инициативы, запущенной в 2023 году Национальным офтальмологическим институтом США, известной как Ocular Microbiome Project. Этот консорциум лабораторий работает над изучением микробной среды глаз. Используя передовые методы секвенирования, Ван Гелдер и его коллеги охарактеризовали аденовирус, который они обнаружили у людей с конъюнктивитом, и изучили тонкую генетическую изменчивость этого вируса от человека к человеку. “Основной вывод, который был для нас совершенно неожиданным, заключается в том, что можно предсказать, на чьей роговице останутся шрамы, исключительно по генетической последовательности вируса”, - говорит он. "Хозяин не имел значения".
Микробиом глаза также включает грибки. И точно так же, как в случае с бактериями и вирусами, грибковый дисбактериоз может привести к серьезным заболеваниям глаз. Например, инфекция роговицы, известная как кератомикоз, может быть вызвана чрезмерным ростом Aspergillus или Candida. Между тем, отсутствие разнообразия грибков на поверхности глаза, по-видимому, коррелирует с ухудшением симптомов при таких состояниях, как синдром Шегрена - аутоиммунном заболевании, которое поражает железы, вырабатывающие слезную жидкость. У людей с этим заболеванием наблюдается сухость глаз, при которой поверхность глаза недостаточно смачиваются слезами. “У них горят и щиплют глаза и это сводит их с ума”, - говорит Ван Гелдер.
Исследования синдрома Шегрена также показали, как микробиота в других частях тела может влиять на здоровье глаз. “Микробиом кишечника этих пациентов отличается от микробиома здоровых людей”, - говорит Лаура Шефер, микробиолог из медицинского колледжа Бейлора (США). Она и ее коллеги исследовали связь между микробиомом кишечника и сухостью глаз на мышах, выращенных в стерильных условиях. Нижние отделы пищеварительного тракта мышей были искусственно заселены кишечными бактериями человека. Некоторые из грызунов получили кишечные бактерии от пациентов с синдромом Шегрена, в то время как другие получили их от здоровых людей. При воздействии факторов, вызывающих сухость глаз, таких как постоянный сухой воздух, у мышей с микробами, переданными от людей с синдромом Шегрена, на поверхности их роговицы было больше признаков повреждения, чем у контрольной группы.
Шефер и ее коллеги пока не понимают, как кишечные бактерии влияют на целостность глазных оболочек. Одна из версий заключается в том, что молекулярные сигналы, генерируемые в кишечнике, могут вызывать сверхактивность иммунных клеток в других частях тела, таких как глаза. Сухость глаз также является признаком других аутоиммунных заболеваний, включая волчанку. Группа ученых, в которую входит Цеппьери, предположила, что микробиом также может способствовать возникновению этого симптома при волчанке. Исследователи предложили механизм, с помощью которого дисбактериоз кишечника приводит к нарушению работы кишечных барьеров. Это позволяет бактериям и их метаболитам покидать кишечник и перемещаться по кровотоку или лимфатическим сосудам к сетчатке и зрительному нерву, потенциально вызывая дегенерацию тканей и воспаление нервной ткани. Ван Гелдер полагает, что причиной необъяснимой сухости глаз может быть дисбактериоз кишечника. Молекулярные тесты слез людей с такими симптомами, по его словам, показывают более высокие, чем обычно, уровни маркеров воспаления, известных как интерлейкины и цитокины.
Сухостью глаз страдают около 10% взрослых в Соединенных Штатах и до 30% в других странах. “Если вы испытываете дискомфорт из-за напряжения глаз или сухости глаз, это может привести к постоянному ощущению усталости в течение всего дня”, - говорит Нориясу Хасида, офтальмолог из Университета Осаки в Японии, который изучает микробиом глаз. Микробиом кишечника также связан с возрастной макулярной дегенерацией. Это заболевание является основной причиной слепоты и поражает около 200 миллионов человек во всем мире. Хотя были получены противоречивые результаты о том, какие бактерии более распространены в кишечнике людей с этим заболеванием, исследователи обнаружили некоторую корреляцию между бактериальными изменениями в кишечнике, способствующими воспалению, и состоянием глаз.
Больше информации о связи между микробиомом кишечника и здоровьем глаз, известной как ось кишечник–глаза, можно получить от пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК). Около 10% людей с ВЗК, у которых развиваются симптомы, не связанные с пищеварительным трактом, испытывают проблемы со зрением, включая конъюнктивит, увеит (воспаление среднего слоя тканей глаза) и эписклерит (воспаление между веком и белком глаза). Некоторые ученые также исследуют возможные взаимосвязи между легкими и глазами. Например, глаукома и хроническая обструктивная болезнь легких имеют общие механизмы, такие как дисфункция кровеносных сосудов и повышенный окислительный стресс. Другие исследователи изучают, переносит ли процесс надевания контактных линз бактерии с кожи на поверхность глаза или же сам материал линз может изменить микробиом глаз.
Таким образом, определение того, являются ли глазные заболевания прямым результатом глазных инфекций или связаны с воспалением, вызванным микробами - либо в глазах, либо в других локализациях, - может привести к улучшению методов лечения. Современные методы лечения заболеваний глаз это средства, включающие стероиды, противовирусные препараты и антибиотики, которые могут вызывать побочные эффекты, а также более инвазивные процедуры, такие как трансплантация роговицы. Но если удастся выявить конкретные микроорганизмы, вызывающие определенные заболевания глаз, это может проложить путь к терапии, направленной на устранение причин, а не только симптомов.
Одна из целей исследователей - найти больше молекулярных сигналов, которые связывают бактерии, вирусы и грибки, обитающие в глазу, с конкретными заболеваниями, влияющими на зрение. Цеппьери объясняет, что биомаркеры такого рода могут быть полезны для диагностики и лечения заболеваний глаз, а также для их начальной профилактики. Если проект "Микробиом глаз", частью которого являются Сент-Леджер, Ван Гелдер и Шефер, сможет определить основные микробные составляющие микробиома глаз, это станет важной справочной базой для ученых, изучающих нарушения, связанные со зрением. Но Цеппьери подчеркивает, что необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить роль выявленных микробов.
Часть загадки, которую надеются разгадать эти ученые, заключается в том, как глаз поддерживает здоровую окружающую среду. “Как тканям, которые сильно подвержены воздействию окружающей среды, удается избежать массовой колонизации?”, - задается вопросом Ван Гелдер. Исследования показывают, что глаза могут получать помощь от комменсальных микробов, чтобы отбиваться от захватчиков, выстраивая первую линию иммунной защиты. Бактерии, которую группа Сент-Леджера выявила в ходе удачного лабораторного эксперимента, C. mastitidis, по-видимому, является одной из таких бактерий.
В эксперименте на мышах Сент-Леджер и его коллеги продемонстрировали, что C. mastitidis индуцирует высвобождение иммунными клетками поверхностных тканей глаза молекулы под названием интерлейкин-17. Этот мессенджер стимулирует лимфоциты для борьбы с инфекцией и вызывает выделение антимикробного пептида "алармин" в слезы, который заставляет иммунную систему быть готовой к появлению патогенов. По результатам экспериментов, присутствие C. mastitidis защищало глаза грызунов от инфекции Candida albicans и Pseudomonas aeruginosa.
Сент-Леджер нацелился на разработку бактерий, колонизирующих глаза, которые способны доставлять молекулы, модифицирующие иммунитет, в долгосрочной перспективе. Его группа успешно сконструировала C. mastitidis таким образом, чтобы он выделял интерлейкин-10, который подавляет воспалительные процессы и улучшает заживление ран. Исследователи показали, что этот биотерапевтический микроб улучшает заживление роговицы мышей. Сент-Леджер считает, что ученые уже много знают о микробиоме глаз и в будущем, возможно, смогут повлиять на его состав. “Сегодня мы знаем, как принимать пробиотики для улучшения работы кишечника. По сути, мы пытаемся создать пробиотики для глаз”, - говорит он.
Шефер и ее коллеги также изучили идею применения пробиотиков для лечения глазных заболеваний. В 2023 году они представили данные на ежегодной встрече Американского общества микробиологии, показывающие, что лечение мышей с сухостью глаз "дружественным" штаммом бактерий Limosilactobacillus reuteri, приводило к оздоровлению поверхности роговицы, в отличии от контрольной группы мышей, не получавших пробиотик. Шефер отмечает, что в других экспериментах на грызунах метаболит кишечных бактерий, известный как бутират, также, по-видимому, помогал глазам. “Если вы дадите мышам бутират, который представляет собой короткоцепочечную жирную кислоту, он защитит поверхность глаз”, - говорит она.
Итак, хотя в глазах обитает не так много микробов, как в кишечнике, ученые с каждым днем узнают все больше об их роли в зрении и о том, как наилучшим образом их использовать.
