NAN Supreme многоуровневая защита от инфекций

ДИАГНОСТИКА СОСТАВА КИШЕЧНОЙ МИКРОБИОТЫ

Установлено, что подавляющее большинство клеток в составе МК не культивируется в известных микробиологических средах, в настоящее время МК изучают на метагеномном уровне, основанном на секвенировании не только последовательности гена 16S рибосомальной РНК (рРНК), но и всех генов и некодирующих участков (полное метагеномное секвенирование и шотган-метагеномика) .

1. Культивирование микроорганизмов

Традиционные методы выделения и культивирования микроорганизмов путем выращивания на плотных и жидких питательных средах продолжают широко использоваться на практике, однако предоставляют возможность культивировать менее одной трети всей МК и получить данные о ее составе только ее конечной части ЖКТ — толстой кишки .

2. Секвенирование гена 16S рРНК

Методы молекулярной биологии активно развивались в течение последних десятилетий . В настоящее время в качестве золотого стандарта анализа состава МК используется секвенирование гена 16S рРНК, поскольку этот ген присутствует во всех бактериях . Данный ген характеризуется наличием консервативных и вариабельных участков (доменов), обозначаемых как V1–V9 и различающихся по своей первичной структуре между видами бактерий. Подобная структура гена 16S рРНК сделала его удобной мишенью для исследований в области таксономии и эволюции бактерий .

Одно из последних достижений в области диагностики — использование филогенетического микрочипа (чип кишечного тракта человека (the Human Intestinal Tract Chip), HIT-Chip), созданного на основе гипервариабельной области из 1140 уникальных последовательностей рРНК, сгруппированных с использованием сходства филотипа из набора более 16 000 последовательностей 16S рРНК МК человека, который позволяет определять видовой профиль населяющих микроорганизмов, последовательно сменяющих друг друга в процессе жизнедеятельности индивидуума .

3. Метагеномное секвенирование

В качестве альтернативы секвенированию 16S рРНК применяется секвенирование метагенома для достижения более точного, независимого от культур микроорганизмов состава бактериальных сообществ . Использование молекулярно-генетических подходов дает точные результаты даже в тех случаях, когда возбудитель относится к группе некультивируемых микроорганизмов, а также присутствует в небольшом количестве . Полное метагеномное секвенирование используется при сравнительных геномных исследованиях. Метод определения последовательностей ДНК, названный «шотган-метагеномика» («shotgun metagenomics», или «метод «дробовика»), разработанный международным проектом «Геном Человека», дает возможность секвенировать весь выделенный из образца пул нуклеотидов, благодаря чему впервые выявлена полная нуклеотидная последовательность генома человека . Однако высокая стоимость и потребность в дополнительных вычислительных знаниях специалистов делают данные методы труднодоступными. В таблице 2 представлена краткая характеристика методов анализа состава МК .

Таблица 2. Характеристика методов анализа состава микробиоты кишечника

КИШЕЧНАЯ МИКРОБИОТА У ПАЦИЕНТОВ С САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ 1 ТИПА В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ ЛЕЧАЩЕГО ВРАЧА

Выяснение общих звеньев этиопатогенеза СД1 позволяет существенно продвинуться в вопросах профилактики возникновения данного заболевания.

МК является не просто ассоциацией микроорганизмов, это многокомпонентная динамичная система с внутренней структурой, активно взаимодействующая с организмом человека. Патогенез возникновения СД1 прямо или косвенно связан с нарушением ферментативного и биохимического равновесия жизнедеятельности нормальной МК и его влиянием на организм ­индивидуума .

В некоторых странах кожа младенцев, рожденных путем кесарева сечения, обрабатывается вагинальной жидкостью матери с целью получения микробиома, сопоставимого по составу с микробиомом детей, рожденных естественным образом, — это метод вагинального посева .

При дефиците витамина А в рационе детей увеличивается соотношение Firmicutes/Bacteroidetes (изменение состава МК, обнаруживаемое у многих пациентов с СД1), снижается количество бутират-продуцирующих бактерий, что ведет к дисбиозу МК, нарушению ферментации полисахаридов и продукции КЦЖК, это влияет на развитие патологического иммунного ответа и может способствовать возникновению СД1. В работе, проводимой на поросятах, выявлено, что добавление цинка в рацион питания животных увеличивало бактериальное разнообразие и способствовало стабилизации МК .

В повседневной практике врач сталкивается с необходимостью выбора эффективных и безопасных средств коррекции дисбиоза МК. Детям из группы риска развития СД1 (наличие нескольких АТ по данным лабораторных исследований) в качестве профилактической меры необходимо составление персонализированного рациона питания, сбалансированного по содержанию пищевых компонентов, микронутриентов и макронутриентов для полноценного развития МК ребенка . Дополнительные препараты для коррекции существующих нарушений МК включают пребиотики, пробиотики, синбиотики и метабиотики . Также активно изучается возможность проведения трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) здоровых доноров.

Пребиотики — элементы немикробного состава, ферментирующиеся МК толстого кишечника человека и стимулирующие ее рост и жизнедеятельность . Представителями этой группы являются полисахариды натурального происхождения .

Пробиотики — это живые микроорганизмы, оказывающие влияние на оптимизацию МК . Одним из наиболее ожидаемых результатов пробиотической терапии, наряду с подавлением активности факультативной микробиоты, является нормализация метаболической активности МК . Наиболее перспективными в данном отношении являются пробиотики, содержащие различные штаммы Lactobacillus и Bifidobacterium. Недавнее исследование показало, что ежедневное потребление Lactobacillus reuteri в качестве пробиотического препарата увеличивало секрецию инсулина и инкретина у пациентов с СД .

Синбиотики — комбинация пробиотиков и пребиотиков, оказывающая взаимоусиливающее воздействие на обмен веществ в организме человека .

Метабиотики являются структурными компонентами пробиотических микроорганизмов и/или их метаболитов, сигнальных молекул с определенной химической структурой; применение метабиотиков позволяет создать управляемый микробиоценоз кишечника, поскольку метаболические, сигнальные, транспортные и другие функции представителей индигенной микробиоты имеют большее значение, чем количественное содержание в биотопе микроорганизмов тех или иных видов .

ТФМ — введение фекальной суспензии здорового донора в ЖКТ реципиента с целью восстановления стабильности и разнообразия состава МК у пациентов с заболеваниями, связанными с дисбиозом МК .На сегодняшний день основными возможными терапевтическими направлениями ТФМ являются лечение хронических воспалительных заболеваний ЖКТ (наиболее широко применяется для лечения рецидивирующего псевдомембранозного колита, вызванного Clostridium difficile), а также ожирения . В 2018 г. в Китае описан первый случай ТФМ женщине с СД 2 типа (СД2) и диабетической полинейропатией с болевым синдромом и отсутствием положительного ответа на фоне доступных лекарственных средств. После проведенной ТФМ выявлено уменьшение выраженности симптомов (значительное уменьшение болевого синдрома), а также улучшение гликемического контроля с редукцией дозы гипогликемических препаратов. За 2 года последующего наблюдения после проведенной ТФМ пациентка больше не принимала обезболивающих лекарственных средств . Полученные результаты показывают возможность ТФМ в улучшении качества жизни пациентов с СД, в связи с чем ученые продолжают исследования в направлении коррекции дисбиоза МК.

ИЗМЕНЕНИЯ ТИПОВОГО СОСТАВА МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ 1 ТИПА

СД1 — иммуноопосредованное эндокринное заболевание с бессимптомным продромальным периодом, характеризующееся абсолютной недостаточностью инсулина в результате разрушения Т-лимфоцитами большей части β-клеток поджелудочной железы (ПЖ) у генетически детерминированных людей .

Заболеваемость СД1 значительно увеличилась в большинстве промышленно развитых стран после Второй мировой войны . Например, в Финляндии в 1950-х годах на 100 000 человек ежедневно диагностировались 12 новых случаев СД1 у детей в возрасте до 15 лет, а в 2006 г. этот показатель достиг 65 заболевших на 100 000 человек в день, что свидетельствует об увеличении частоты развития СД1 более чем в 5 раз за 55 лет . Промышленные и экономические достижения в послевоенные годы (улучшение гигиенических условий, диетические изменения и чрезмерное использование антибиотиков), несомненно, имеют решающее значение для иммунного развития .

Такой стремительный рост заболеваемости не может быть обусловлен только генетическими факторами, так как для изменения генома требуются сотни лет, соответственно, изменения в образе жизнедеятельности человека должны быть основными причинами увеличения заболеваемости СД1 .

Появление специфических панкреатических аутоантител (АТ) в сыворотке крови предшествует манифестации СД1, к ним относятся АТ к глутаматдекарбоксилазе (GAD), тирозинфосфатазе (IA-2), инсулину (IAA), транспортеру цинка 8 (ZnT8 Ab) и островковым клеткам (ICA) . Аутоиммунный процесс, ведущий к развитию СД1, чаще всего инициируется в течение первых лет жизни ребенка, когда МК претерпевает критические этапы динамического развития . В исследовании DIABIMMUNE выявлены различия в составе МК младенцев, у которых впоследствии развился СД1 . Наблюдение за изменениями, предшествующими началу развития заболевания, предполагает, что измененный состав МК играет важную роль в патогенезе и прогрессировании заболевания.

Дисбиоз состава МК представляет собой различные нарушения в микробной экосистеме различных отделов кишечника: избыточный рост одних микроорганизмов и гибель других. Как уже говорилось ранее, Firmicutes и Bacteroidetes составляют более 90% всех ­представителей МК человека . В результате анализа многочисленных научных публикаций и исследований на предмет дисбиоза МК при СД1 выявлено, что самым распространенным отличием состава МК у пациентов с СД1 является снижение уровней Firmicutes с одновременным повышением Bacteroidetes

Бактерии Firmicutes ответственны за синтез бутирата, защитные и иммуномодулирующие функции которого были раскрыты в предыдущих разделах . По аналогии со снижением количества Firmicutes выявляется снижение Bifidobacterium, выполняющих схожие с Firmicutes функции: продукция одной из важнейших КЦЖК (бутират), которая участвует в поддержании целостности защитного барьера слизистой оболочки кишечника и оказывает широкий спектр эпигенетических эффектов, влияющих на развитие и функционирование иммунной системы .Также обращает внимание снижение количества лактат-продуцирующих бактерий, обладающих выраженной антагонистической активностью в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов

РОЛЬ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

МК называется ассоциация микроорганизмов, которые составляют микроэкологическую систему, населяющую желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) . Количество симбиотических микроорганизмов неодинаково в различных отделах ЖКТ и варьирует от 102 до 103 колониеобразующих единиц в 1 г содержимого (КОЕ/г) в желудке и до 1012–1013 КОЕ/г — в дистальных отделах толстой кишки. Максимальное количество бактерий обнаруживается в слепой и поперечно-ободочной кишках. Основными факторами, ограничивающими размножение бактерий в верхних отделах ЖКТ, являются быстрое продвижение пищевых масс, кислая среда и воздействие протеолитических ферментов . В толстой кишке условия среды диаметрально противоположны, в связи с чем наблюдается большее разнообразие и количество микроорганизмов. Несмотря на разнообразие МК, наличие более 2000 видов микроорганизмов, 93,5% всего состава принадлежат 5 типам (филам): Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Verrucomicrobia, при этом Firmicutes и Bacteroidetes составляют более 90% всех представителей МК . Технологический прорыв с возможностью использования шотган-метагеномного секвенирования ознаменовал собой начало широкомасштабных исследований по изучению метагенома человека . МК является наиболее многочисленной и разнообразной в сравнении с микробными сообществами других экологических ниш внутри человеческого организма, поэтому привлекает наибольший интерес ученых со всего мира . В первом десятилетии XXI в. организованы два крупнейших консорциума, ставившие целью расшифровку и изучение функции генов представителей МК человека: MetaHIT (Metagenome of Human Intestinal Tract) в Европе и HMP (Human Microbiome Project) в США .

Результаты работы глобальной программы изменили ранние представления об истинном количестве микроорганизмов, населяющих организм человека . Ученые из MetaHIT установили, что человеческий геном содержит около 22 000 генов, но, по оценкам HMP, микроорганизмы населяют наш организм в количестве 8 млн генов, что в 360 раз больше генома человека .