Микробиом человека: возрастные изменения и функции

Введение

Согласно современным представлениям, «микробиом» включает в себя единый микробно-тканевый комплекс, который образуют микроколонии бактерий, грибы, вирусы, простейшие и продуцируемые ими метаболиты, а также слизь (муцин), эпителиальные клетки слизистой оболочки и их гликокаликс, клетки стромы слизистой оболочки (фибробласты, лейкоциты, нейроэндокринные клетки, клетки микроциркуляторного русла и прочее) [1].

До последнего времени изучение состава и функциональной активности микробиоты человека было крайне ограничено в связи с невозможностью культивирования подавляющего большинства микроорганизмов на питательных средах. Однако развитие таких технологий, как секвенирование 16S рибосомальной РНК, а также полногеномное секвенирование позволило (в рамках двух проектов по изучению микробиома человека Human Microbiome Project и Metagenomics of Human Intestinal Tract) получить колоссальную по своим масштабам и значению информацию о составе и метаболической активности микробиоты.

На сегодняшний день считается, что соотношение микробных клеток к клеткам человека составляет 1:1, а суммарное количество клеток в составе микробиоты человека равно 10¹³—10¹⁴. Эти данные основаны на оценке общего количества бактериальных клеток в толстой кишке (примерно 10¹³), в которой, как известно, наблюдается наивысшая плотность бактериальной колонизации [2—4].

В различных отделах пищеварительного тракта состав и численность микробиоты значительно различаются (рис. 1). Наиболее скудным является микробное сообщество желудка, в котором обнаруживают представителей родов Lactobacillus, Stomatococcus, Sarcina в количестве до 10² в 1 г содержимого. В тонкой кишке, за исключением дистальных отделов подвздошной кишки, количество микроорганизмов не превышает 10⁴—10⁵

клеток на 1 г. Численность микроорганизмов в дистальных отделах подвздошной кишки значительно возрастает, достигая 10⁷—10⁸ на 1 г. При этом в проксимальных отделах тонкой кишки обнаруживаются преимущественно грамположительные аэробные бактерии, в дистальных — грамотрицательные энтеробактерии и анаэробы. Микробиота толстой кишки представлена в основном анаэробными бактериями — их общее количество достигает огромных значений — 10¹³ на 1 г содержимого [1—4].

Рис. 1. Численность и основные представители микробиоты различных отделов пищеварительного тракта человека [2].

Бактерии, входящие в состав микробиоты желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) человека, условно можно разделить на представителей облигатной (около 90%), факультативной (около 10%) и транзиторной (менее 1%) микрофлоры.

К облигатной микрофлоре, постоянно присутствующей в организме человека, выполняющей важную роль в его метаболизме и защите его от возбудителей инфекционных заболеваний, относятся преимущественно анаэробные бактерии, обитающие в толстой кишке (

Bifidobacterium, Propionibacterium, Bacteroides). Видовое разнообразие облигатной флоры невелико, крайне консервативно, однако численность (по сравнению с другими представителями) максимальна.

К факультативной (сопутствующей) микрофлоре относятся условно-патогенные бактерии, доля которых в норме не превышает 10% (Escherichia, Enterococcus, Fusobacterium, Peptostreptococcus, Clostridium, Eubacterium и др.). Количественный и качественный состав факультативной флоры подвержен значительным изменениям в зависимости от внешних факторов.

Транзиторная флора составляет менее 1%, представлена стафилококками, клостридиями, протеями, дрожжеподобными грибами и др., в основном состоит из микроорганизмов, занесенных извне и транзитом проходящих ЖКТ. Некоторые представители транзиторной флоры могут обладать высоким адгезивным или токсигенным потенциалом, приводя (при ослаблении защитных функций облигатной микрофлоры) к развитию кишечных инфекций [1, 4].

Представители облигатной микробиоты образуют микроколонии, так называемую пристеночную флору, функционирующую в тесной взаимосвязи с кишечной стенкой. Облигатные анаэробы (бифидобактерии, бактероиды, пропионовокислые бактерии и др.) занимают нишу в непосредственном контакте с эпителием, далее располагаются аэротолерантные анаэробы (лактобациллы и др.), еще выше — факультативные анаэробы, а затем — аэробы [1].

Следует отметить, что бактерии, обитающие в просвете кишки (около 5% от микробной популяции) и являющиеся основными представителями фекальной микрофлоры, не взаимодействуют со слизистой оболочкой. Субстратом для жизнедеятельности полостной микрофлоры являются неперевариваемые пищевые волокна, на которых она и фиксируется. Состав полостной флоры крайне непостоянен, зависит от поступления пищевых веществ и множества других факторов. Полостная флора доминирует в фекальной микрофлоре, что заставляет с особой осторожностью оценивать изменения в различных микробных популяциях, выявляемых при бактериологическом исследовании кала [1].

Крайне важным вопросом при изучении микробиома человека является геном микроорганизмов (в связи с их огромным разнообразием и принадлежностью к разным родам, видам и прочее), который содержит, по меньшей мере, в 50—100 (а по некоторым оценкам в 200) раз больше генов по сравнению с геномом организма-хозяина. Генетическое разнообразие, которое привносит в организм человека микробиота, обусловливает возникновение дополнительных (не закодированных в организме хозяина) ферментативных путей метаболизма, влияя на функционирование организма, процессы адаптации, реактивность [4—6].

Микробиом не только дополняет человеческий генный пул, но и демонстрирует значительно бóльшие пластичность и изменчивость по сравнению с человеческим геномом. Это означает, что состав микробиоты может быстро изменяться, реагируя на иммунную агрессию организма-хозяина, инфекции, новые компоненты пищевого рациона, прием антибиотиков, многие другие факторы. Способность микробиоты быстро приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды путем изменения своего состава и ферментативной активности в свою очередь обеспечивает лучшую адаптацию человеческого организма к неблагоприятным факторам [6].

Сложно переоценить роль микробиоты в развитии и функционировании иммунной системы организма-хозяина. Существует точка зрения, известная как «гигиеническая теория». Данная теория гласит, что быстрый рост аллергических и аутоиммунных заболеваний, наблюдаемый в последние десятилетия в экономически развитых странах, можно объяснить нарушением формирования микробного разнообразия у современных детей как следствие улучшения гигиенических условий, чрезмерного использования дезинфектантов, моющих средств, антибиотиков. Ограничение контакта с микроорганизмами в ранние периоды развития кишечника ребенка приводит впоследствии к неспособности организма поддерживать необходимый уровень иммунологической толерантности и развитию аллергических и аутоиммунных заболеваний [4, 7—9].

Несмотря на многообразие микроорганизмов, обитающих в просвете ЖКТ человека, известно, что более 90% кишечных бактерий у здоровых лиц представлены двумя основными типами (phyla) — Firmicutes и Bacteroidetes. Типы Actinobacteria и Proteobacteria представлены в меньшей мере (рис. 2).

Рис. 2. Преобладающие типы бактерий различных локусов организма [21].

К типу Bacteroidetes относятся грамотрицательные бактерии, принадлежащие почти к 20 родам, к типу Firmicutes — грамположительные бактерии, принадлежащие более чем к 200 родам. Подавляющее большинство лиц в человеческой популяции имеют схожие пропорции каждого из этих типов [6]. Однако на видовом и особенно штаммовом уровне микробиота каждого человека индивидуальна [4, 10, 11].

Следует отметить, что по сей день не существует понятия «нормальной» микробиоты, поскольку состав ее индивидуален, вариабелен и зависит от возраста, пола, расы, места обитания, характера питания и многих других факторов [12].

Энтеротипы

В зависимости от доминирующего рода бактерий в составе микробиоты предложено условное выделение 3 основных ее типов — «энтеротипов». Впервые термин «энтеротип» появился в публикации журнала «Nature» в 2011 г., получив с тех пор широкое распространение [13].

Энтеротипы отличаются не только составом, но и главными метаболическими путями извлечения энергии из пищевых субстратов. Так, энтеротип 1 (тип с преобладанием бактерий рода Bacteroides) характеризуется высокой сахаролитической активностью, энтеротип 2 (тип с преобладанием бактерий рода Prevotella) — способностью расщеплять гликопротеины слизи, энтеротип 3 (тип с преобладанием бактерий рода

Ruminococcus) — расщеплением гликопротеинов и трансмембранным транспортом углеводов.

Основным из ключевых положений концепции об энтеротипах является устойчивость и постоянство микробного состава энтеротипа. Если состав микробиоты и подвержен изменениям в ответ на внешние факторы (прием антибиотиков, изменения пищевого рациона), то происходит это на уровне видового и штаммового разнообразия, но не приводит к смене доминирующего рода бактерий в составе энтеротипа. Считалось, что энтеротипы не имеют континентальной или национальной специфичности, изначально определяясь путем родоразрешения, методом вскармливания в грудничковый период и рационом питания в семье. Преобладающий род бактерий в составе микробиома толстой кишки наделялся способностью определять характер метаболизма пищевых и лекарственных веществ и даже склонность к некоторым заболеваниям [13]. Большое количество экспериментальных и клинических исследований посвящено поиску ассоциаций между различными заболеваниями и энтеротипами. Так, например, обнаружено, что ожирение чаще наблюдается у лиц с преобладанием бактерий типа

Firmicutes (энтеротип 3).

Тем не менее в настоящее время накапливается все больше данных, ставящих под сомнение концепцию энтеротипов. Считается, что столь категоричное разделение микробиоты человека на 3 энтеротипа слишком условно, тогда как в большинстве случаев имеет место некий промежуточный вариант, изменяющийся в зависимости от внешних факторов, прежде всего от характера питания, между типами с преобладанием бактерий рода Bacteroides и Prevotella [14—21].

Более того, вопреки предыдущим представлениям о значительной устойчивости энтеротипов, в некоторых экспериментальных работах наглядно показана возможность изменения энтеротипа в течение нескольких дней с дальнейшим сохранением «нового» доминирующего рода бактерий. Так, в работе D. Knights и соавт. под названием «Переосмысливая концепцию энтеротипов» (Rethinking «enterotypes») показана возможность быстрой смены энтеротипа

Ruminococcus на энтеротип с преобладанием Bacteroides, а также энтеротипа Bacteroides на энтеротип Prevotella [17]. В целом у большинства наблюдаемых субъектов с течением времени (5—10 лет) зафиксирована смена энтеротипа, что поставило под сомнение идею об устойчивости и постоянстве энтеротипов, а значит и целесообразность подобной классификации [14, 17].

В связи с этим возник закономерный вопрос о правомочности рассмотрения тех или иных энтеротипов как маркеров, ассоциированных с развитием определенных заболеваний. Требуются дальнейшие исследования для ответа на указанные вопросы, однако уже сейчас очевидно, что взаимодействия между бактериальными родами в составе микробиоты кишечника значительно сложнее, чем представлялось ранее.

Микробиота здорового человека и ее развитие в течение жизни

Становление микробиоты человека начинается еще в период внутриутробного развития в полости матки. Бактерии обнаруживаются в околоплодной жидкости, пупочном канатике, оболочках плода, плаценте и меконии. Видовой состав этих бактерий в большей степени соответствует микробиоте кишечника и ротовой полости матери (например, Fusobacterium spp. и Bacteroides spp.). Предполагается, что бактерии из полости рта через микроповреждения слизистой оболочки могут попадать в системный кровоток, гематогенным путем достигать плаценты и колонизировать ее [22].

Существуют работы, показывающие ассоциацию между заболеваниями периодонта у матери и повышением риска преждевременных родов и внутриутробных инфекций плода [22, 23]. Таким образом, микробиом матери может быть как источником первых бактерий, колонизирующих ЖКТ плода, так и причиной патологических состояний. В ходе ряда исследований выявлены следующие перинатальные факторы, оказывающие негативное влияние на микробиоту новорожденного и/или плаценты: чрезмерный набор массы тела и избыточное содержание жира в рационе матери во время беременности, инфекционные заболевания, стрессы, сахарный диабет [22, 23].

Активное заселение пищеварительного тракта микробами начинается в процессе родов, и происходит это за счет бактерий, входящих в состав микробиоты влагалища, кожи, кишечника, ротовой полости матери (Lactobacillus, Prevotella, Sneathia). Способ родоразрешения в значительной мере определяет видовой состав микробиоты младенцев. У детей, рожденных посредством кесарева сечения, заселение кишечника бактериями рода Bacteroides и Bifidobacterium запаздывает, по меньшей мере, на 1 мес по сравнению с детьми, рожденными естественным путем (рис. 3). В составе микробиоты таких детей доминируют виды, колонизирующие кожные покровы, а не родовые пути матери, такие как Staphylococcus, Corynebacterium и Propionibacterium, наблюдается активное размножение бактерий вида Clostridium difficile. Для микробиоты детей, родившихся посредством кесарева сечения, характерно снижение микробного разнообразия, у них повышен риск развития аллергических и аутоиммунных заболеваний, таких как бронхиальная астма, аллергический ринит, целиакия и прочее [22, 23].

Рис. 3. Факторы, влияющие на состав микробиоты ЖКТ в течение жизни [23].

Большое значение для состава микробиоты кишечника имеет также срок родоразрешения. У недоношенных детей наблюдается снижение разнообразия кишечной микробиоты, низкое содержание лакто- и бифидобактерий (Lactobacillus spp., Bacteroides spp. и Bifidobacterium spp). Считается, что это может быть связано не столько с недоношенностью, сколько с применением антибиотиков, пребыванием в палатах интенсивной терапии и другими ятрогенными факторами. Нарушение состава кишечной микробиоты у недоношенных детей ассоциировано с развитием некротизирующего энтероколита, тяжелых воспалительных процессов в ЖКТ [22, 23].

Роль питания в раннем детском возрасте в формировании микробиоты толстой кишки

В 1-й год жизни микробиота младенцев характеризуется относительно невысоким микробным разнообразием. Постепенно, в зависимости от метода вскармливания и обширности контакта с окружающей средой (наличие животных в доме, число братьев и сестер, гигиенические условия, применение антибиотиков), таксономическое разнообразие микробиоты толстой кишки значительно обогащается (см. рис. 3) [22, 23]. Большое значение в становлении микробиоты кишечника ребенка имеет метод вскармливания (грудное вскармливание или искусственные смеси). Грудное молоко не стерильно, оно содержит до 600 видов различных бактерий, численность бактерий в 1 мл молока достигает 10³—10⁴. Большую часть бактерий грудного молока составляют бактерии родов Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Weissella, Bifidobacterium. Кроме того, в грудном молоке могут присутствовать грамотрицательные бактерии Serratia, Pseudomonas, а также типичные представители микробиома полости рта Veillonella, Leptotrichia, Prevotella [24—30].

Одним из компонентов грудного молока являются олигосахариды (галактоолигосахариды). Незначительно расщепляясь в тонкой кишке, они достигают толстой кишки преимущественно в непереваренном виде, где ферментируются Bifidobacterium с образованием короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) и молочной кислоты. Таким образом, присутствие в молоке олигосахаридов обусловливает размножение в кишечнике детей, находящихся на грудном вскармливании, грамположительных бактерий типа Actinobacteria (преимущественно бифидобактерий), сдерживающих размножение бактерий других типов [20, 22, 23, 31, 32].

Большинство современных молочных смесей обогащено олигосахаридами, что теоретически должно способствовать развитию бактерий рода Bifidobacterium. Однако у детей, находящихся на искусственном вскармливании, обнаруживаются такие изменения состава микробиоты толстой кишки, как чрезмерное развитие представителей Bacteroides и Clostridium, увеличение доли условно-патогенных видов бактерий, например Escherichia coli, Clostridium difficile [33—36]. Вероятно, влияние грудного молока на становление микробиоты толстой кишки младенца обусловлено не только олигосахаридами. Помимо них, грудное молоко содержит иммуноглобулины IgA и IgG, антимикробные вещества — лизоцим и лактоферрин, интерлейкин (ИЛ) ИЛ-10, лимфоциты, фактор роста опухоли TGF-β, модулирующие работу иммунной системы ребенка и влияющие на состав микроорганизмов, которые смогут прижиться в его ЖКТ [29, 37—39]. Известно, что добавление к рациону искусственно вскармливаемых детей пастеризованного человеческого молока способствует становлению микробиоты, близкой по составу к таковой у детей, находящихся на грудном вскармливании [36].

После введения прикорма в рацион ребенка происходит значительное изменение микробного сообщества толстой кишки, характеризующееся снижением доли Bifidobacterium наряду с активизацией размножения бактерий, ферментирующих полисахариды (типов Bacteroidetes или Firmicutes) [40—42].

Примерно к 3 годам у ребенка формируется взрослый тип микробиоты, который в отсутствие тяжелых заболеваний, кардинальных изменений в диетических пристрастиях или длительного приема антибиотиков характеризуется постоянством состава на уровне доминирующего типа бактерий.

Влияние антибиотикотерапии в раннем детском возрасте на формирование микробиоты толстой кишки

Применение антибиотиков в раннем детском возрасте приводит к значительному снижению микробного разнообразия, обеднению представителей преобладающего типа Actinobacteria с одновременным увеличением доли Proteobacteria, а также селекции антибиотикорезистентных штаммов [43—45].

В работе S. Tanaka и соавт. проанализирован результат антибиотикотерапии препаратами широкого спектра действия в течение первых 4 дней жизни детей [46]. Согласно полученным данным, в 1-ю неделю в составе микробиоты толстой кишки наблюдалось снижение доли Bifidobacterium наряду с патологической колонизацией Enterococcus. В течение последующего месяца зафиксирован избыточный рост Enterobacteriaceae и Enterococcus.

В целом данные эпидемиологических исследований свидетельствуют о том, что применение антибиотиков в раннем детском возрасте сопровождается значительными изменениями еще несформированной микробиоты, нередко приводя к непрогнозируемым и серьезным последствиям. Известно, что лечение антибиотиками повышает у детей риск развития таких заболеваний, как астма, экзема, сахарный диабет 1-го типа, воспалительные заболевания кишки, ожирение и др. [47].

Факторы, оказывающие влияние на состав микробиоты взрослых людей

Кроме возраста, на состав микробиоты человека влияют такие факторы, как пол, пищевые предпочтения, социально-экономический статус и уровень образования, прием антибиотиков и прочее. Имеют значение и географические различия, предположительно связанные с характером питания. У взрослого человека со сформировавшейся микробиотой характер питания не является главным фактором, определяющим ее состав, но некоторые бактериальные таксоны (например, энтеротип 1 с преобладанием бактерий рода Bacteroidetes) могут быстро реагировать на изменения пищевого рациона [48].

Так, употребление в пищу продуктов с высоким содержанием пищевых волокон приводит к увеличению в составе микробиоты доли определенных видов бактерий (Roseburia, Blautia, Eubacterium rectale, Faecalibacterium prausnitzii), ферментирующих растительные волокна с образованием бутирата, а также некоторых бактерий, относящихся к типам Actinobacteria (Bifidobacteria, Lactobacilli) и Bacteroidetes [49—52]. Известно, что доминирующими бактериями в микробиоте вегетарианцев являются Prevotella, Clostridium clostridioforme и Faecalibacterium prausnitzii [50, 53]. По сравнению с лицами, употребляющими животные продукты, у вегетарианцев наблюдается снижение доли бактерий, принадлежащих к Bacteroides, Bifidobacteria, Enterobacteriaceae species [54].

Высокобелковая диета характеризуется увеличением активности протеолитических бактерий, таких как, например, Bacteroides spp. [49, 50]. Богатая жирами диета приводит к синтезу большого количества желчных кислот, что в свою очередь способствует размножению тех бактерий, которые метаболизируют эти кислоты, и угнетает размножение других видов [49, 50]. Диеты с преобладанием животных продуктов способствуют развитию бактерий, устойчивых к желчным кислотам, таких как Bacteroides, Alistipes и Bilophila, а также бутират-продуцирующих клостридий [50, 53].

Таким образом, преобладание в пищевом рационе одного из макронутриентов (белков, жиров, углеводов) детерминирует развитие определенных видов бактерий в составе микробиоты толстой кишки (рис. 4) [22, 23].

Рис. 4. Развитие определенных видов бактерий в составе микробиоты толстой кишки в зависимости от преобладания в пищевом рационе одного из макронутриентов (белков, жиров, углеводов) [58].

Например, «западная диета», распространенная в экономически развитых странах Европы и Северной Америки, изобилует жирами, рафинированными углеводами, животными белками на фоне крайне низкого содержания растительных волокон. Такая диета ассоциирована со снижением микробного разнообразия, увеличением доли Bacteroides и снижением бактерий рода Prevotella [49].

В развивающихся странах с низким социально-экономическим статусом (особенно в сельской местности) пищевой рацион жителей, напротив, богат растительными волокнами, сложными углеводами (за счет наличия большого количества свежих овощей, фруктов и цельнозерновых продуктов). Микробиота толстой кишки людей, проживающих в данных регионах, характеризуется разнообразием видов бактерий (Prevotella, Succinivibrio, Treponema), ферментирующих полисахариды и образующих КЦЖК [22, 23, 53, 55, 56].

КЦЖК, образующиеся в процессе ферментации пищевых волокон, являются ключевыми субстратами в энергетическом метаболизме колоноцитов, играют важнейшую роль в нормальном функционировании барьерной функции кишки, модулируют работу иммунной системы организма-хозяина. Считается, что низкой продукцией КЦЖК у людей, предпочитающих «западную диету», можно объяснить возросшую распространенность аллергических и аутоиммунных заболеваний в экономически развитых странах [57].

Развитие определенных видов бактерий в составе микробиоты толстой кишки в зависимости от преобладания в пищевом рационе одного из макронутриентов (белков, жиров, углеводов) представлено на рис. 4 [58].

Возможность влияния на состав микробиоты и ее метаболическую активность путем изменения характера питания (увеличение доли свежих овощей и фруктов в рационе, применение пищевых волокон, способствующих развитию бутиратпродуцирующей флоры) представляется перспективным направлением современной медицины.

Микробиом у людей пожилого возраста

Микробиом ЖКТ у пожилых людей характеризуется тенденцией к снижению доли бактерий, относящихся к типу Bacteroidetes и роду Bifidobacteria, с одновременным увеличением доли бактерий Firmicutes [59]. Согласно данным нескольких исследований, редукция бактерий видов Bacteroides spp., Prevotella spp., Faecalibacterium prausnitzii наряду с увеличением бактерий семейства Enterobacteriaceae ассоциирована со снижением качества жизни у людей пожилого возраста [59—61]. Считается, что факторами, способствующими изменениям микробиоты кишки в пожилом возрасте, являются прием большого количества медикаментов, изменения гормонального статуса и рациона питания, тяжелые соматические заболевания, пребывание в пансионах для престарелых лиц [62]. Кроме того, неблагоприятные сдвиги состава микробиоты полости рта, происходящие в пожилом возрасте, также оказывают значительное влияние на состояние микробиоты ЖКТ [63].

Функции кишечной микробиоты

Симбиотические отношения между кишечной микробиотой и макроорганизмом включают метаболические, иммунные и нейроэндокринные взаимодействия. Доказано, что микробиота задействована в важнейших процессах жизнедеятельности организма, таких как обмен веществ, развитие, дифференцировка и колонизационная резистентность эпителия, формирование врожденной и адаптивной иммунной систем. Микробиота обеспечивает трофику кишечного эпителия, синтез витаминов, метаболизм пищевых компонентов, холестерина, желчных кислот, регулирует моторику кишечника [4].

Основные функции микробиоты кишечника и связанные с ней ключевые метаболиты представлены в таблице [64].

Метаболиты кишечной микробиоты и их функции [64]

Многие хронические заболевания, например ожирение, воспалительные заболевания кишки, сахарный диабет, метаболический синдром, атеросклероз, неалкогольная болезнь печени и даже цирроз и гепатоцеллюлярная карцинома, ассоциированы с развитием дисбаланса в составе микробиоты ЖКТ (рис. 5) [64].

Рис. 5. Заболевания, ассоциированные с нарушением микробиома [12].
ВЗК — воспалительные заболевания кишечника.

Механизмы, в силу которых симбиотические микроорганизмы могут способствовать или, напротив, препятствовать развитию перечисленных заболеваний, включают следующее [1, 4, 12, 64]:

— увеличение энергетической ценности пищи за счет бактериальной ферментации нутриентов, не подвергающихся расщеплению ферментами пищеварительного тракта человека;

— влияние на аппетит;

— метаболизм ксенобиотиков;

— метаболизм желчных кислот;

— синтез витаминов;

— синтез КЦЖК;

— обеспечение колонизационной резистентности слизистой оболочки кишки и синтез антимикробных веществ;

— участие в развитии и созревании местного иммунитета слизистой оболочки пищеварительного тракта и иммунной системы организма-хозяина;

— участие в развитии и созревании нервной системы;

— регуляция метаболизма липидов и гомеостаза глюкозы.

Метаболизм веществ и энергии

Анализ образцов фекалий человека с использованием секвенирования 16S рибосомальной РНК и методов метагеномного секвенирования показал значительное расширение путей метаболизма белков, полисахаридов, аминокислот, ксенобиотиков и микроэлементов за счет ферментов, синтезируемых микробиотой кишечника [12].

Доказано, что кишечная микробиота значительно повышает эффективность расщепления и усвоения пищевых веществ. И если раньше так называемое симбионтное пищеварение, происходящее при содействии микрофлоры, считалось прерогативой жвачных животных, то теперь стало очевидно, что в процессе бактериальной ферментации неперевариваемых углеводов в анаэробных условиях образуются КЦЖК (уксусная, пропионовая и масляная кислоты), являющиеся важнейшими энергетическими субстратами для эпителиальных тканей человека [12].

Известно, что до 70% молекул АТФ колоноциты синтезируют из КЦЖК, преимущественно бутирата. В целом ферментация бактериями непереваренных пищевых волокон способствует более эффективному извлечению энергии (на 10%) из пищи. В норме микробиота кишечника синтезирует около 50—100 ммоль/л КЦЖК в день, которые практически полностью всасываются в кишечнике [12].

Всосавшиеся в кровоток из просвета кишки КЦЖК оказывают многообразное действие на функционирование различных органов и систем макроорганизма. Например, активизируют моторику кишки, являясь субстратами для глюконеогенеза и липогенеза, регулируют липидный и углеводный обмен в печени, активность воспалительных процессов [12].

Метаболизм желчных кислот

Как известно, в организме человека желчные кислоты синтезируются в печени из холестерина, конъюгируются с таурином или глицином (первичные желчные кислоты) и выделяются в двенадцатиперстную кишку, участвуя в эмульгировании и абсорбции жиров. В дальнейшем 95% первичных желчных кислот реабсорбируется в дистальной части подвздошной кишки, в то время как оставшиеся 5% неабсорбированных первичных желчных кислот подвергаются трансформации (деконъюгации) до вторичных желчных кислот (дезоксихолевая кислота и литохолевая кислота) с участием гидролаз кишечных бактерий (преимущественно за счет ферментов Clostridium perfringens и Clostridium scindens). Часть вторичных желчных кислот в последующем вновь реабсорбируется в печень, где происходит их конъюгация. Неабсорбированные желчные кислоты выводятся с калом.

Важно, что первичные и вторичные желчные кислоты способны активировать ядерный фарнезоидный рецептор Х (FXR) в ядре клеток организма-хозяина. Данный рецептор регулирует синтез желчных кислот, метаболизм глюкозы и даже процессы аутофагии печеночных клеток. Кроме того, вторичные желчные кислоты обладают мощным антимикробным действием, ингибируя рост и размножение бактерий.

Взаимодействие микробиоты с иммунной и нервной системами

Кишечный барьер, состоящий из нескольких функциональных компонентов, включающих физические (эпителиальные и слизистые слои), биохимические (ферменты и антимикробные белки) и иммунологические (IgA и эпителиальные иммунные клетки) факторы, служит границей между внешним миром и внутренней средой организма. Повышение проницаемости кишечного барьера для микробных метаболитов и других компонентов, содержащихся в полости кишки, ведет к развитию воспалительных или патологических иммуновоспалительных реакций [64].

Для поддержания кишечного гомеостаза и толерантности иммунной системы к бактериям-симбионтам разграничения патогенов и комменсальных микробов необходимы соблюдение очень тонкого баланса между регуляторными (Т-лимфоциты супрессоры) и эффекторными (Т-лимфоциты хелперы) клетками, гармоничное сочетание «иммунологической толерантности и продуктивного иммунного ответа». Значительную роль в созревании иммунной системы и развитии иммунологической толерантности отводят кишечной микробиоте.

Исследования, проведенные на мышах-гнотобионтах (безмикробные животные, с рождения выращиваемые в стерильных условиях), показали, что у таких животных имеются тяжелые нарушения развития лимфоидной ткани кишки и других иммунокомпетентных органов, а также нарушена продукция антител [65, 66].

Известно, что некоторые условно-патогенные микроорганизмы, такие как Bacteroides fragilis, Bifidobacterium infantis и Firmicutes, способствуют привлечению в стенку кишки регуляторных Т-лимофцитов (Т-супрессоров), продуцирующих противовоспалительные ИЛ, подавляя развитие патологических иммунных реакций. Такое «толерантное» состояние иммунной системы позволяет симбиотическим микроорганизмам мирно существовать, тесно контактируя с эпителиоцитами кишечной стенки, не вызывая иммунной агрессии со стороны организма-хозяина [64].

В то же время из экспериментов на мышах известно, что так называемые нитевидные бактерии, напротив, обладают мощным иммуностимулирующим действием, активируя Т-хелперы 17, индуцируя продукцию ими провоспалительных ИЛ-17 и ИЛ-22, тем самым усиливая антимикробную защиту и резистентность слизистой оболочки кишки к Citrobacter rodentium [67].

Таким образом, правильное взаимодействие Т-супрессоров/Т-хелперов 17, регулируемое в том числе микробными метаболитами, имеет важнейшее значение в поддержании целостности кишечного барьера, иммунологической толерантности, предотвращении развития патологических иммунных реакций, и в то же время препятствует инвазии патогенов.

Конечно, не все представители микробиоты кишки ведут к здоровому и правильному развитию и функционированию кишечного барьера, некоторые из них, напротив, могут вызывать воспалительные процессы, приводить к возникновению злокачественных новообразований. Однако на современном этапе развития учения о микробиоте наше понимание данных процессов еще далеко от совершенства [12].

Интересно, что кишечная микробиота играет немаловажную роль в созревании и нормальном функционировании нервной системы организма-хозяина.

Механизмы влияния микробиоты на функционирование центральной нервной системы (ЦНС) связаны с выработкой молочной кислоты, аммиака, КЦЖК, нейротрансмиттеров. Так, например, в процессе ферментации углеводов некоторыми молочнокислыми бактериями образуется D-лактат, который в случае повышения кишечной проницаемости способен оказывать нейротоксическое действие [4].

Аммиак — нейротоксин, продуцируемый из мочевины под действием бактериальной уреазы. Аммиак обладает прямыми нейротоксическими свойствами, изменяет функцию гематоэнцефалического барьера, тормозит синтез серотонина и допамина [4].

КЦЖК, продуцируемые микробиотой, напротив, оказывают позитивное влияние на функционирование нервной системы, принимая участие в созревании микроглии (резидентных макрофагов) ЦНС. Исследования, проведенные на мышах с дефектом развития рецепторов к КЦЖК, показали нарушение созревания микроглии в ЦНС у таких животных. В то же время колонизация кишечника мышей гнотобионтов нормальной микробиотой приводила к созреванию первоначально незрелой микроглии [68, 69].

Известно также, что некоторые бактерии способны синтезировать гормоны и нейротрансмиттеры, такие как ацетилхолин и гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), норадреналин, серотонин, мелатонин, допамин, глутамин [4]. Серотонин, продуцируемый микробиотой кишечника, участвует в регуляции перистальтики кишки, рвотного рефлекса и восприятии боли через спинальные афферентные нейроны [4]. Выделение серотонина и других биогенных аминов обусловливает влияние микробиоты кишки на настроение, аппетит, пищевые пристрастия человека [4].

ГАМК — антистрессорный медиатор, продуцируется в больших количествах микробиотой кишки, образуя единый пул с эндогенной фракцией ГАМК. Изменение уровня ГАМК у пациентов с синдромом раздраженного кишечника, возможно, объясняет склонность больных к повышенной возбудимости и тревожности, а также пониженный болевой порог у данной группы пациентов по сравнению со здоровыми субъектами.

Колонизационная резистентность

Еще одной важной ролью микробиоты кишечника является формирование колонизационной резистентности, предотвращающей инвазию патогенных микроорганизмов в слизистую оболочку кишки.

Колонизационная резистентность обеспечивается способностью нормальной микрофлоры адгезироваться на эпителии кишечника, которая образует на ней пристеночный слой и тем самым препятствует прикреплению патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Другой механизм создания колонизационной резистентности связан с синтезом микробиотой кишки антимикробных веществ (органических кислот, перекиси водорода и других биологически активных субстанций), а также с конкуренцией с патогенными микроорганизмами за источники питания [4].

Заключение

До последнего времени изучение состава и функциональной активности микробиоты человека было ограничено в связи с невозможностью культивирования подавляющего большинства микроорганизмов на питательных средах. Однако развитие таких технологий, как секвенирование 16S рибосомальной РНК, а также полногеномное секвенирование, позволило значительно расширить понимание роли кишечной микробиоты и ее уникальных метаболитов в регуляции различных физиологических функций макроорганизма, включая обеспечение колонизационной резистентности слизистых оболочек, метаболизм, развитие и гомеостаз иммунной и нервной систем.

Интерес к микробиому человека за последние десятилетия существенно вырос, и все же на современном этапе развития учения о микробиоте понимание данных процессов еще далеко от совершенства, что обусловливает необходимость дальнейших исследований.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Микробиом репродуктивной системы человека

Согласно современным представлениям, человеческий организм является голобионтом, т. е. представляет собой содружество клеток самого организма и всех микробов, населяющих различные органы и ткани. Микробы могут быть как постоянными, так и транзиторными. В 2007 г. начат проект изучения микробиома человека (Human Microbiome Project), цель которого — создание полного каталога обнаруженных в человеческом организме бактерий и последовательности их ДНК [1]. В дальнейшем работа по проекту микробиома человека расширена путем изучения состава микробов при различных патологических состояниях и заболеваниях, таких как преждевременные роды, болезнь Крона, сахарный диабет 2-го типа и т. д. [2].

Поскольку культивирование многих микроорганизмов затруднено, и методы диагностики с помощью различных вариантов полимеразной цепной реакции (ПЦР) предполагают наличие видоспецифичных праймеров, разработана технология универсальной диагностики ДНК микроорганизмов с перспективой тахономического анализа. Данная технология основана на наличии в геноме микробов гена, кодирующего 16S рибосомальную РНК (16S rRNA). Этот ген содержит 9 гипервариабельных областей, которые помогают точно идентифицировать ДНК различных микроорганизмов и классифицировать их, а также открывать новые виды бактерий, которые никогда не выделялись в культуре. Этот метод включает массово параллельное секвенирование (секвенирование нового поколения, NGS) гена16S rRNA и биоинформационный анализ полученных данных с классификацией ДНК по таксономическим единицам [3]. Следует отметить, что необходимо различать следующие термины: микробиота — это сообщество микроорганизмов, живущих в определенном регионе, и микробиом — это результаты исследования ДНК микробов определенного региона с распределением по тахономическим группам.

Метагеномикой называется анализ генетического материала, извлеченного непосредственно из проб окружающей среды. Этот анализ позволяет определять такие таксономические группы, как тип, класс, порядок, семейство, род и вид микроорганизмов. Применяется также индекс видового разнообразия Симпсона, который в микробиологии отражает разнообразие видов бактерий в изученной популяции. При диагностике бактериального вагиноза используют микроскопию и подсчет так называемого критерия Нугента. Этот метод основан на подсчете числа грамотрицательных и грамположительных бактерий и их размера. При низком значении критерия Нугента (0—3 балла) предполагается отсутствие бактериального вагиноза; при числе 4—6 баллов можно предполагать переходное состояние и при числе 7 баллов и более устанавливают диагноз — бактериальный вагиноз.

При исследовании микробиома следует уточнить понятие биопленки. Под этим термином следует понимать структуру, которую образуют бактерии, схожую с многоклеточным организмом, и эта структура позволяет микробам переживать вредное воздействие окружающих факторов и даже приобретать устойчивость к антибиотикам.

Исследование микробиома репродуктивного тракта человека показало преемственность сообщества микробов от семенной жидкости до микробиомов влагалища матки, маточных труб и даже кишечного тракта новорожденных.

Проведенный анализ микробиоты семенной жидкости 19 доноров спермы, 10 пациентов с астенозооспермией, 23 пациентов с умеренной олигоастенозооспермией и 25 пациентов с выраженной формой олигоастенозооспермии и азооспермией показал большое разнообразие видов бактерий. В основном представлены бактерии родов Ralstonia, Lactobacillus, Corynebacterium, Streptococcus, Staphylococcus, Prevotella, Finegoldia, Anaerococcus, Peptoniphilus, incertae sedis XI (семейство), Veillonella, Pelomonas, Porphyromonas, Acidovorax, Atopobium, Ureaplasma, Bradyrhizobium, Aerococcus, Gemella, Granulicatella, Clostridiales и Cloacibacterium. Из них условно-патогенными считаются бактерии родов Ralstonia, Prevotella, Finegoldia, Anaerococcus, Peptoniphilus, Gemella, Granulicatella, Clostridiales, Pelomonas, Porphyromonas, Acidovorax и Cloacibacterium. Бактерии, относящиеся к порядку Clostridiales, являются анаэробами, ассоциированными с бактериальным вагинозом. Многие бактерии, описанные в этом исследовании, обнаружены также на коже полового члена и в уретре. При сравнительном исследовании микробиоты семенной жидкости доноров и пациентов с различной выраженностью мужского бесплодия выявлено большое сходство представленных сообществ бактерий. Единственной группой бактерий, которая ассоциировалась с плохим качеством спермы, был род Anaerococcus [4]. В другом исследовании предпринята попытка проанализировать связь между показателями спермограммы и сообществами микробов в сперме 96 мужчин, обратившихся в клинику лечения бесплодия. Выяснено, что в сперме наиболее многочисленными были бактерии, принадлежащие к родам Lactobacillus (19,9%), Pseudomonas (9,85%), Prevotella (8,51%) и Gardnerella (4,21%). При нормальных показателях спермы была значительно выше доля Lactobacillus и Gardnerella, в то время как в образцах с низкими показателями спермограммы — доля Prevotella. Описано три типа бактериальных сообществ с преобладанием микробов родов Lactobacillus, Pseudomonas и Prevotella соответственно. Подавляющее большинство (80,6%) нормальных образцов ассоциированы с сообществом с преобладанием рода Lactobacillus. Авторы предположили, что пробиотики на основе бактерий рода Lactobacillus могут быть использованы для подавления роста бактерий родов Pseudomonas и Prevotella в целях улучшения качества спермы [5].

При исследовании микробиома спермы у 21 пациента с хроническим простатитом и у 46 здоровых мужчин выявлены статистически значимые различия. Так, у здоровых мужчин было выше количество бактерий рода Lactobacillus по сравнению с пациентами с хроническим простатитом, 27% по сравнению с 20,2%, р=0,05. Наиболее выраженными были различия по виду Lactobacillus iners. Бактерии типа Proteobacteria чаще встречались у пациентов с хроническим простатитом. Более того, у этих пациентов наблюдалось большее разнообразие бактерий. Индекс видового разнообразия Симпсона у пациентов с простатитом составил 13,5±5,8, у здоровых мужчин — 10,3±4 [6].

У 23 супружеских пар исследован микробиом спермы и проведено сравнение с микробиомом влагалища до и после полового акта. Показано, что сообщества бактерий в сперме были значительно разнообразнее, но с более низкими общими бактериальными концентрациями, чем во влагалище. Выявлена четкая ассоциация между преобладанием у женщин во влагалище вида Gardnerella vaginalis и наличием у полового партнера лейкоцитоспермии. Наблюдалось значительное уменьшение относительной численности Lactobacillus crispatus после полового акта и увеличение соответствия в микробиоме между спермой и вагинальными образцами [7].

Особый интерес вызывает проблема бактериального вагиноза, ассоциированного с повышенной вероятностью заражения заболеваниями, передающимися половым путем (сифилис, гонорея, хламидиоз и ВИЧ). Эпидемиологические исследования показывают, что бактериальный вагиноз может передаваться половым путем, хотя точный инфекционный агент не выявлен. Данное заболевание обычно рассматривают как дисбиоз. Предпринята попытка изучить микробиом половых партнеров женщин, страдающих бактериальным вагинозом. С этой целью обследованы моногамные пары. У 65 женщин выявлен бактериальный вагиноз, у 31 женщины этого заболевания не было. Изучены микробиомы влагалища, а также уретры и кожи полового члена партнера. Выявлено строгое сходство между микробиомом влагалища пациенток, страдающих бактериальным вагинозом, и микробиомом уретры и кожи полового члена партнера. В то же время у здоровых пар такого сходства не выявлено. У здоровых женщин во влагалище подавляющими видами были Lactobacillus iners и Lactobacillus crispatus, что, вероятно, подавляло рост других видов микробов. Это исследование подтверждает теорию о бактериальном вагинозе как о дисбиозе, который может передаваться половым путем [8]. Добавление пробиотиков Lactobacillus brevis CD2, Lactobacillus plantarum FV9 и Lactobacillus salivarius FV2, которые эффективны при лечении бактериального вагиноза, позволяет длительно сохранять подвижность сперматозоидов в культуре и спасает от вредоносного воздействия других микробов [9].

Наиболее изученным микробиомом репродуктивной системы женщины является микробиом влагалища. Хорошо известно, что в норме во влагалище доминируют бактерии рода Lactobacillus. Из большого числа близкородственных видов лактобацилл во влагалище доминируют лактобациллы L. crispatus, L. gasseri, L.iners и L.jensenii. В то же время такие распространенные в природе виды, как L. helveticus и L. acidiphilus, не колонизируют влагалище. Это говорит о том, что существует механизм взаимодействия между гормонозависимым эпителием влагалища и заселением лактобацилл только определенных видов [10].

Еще одним интересным аспектом являются возрастные изменения микробиома влагалища у женщин. В течение перинатального периода под воздействием материнских эстрогенов происходит утолщение вагинального эпителия и откладывание гликогена с заселением микробов, способных метаболизировать глюкозу. После рождения происходит падение уровня эстрогенов, утончение эпителия влагалища девочки и изменение микробиома [11]. В детский период влагалище заселяют аэробные и факультативные анаэробные бактерии, грамотрицательные анаэробы, включая роды Actinomyces, Bifidobacterium, Peptococcus, Peptostreptococcus, Propionibacterium, и некоторые аэробные бактерии — Staphylococcus aureus, Staphylococccus epidermidis, Streptococcus viridans и Enterococcus faecalis. Лактобациллы, Gardnerella vaginalis, Prevotella bivia встречаются редко [12]. У девочек-подростков при увеличении в крови уровня эстрогенов эпителий влагалища вновь утолщается и начинает производить гликоген, что приводит к заселению 4 ведущих видов лактобацилл; микробиом девушек в постпубертатном периоде не отличается от такового у взрослых женщин [13].

С падением эстрогенов в перименопаузальный период меняется и микробиом влагалища, преимущественными видами становятся L. crispatus, L. iners, G. vaginalis, Prevotella и в меньшей мере Candida, Mobiluncus, Staphylococcus, Bifidobacterium и Gemella [14].

Человеческий организм может регулировать присутствие микробов определенных видов, и нарушение микробиома влагалища приводит к так называемому дисбиозу с развитием таких заболеваний, как бактериальный вагиноз и аэробный вагинит. Молочная кислота и перекись водорода, выделяемые лактобациллами, играют важнейшую роль в подавлении роста Chlamydia trachomatis, патогенных штаммов Escherichia coli, Neisseria gonorrhoeae и патогенных вирусов — вируса простого герпеса (HSV-2) и ВИЧ 1-го типа. Стоит отметить, что лактобацилы имеют комплекс факторов, препятствующих прикреплению патогенных микробов к стенке влагалища. К другим видам, которые представлены во влагалище здоровых женщин, относятся строго анаэробные бактерии — Atopobium, Dialister, Gardnerella, Megasphaera, Prevotella, Peptoniphilus [10].

В отличие от микробиома кишечника микробиом влагалища подвержен меньшему разнообразию у различных этнических групп. У 26,3% здоровых женщин во влагалище присутствует сообщество микробов с абсолютным доминированием L. crispatus. Это доминирование характеризуется высоким уровнем продукции эпителием влагалища молочной кислоты (рН примерно равен 4), стабильностью микрофлоры и высокой устойчивостью к бактериальной и вирусной инфекции. Отмечаются также низкая склонность к бактериальному вагинозу, доминирование L. iners и устойчивость к инфицированию G. vaginalis. Этот тип доминирования наиболее часто встречается у женщин европейского и азиатского происхождения. У 6,3% здоровых женщин отмечено доминирование L. gasseri, при этом уровень продукции молочной кислоты относительно низкий. Это доминирование достаточно стойкое, сопровождается уровнем рН, примерно равным 5, и также характеризуется высокой стабильностью микробиома; чаще встречается у женщин европейского и азиатского происхождения. У 5,3% женщин описано доминирование во влагалище L. jensenii. При этом уровень продукции молочной кислоты умеренный и уровень рН 4,7. Такой вариант доминирования также чаще встречается у женщин европейского и азиатского происхождения. У 34,1% здоровых женщин отмечается доминирование L. iners. Этот тип доминирования представляет собой переходную форму к бактериальному вагинозу, характеризуется средним уровнем продукции молочной кислоты и уровнем рН 4,4; часто встречаются виды микробов, характерные для бактериального вагиноза. В L. iners нередко отмечается активация таких защитных механизмов как CRISPR, наличие холестеролзависимого цитолизина, муцина и гликогенвизирующих ферментов. Этот тип доминирования также характерен для женщин европейского и азиатского происхождения. У 27% женщин в основном африканского и латиноамериканского происхождения отсутствует доминирование лактобацилл, отмечается большое разнообразие видов бактерий во влагалище, уровень рН 4—5. При микроскопии выявляется отсутствие бактериального вагиноза (низкое число баллов по индексу Нугента). Этот тип доминирования может встречаться у здоровых женщин или при переходе к бактериальному вагинозу.

Для бактериального вагиноза характерны выраженное присутствие факультативных и облигатных анаэробов, отсутствие или низкая продукция молочной кислоты, высокое число баллов по критерию Нугента, образование полимикробных биопленок с присутствием G. vaginalis, высокая вероятность инфекции патогенными микробами и вирусами [15]. Разрушение патогенных биопленок является одним из защитных механизмов, которыми обладают лактобациллы. Многие факультативно патогенные микроорганизмы, такие как G. vaginalis и A. vaginae, в отсутствие бактериального вагиноза представлены тонкими биопленками, тогда как при бактериальном вагинозе биопленки резко увеличиваются в толщине. Следует отметить, что биопленка может выделять свободно плавающие бактерии, и соотношение между биопленкой и свободно плавающими (планктоническими) бактериями может определять как выраженность бактериального вагиноза, так и перспективы успешного лечения и возможности рецидива [16].

Влияние бактериального вагиноза на результат вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) исследован в ряде работ. Показано, что наличие дисбиоза встречается чаще у пациенток с бесплодием по сравнению со здоровой популяцией [17, 18]. Более того, выявлена четкая ассоциация между наличием видов G. vaginalis и A. vaginae, вызывающих бактериальный вагиноз, и частотой успеха экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) [19]. С этими бактериями ассоциирована и частота самопроизвольного патологического прерывания беременности. Более того, лечение бактериального вагиноза до ЭКО может значительно увеличить частоту наступления беременности.

В одном из метаанализов показано, что наличие бактериального вагиноза выявлено у 16% группы пациенток, проходящих лечение методом ЭКО с процедурой интрацитоплазматической инъекции сперматозоида (ИКСИ), и в большинстве это были пациентки с трубно-перитонеальным фактором бесплодия. Наличие бактериального вагиноза увеличивало вероятность самопроизвольного патологического прерывания беременности в раннем сроке (ОР 1,68 при 95% ДИ от 1,23 до 2,29), не оказывало влияния на частоту наступления клинической беременности (ОР 0,93 при 95% ДИ от 0,75 до 1,15) и на частоту живорождений в программах ЭКО/ИКСИ (ОР=1,47при 95% ДИ от 0,96 до 1,57) [20].

Следует отметить, что доминирование лактобацилл в микробиоме влагалища является особенностью человека и не встречается у высших приматов. При сравнении микробиома влагалища женщин и самок желтого павиана, павиана анубис, шимпанзе, обезьяны-ревуна, лемура, мангобеи, краcного колобуса, а также верветок, живущих в неволе и в дикой природе, выяснено, что у человека доминируют бактерии L. crispatus, родов Morganella и Pseudomonas, в то время как у высших приматов разных видов — бактерии родов Sneathia, Anaerosphaera и Aerococcus. Более того, микробиом влагалища человека отличается меньшим разнообразием представленных видов бактерий. Эти различия могут быть объяснены особенностями размножения человека, связанными с большей продолжительностью беременности и повышенной возможностью травматизации при родах, которая обусловлена несоответствием диаметра головы плода и половых путей. Таким образом, доминирование лактобацилл во влагалище является уникальным защитным механизмом организма человека [21].

Долгое время считалось, что в норме полость матки стерильна, однако исследования последних лет опровергли это утверждение. Начиная с 2016 г. опубликованы результаты ряда исследований, в которых изучен микробиом матки у здоровых женщин, при различных патологических состояниях и при применении технологий ВРТ. При анализе микробиома внутреннего кончика катетера после переноса эмбрионов в полость матки у 33 пациенток выявлено, что доминирующими являются микробы рода Lactobacillus, второй по значению популяцией являются микробы рода Flavobacterium. Не выявлено различий между микробиомами в случаях имплантации и в отсутствие таковой [22]. При исследовании микробиома матки у 19 пациенток с предыдущими неудачами имплантации при попытках ЭКО/ИКСИ и/или привычном невынашивании беременности использована биопсия эндометрия. Чаще всего встречались бактерии типа Bacteroidetes, видов Bacteroides xylanisolvens, Bacteroides thetaiotaomicron, Bacteroides fragilis. Вторыми по частоте выявления были бактерии типа Proteobacteria, которые включали бактерии рода Pelomonas и бактерии, родственные Escherichia/Schigella. У 6 пациенток в значительном количестве представлены лактобациллы — L. crispatus и L. iners [23]. Различия в микробиоме полости матки при исследовании мазка изучены у 30 пациенток, из которых 10 — здоровые женщины, у 10 выявлены полипы эндометрия, и у 10 полипы эндометрия сочетались с хроническим эндометритом. Чаще всего у здоровых женщин встречались бактерии типов Proteobacteria (73%), Firmicutes (14%) и Actinobacteria (5%), на уровне родов Enterobacter (33%), Pseudomonas (24%) и Lactobacillus (6%). У пациенток с полипами эндометрия и при сочетании полипов эндометрия с хроническим эндометритом наблюдалась большая пропорция бактерий типа Firmicutes. Более того, у пациенток с полипами эндометрия и хроническим эндометритом чаще встречались бактерии рода Prevotella и реже бактерии родов Enterobacter и Sphingomonas, чем у пациенток других исследованных групп [24]. Влияние эндометриоза на микробиом полости матки исследовано у 32 пациенток с этим заболеванием, 16 из которых получали лечение препаратами агонистов гонадотропин-рилизинг-гормона (ГнРГ). В качестве контрольной группы обследованы 32 женщины с доказанной фертильностью, 16 из которых получали препараты агонистов ГнРГ по поводу миомы матки. Исследован аспират из полости матки, найдено, что основные микробы в матке принадлежат к семействам Lactobacillacae, Streptococcaceae, Staphylococcaceae, Enterobacteriaceae и Moraxellaceae. Присутствие лактобацилл снижено у пациенток с эндометриозом на фоне и без лечения агонистами ГнРГ. У женщин с эндометриозом также наблюдалось повышенное присутствие бактерий семейств Streptococcaceae, Staphylococcaceae, Enterobacteriaceae, по сравнению с фертильными женщинами. Кроме того, авторы [25] отметили повышение уровня колонизации бактериями матки в течение менструального цикла женщины.

С целью исследования в период окна имплантации микробиома матки и проверки его влияния на частоту имплантации в программах ЭКО/ИКСИ проведен анализ аспирата из полости матки пререцептивного (2 дня после пика лютеинизирующего гормона) и рецептивного (7 дней после пика лютеинизирующего гормона) эндометрия 22 фертильных женщин, а также 35 пациенток, проходящих лечение методом ЭКО/ИКСИ. Не найдено различий в составе микробиома пререцептивного и рецептивного эндометрия. Выяснилось, что в среднем в полости матки присутствуют бактерии следующих родов Lactobacillus (71,7%), Gardnerella (12,6%), Bifidobacterium (3,7%), Streptococcus (3,2%), Prevotella (0,9%). Авторы разделили найденные бактериальные сообщества на те, в которых доминировали лактобациллы (более 90% микробов представлены данным родом), и те, в которых лактобациллы не доминировали (менее 90%). При анализе результатов лечения методом ЭКО/ИКСИ выявлено, что у пациенток с доминированием лактобацилл в полости матки, по сравнению с пациентками без такого доминирования, наблюдается более высокая частота имплантации (60,7% по сравнению с 23,1%; р=0,02), клинической беременности (70,6% по сравнению с 33,3%; р=0,03) и живорождений (58,8% по сравнению с 6,7%; р=0,002). Таким образом, микробиом эндометрия может значительно влиять на вероятность успеха процедур ВРТ [26]. У 70 пациенток, проходящих лечение методом ЭКО/ИКСИ, изучен микробиом на кончике катетера после переноса эмбрионов в полость матки. У 33 пациенток лактобациллы представляли более 90% от всех микробов, у 50 пациенток — более 70%. Выявлены также бактерии рода Corynebacterium у 40 пациенток, Staphylococcus и Streptococcus у 38 пациенток и Bifidobacterium у 15 пациенток [27].

Проведено исследование микробиома полости матки и влагалища у 102 пациенток с бесплодием (79 женщин, проходящих лечение методом ЭКО, и 23, у которых метод ЭКО не применяли) и у 7 здоровых женщин. Выявлено, что доминирование Lactobacillus spp. (более 90% от всех микроорганизмов) наблюдалось в матке у 38% и во влагалище у 44,3% пациенток, включенных в программу ЭКО, в матке у 73,9% и во влагалище у 73,9% пациенток, не включенных в программу ЭКО, в матке у 85,7% и во влагалище у 85,7% здоровых женщин. Микробиом представлен родами Gardnerella, Streptococcus, Atopobium, Bifidobacterium, Sneathia, Prevotella и Staphylococcus. В течение исследования у 15 пациенток получена беременность после переноса одной размороженной бластоцисты. У пациенток с беременностью среднее число лактобацилл в микробиоме матки составляло 96,45±33,61% [28]. Та же группа исследователей сообщила о попытке клинического применения данных, полученных при исследовании микробиома полости матки. Из 92 пациенток с предыдущими неудачными попытками ЭКО/ИКСИ у 47 (51,1%) обнаружено доминирование в микробиоме лактобацилл (более 90% бактерий рода Lactobacillus) и у 45 (48,9%) — отсутствие такого доминирования. Из 45 пациенток без доминирования 9 назначены антибиотики (амоксициллин 750 мг/сут или левофлоксацин 500 мг/сут в течение недели), после этого — препараты лактоферрина 300 мг/сут, а также пробиотики в виде вагинальных тампонов и свечей в течение 1 мес. У всех пациенток при повторном анализе наблюдалось доминирование лактобацилл. После этого проведены переносы размороженных бластоцист. У 56 пациенток с доминированием лактобацилл проведен 91 перенос и получено 33 беременности (частота беременности составила 58,9% на 1 пациентку), у 36 пациенток без доминирования лактобацилл проведено 49 переносов и получено 17 беременностей (частота наступления беременности составила 47,2% на 1 пациентку), различия статистически незначимые [29].

Проведено исследование, в котором сравнивали микробиомы содержимого полости матки и биоптатов эндометрия у 25 пациенток с привычным невынашиванием беременности. Отмечено, что некоторые виды бактерий выявлены в биоптате эндометрия, но не обнаружены в полости матки. К ним относятся бактерии родов Verrucomicrobiaceae, Brevundimonas, Achromobacter, Exiguobacterium и Flavobacterium. Таким образом, существуют значительные различия между микробиомом полости матки и поверхности эндометрия [30].

Вероятность влияния хронического эндометрита на частоту наступления беременности при лечении бесплодия в программах ЭКО/ИКСИ вызывает многочисленные споры. Предпринята попытка исследовать эту проблему с привлечением данных о микробиоме эндометрия. С этой целью в исследование включены 113 пациенток с бесплодием, у которых диагноз хронического эндометрита подтвержден с помощью иммуногистохимического исследования эндометрия на основании наличия маркера CD138. Диагностика бактериального возбудителя хронического эндометрита проведена методом ПЦР в реальном времени для видов Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae, Ureaplasma urealyticum, Ureaplasma Parvum, Mycoplasma hominis, Gardnerella vaginalis и Klebsiella pneumoniae. Для диагностики видов Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae и Streptococcus mitis применены методы культивирования. Для диагностики хронического эндометрита использованы гистероскопия, классическое гистологическое исследование и изучение микробиома содержимого полости матки. Выявлен низкий уровень соответствия между различными методами диагностики хронического эндометрита, однако при сравнении результатов ПЦР и исследования микробиома конкордантные данные получены в 91,7% случаев, при сравнении результатов культивирования и исследования микробиома — в 75% случаев [31]. При раке эндометрия значительно изменяется микробиом полости матки по сравнению с таковым при доброкачественных заболеваниях и гиперплазии эндометрия. Выявлено, что при раке эндометрия доминирующими являются бактерии родов Bacteroides и Faecalibacterium, а также чаще встречаются бактерии типов Firmicutes, Spirochaetes, Actinobacteria, Bacteroidetes и Proteobacteria. Присутствие видов Atopobium vaginae и Porphyromonas somera может служить маркером наличия рака эндометрия. Кроме того, показано, что это заболевание ассоциировано с высоким уровнем рН во влагалище [32].

Предпринята попытка составить последовательность микробиома женской репродуктивной системы, начиная с нижней части влагалища и заканчивая задним сводом. Обнаружено, что лактобациллы составляют 99,97% от всех микробов в нижней части влагалища, 99,99% — в верхней части влагалища, тогда как в цервикальном канале — 97,56%. Первый микробиом, характеризующийся разнообразием видов, обнаружен в полости матки. Бактерии рода Lactobacillus составляют 30,6%, рода Pseudomonas 9,1%, Acinetobacter — 9,1%, Vagococcus — 7,3%, Sphingobium — 5%, семейство Comamonadaceae — 4,9%, рода Arthrobacter — 3,9%, Dysgonomonas — 3,7%, Shewanella — 3,4%, семейство Pseudomonadaceae — 2,9%, рода Delftia — 2,4%, семейство Tissierellaceae — 2,1%, рода Sphingomonas — 2,0%, семейство Erysipelotrichaceae — 1,6%, рода Erysipelothrix — 1,1%, на другие виды бактерий приходится около 11% микробиома. В маточной трубе доминирование лактобацилл заканчивается, чаще всего встречаются бактерии рода Acinetobacter — 18,3%, рода Comamonas — 11,5%, Pseudomonas — 9,9%, семейства Pseudomonadaceae — 9,1%, рода Dysgonomonas — 5,1%, рода Vagococcus — 4,8%, семейства Comamonadaceae — 3,9%, рода Delftia — 3,6%, Arthrobacter — 3,3%, Sphingobium — 3,1%, Shewanella — 1,8%, Sphingomonas — 1,8%, Facklamia — 1,8%, Stenotrophomonas — 1,7%, Lactobacillus — 1,7%, семейства Erysipelotrichaceae — 1,6%, семейства Tissierellaceae — 1,2%, семейства Micrococcaceae — 1,2%, рода Staphylococcus — 1,1%, вида Oxalobacte raceae — 1,1%, рода Erysipelothrix — 1,1%, вида Ochrobactrum — 1%, рода Achromobacter — 1%; другие бактерии составляют 9,2% от микробиома. В заднем своде чаще встречаются бактерии рода Pseudomonas и составляют 13,5% от микробиома, рода Vagococcus — 13,3%, Acinetobacter — 11,7%, Sphingobium — 5,8%, семейства Comamonadaceae — 5,7%, рода Shewanella — 5,6%, Dysgonomonas — 5,5%, Delftia — 5,1%, семейства Tissierellaceae — 3,9%, семейства Pseudomonadaceae — 3,9%, рода Arthrobacter — 3,8%, семейства Erysipelotrichaceae — 3,0%, рода Sphingomonas — 2%, рода Erysipelothrix — 1,6%, и на долю других бактерий приходится 15,5% от микробиома [33].

Доказано, что в периоде внутриутробного развития происходит контакт между плодом и микробами материнского организма. В плаценте микробы представлены в основном видом E. coli, а также родами Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria, Proteobacteria phyla и редко встречающимся Tenericutes. Наличие бактерий из рода Burkholderia ассоциируется с преждевременным созреванием плаценты, а микробов из рода Paenibacillus — с нормальными родами. Очень интересной находкой было то, что микробиом плаценты похож на микробиом ротовой полости, включая виды Prevotella tannerae и Neisseria [34]. Более того, высказано предположение о возможном механизме переселения микробов из ротовой полости и о том, что при гингивите и пародонтозе чаще наблюдаются осложнения беременности. У беременных в ротовой полости и в субгингивальном пространстве повышается число патогенных бактерий видов Aggregatibacter actinomycetemcomitans и Porphyromonas gingivalis, что может увеличить риск проникновения бактерий в плаценту [35]. В амниотический жидкости, как и в плаценте, микробы представлены малым количеством и разнообразием видов, преимущественно семейством Enterobacteriaceae, в основном родами Enterobacter и Escherichia/Shigella. Найдены также лактобациллы и бактерии родов Propionibacterium, Staphylococcus и Streptococcus. Выявлена колонизация микробами пуповины, и они представлены родами Enterococcus, Streptococcus, Staphylococcus, Propionibacterium [36]. Изучение микробиома мекония показало, что заселение микробами кишечника новорожденного происходит до рождения, виды микробов кишечника матери и мекония ребенка совпадают, и эти микробы активно участвуют в дальнейшем заселении кишечника и в становлении иммунитета новорожденного. Микробы мекония представлены родами Streptococcus, семейством Enterobacteriaceae (в основном родами Enterobacter и Escherichia), Lactobacillus и Propionibacterium) [37].

Понимание особенностей микробиома репродуктивной системы человека с точки зрения последовательности сообществ микробов от семенной жидкости до микробиома кишечника новорожденного может иметь большое клиническое значение.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interest.

Сведения об авторах

Боярский К.Ю. — к.м.н., доцент кафедры акушерства и гинекологии им. С.Н.Давыдова, ФГБОУВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова»; https://orcid.org.0000-0002-2000-1567;

Кахиани Е.И. — д.м.н., профессор, заведующая кафедрой акушерства и гинекологии с курсом детской гинекологии, ФГБОУВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет»; https://orcid.org.000-0002-0410-817Х

КАК ЦИТИРОВАТЬ:

Боярский К.Ю., Кахиани Е.И. Микробиом репродуктивной системы человека. Проблемы репродукции. 2019;25(4):-34. https://doi.org/10.17116/repro201925041

Автор, ответственный за переписку: Боярский К.Ю. —
e-mail: [email protected]

Что такое микробиом? Все, что нужно знать о микробиоме кожи

1. Что такое микробиом?

Невидимый глазу микробиом кожи человека — это экосистема микроорганизмов, живущих на поверхности кожи. Он состоит из тысяч различных видов микробов и играет ключевую роль для нашего здоровья. В основном в него входят бактерии, но также могут быть дрожжи, грибы и вирусы. Он находится в синергии с кожей. Баланс микробиома имеет огромное значение для здоровья и внешнего вида кожи.

2. Все ли бактерии вредны?

Это большое заблуждение. На самом деле, менее 100 из триллионов разных бактерий
представляют угрозу для человека. Остальные микроорганизмы, живущие внутри нас и на нас, играют важную роль.

3. Что делает микробиом для нашей кожи?

Мы обнаружили, что микробиом поддерживает барьерные функции кожи. Таким образом, это одна из первых линий защиты кожи от внешних воздействий. Микробиом выполняет две важные функции:
– защищает кожу от внешних агрессивных факторов;
– восстанавливает кожу, усиливая ее защитные функции и повышая сопротивляемость.

4. Как формируется микробиом?

Вы получаете кожный микробиом вашей матери сразу при рождении. Позже на него влияют условия окружающей среды и ваш образ жизни.

5. Почему каждый микробиом уникален?

Микробиом кожи уникален у каждого человека. Несмотря на то, что изначально микробиом передается по наследству, его формирование в значительной степени зависит от образа жизни (включая привычный рацион, курение, уровень гормонов) и условий окружающей среды (жизнь в пригороде или в городе, наличие животных и т. д.). Наши исследования также показали, что микробиомы кожи подвержены воздействию загрязнений, сезонным изменениям и ультрафиолетовому излучению.

6. Может ли микробиом кожи стареть?

Микробиом кожи меняется с возрастом, и его качественный состав в 25 и в 60 лет будет разным. Наши ученые провели исследование, в ходе которого изучили возрастные изменения в кожном микробиоме. В сотрудничестве с профессором из Японии, доктором Масахиро Хаттори мы продолжаем вести работы по изучению роли микробиома в старении кожи.

7. Как улучшить микробиом кожи?

Важно, чтобы кожа постоянно получала сбалансированное количество незаменимых питательных веществ.

8. Почему мы узнали о микробиоме только сейчас?

Микроорганизмы не видны невооруженным глазом, но благодаря микроскопам ученые смогли их обнаружить. Технический прогресс в области секвенирования генов позволил больше узнать о видах микроорганизмов.

красота мира в каждом кадре

Что, если вы сможете добиться большего за время тренировок, всего лишь позаимствовав кишечные микробы спортсмена? Этим вопросом задались ученые из Гарвардского университета. В течение двух недель они ежедневно собирали образцы кала 15 бегунов, принимавших участие в Бостонском марафоне 2015 года, – начали за неделю до забега и закончили неделю спустя – и сравнивали их с фекальными образцами, собранными также за две недели у десяти человек из контрольной группы, не занимающихся бегом. Исследователи обнаружили, что через несколько дней после марафона в анализах, взятых у бегунов, содержалось значительно больше бактерий Veillonella atypica, чем в анализах участников контрольной группы.

«Это открытие многое объяснило, поскольку вейлонелла обладает уникальным метаболизмом: любимый источник энергии для нее – лактат, соль молочной кислоты, – рассказывает Александар Костич из Джослиновского центра изучения диабета и Гарвардской медицинской школы. – И мы подумали: может, вейлонелла разлагает вырабатываемый мышцами лактат в организме спортсмена?». И, если это действительно так, нельзя ли, вводя ее штаммы людям, далеким от профессионального спорта, повышать их выносливость?

Затем ученые занялись лабораторными мышами: вейлонелл, выделенных из кала одного из бегунов, ввели 16 мышам с нормальным микробиомом, проверенным на наличие патогенов. После этого подопытных поместили на беговую дорожку и заставили бегать до изнеможения. То же самое сделали с 16 контрольными мышками; только им вводили бактерии, не потребляющие лактат. Как оказалось, мыши, «зараженные» вейлонеллами, бегали заметно дольше, чем контрольные зверьки, а значит, считают исследователи, микробиом может играть важнейшую роль в поддержании работоспособности.

По словам Костича, этот эксперимент – «замечательный пример того, что дает нам симбиоз». Вейлонелла процветает, когда человек, ее носитель, в результате физической нагрузки вырабатывает лактат, которым та питается, и, в свою очередь, приносит пользу человеку, превращая лактат в пропионат, влияющий на работоспособность «хозяина», поскольку, в числе прочего, повышает частоту сокращений сердца и улучшает кислородный обмен, а также, возможно, препятствует развитию воспалений в мышцах.

«Такого рода отношения, как мне представляется, лежат в основе большинства взаимодействий между человеком и микробиомом, – поясняет Костич. – В конечном счете, отношения между ними носят такой вот взаимовыгодный характер». 

Микробиом, возможно, несет ответственность и за менее приятные особенности человеческой натуры, в том числе за такие психические состояния, как тревожность и депрессия. В 2016 году ученые из Ирландского национального университета в Корке опубликовали результаты изучения влияния микробиома на развитие депрессии. Исследователи разделили 28 лабораторных крыс на две группы. Экспериментальной группе пересадили трансплантаты кишечной микрофлоры от трех мужчин, страдающих тяжелой депрессией, а контрольной группе – от трех здоровых мужчин.

Оказалось, что кишечный микробиом людей, страдающих депрессией, повергал в депрессию и крыс. По сравнению с контрольными животными у них наблюдалась потеря интереса к деятельности, приносящей удовольствие (у крыс это определяют по тому, насколько часто они хотят пить сладкую воду), и повышенная тревожность, выражающаяся у них в стремлении избегать открытых или незнакомых участков лабораторного лабиринта.

Учитывая большую разницу между крысами и людьми, ученые отмечают, что их исследование – новое свидетельство того, что микробиом кишечника способен играть определенную роль в развитии депрессии. Рано или поздно, заявляют они, может настать день, когда с депрессией и другими подобными расстройствами будут бороться, в том числе, и прицельно уничтожая те или иные бактерии в организме человека.

Почему микробиом кишечника крайне важен для Вашего здоровья.

Почему микробиом кишечника крайне важен для Вашего здоровья.

  В вашем организме насчитываются триллионы бактерий, вирусов и грибков. Вместе они называются микробиомом. В то время как одни микроорганизмы вызывают различные заболевания, другие, чрезвычайно важны для их предотвращения, укрепления Вашего иммунитета, здоровья сердечно-сосудистой системы, баланса массы тела и многих других аспектов здоровья.

В этой статье вы узнаете, почему микробиом кишечника так важен для Вашего здоровья.

Что такое микробиом кишечника?

Бактерии, вирусы, грибки и другие микроскопические организмы называются микроорганизмами или микробами.

Триллионы этих микробов встречаются в вашем кишечнике и на поверхности кожи.

Наиболее изученными, из живущих в человеческом организме микроорганизмов, являются бактерии.

Фактически, в Вашем теле насчитывается больше микроорганизмов, чем собственных клеток. Более того, в микробиоме человеческого кишечника встречаются до 1000 видов бактерий, и каждая из них играет свою роль в вашем организме. Большинство из них чрезвычайно важны для Вашего здоровья, в то время как другие могут вызывать заболевания.

Рис. 1 Микробиота играет фундаментальную роль в формировании, обучении ифункционировании иммунной системы.

Микробиом кишечника формируется с момента вашего рождения.

Вы впервые подвергаетесь воздействию микробов, когда проходите через родовой канал матери. Однако, новые данные свидетельствуют о том, что дети могут контактировать с некоторыми микробами, находясь в утробе матери.

По мере роста организма микробиом кишечника дифференцируется, он начинает содержать множество различных видов микробов. Более высокое разнообразие микроорганизмов считается полезным для Вашего здоровья.

Переваривание грудного молока: Некоторые из бактерий, которые впервые начинают расти в кишечнике младенца, называются Бифидобактериями. Они переваривают полезные для здоровья сахара в грудном молоке.

Переваривание клетчатки: Некоторые бактерии переваривают клетчатку, вырабатывая короткоцепочечные жирные кислоты, которые важны для здоровья кишечника. Пищевые Волокна могут помочь предотвратить увеличение веса, возникновение диабета, заболевания сердца и риск развития рака.

Контроль иммунной системы: Микробиом кишечника также контролирует работу Вашей иммунной системы.Микробиом кишечника может управлять тем, как Ваш организм реагирует на инфекции.

Контролировать здоровья мозга: Новые исследования показывают, что микробиом кишечника может также воздействовать на центральную нервную систему, которая контролирует функции мозга.

Таким образом, существует ряд различных способов, с помощью которых микробиом кишечника может влиять на ключевые функции организма и влиять на ваше здоровье.

Микробиом кишечника влияет на ваш вес.

В вашем кишечнике содержатся тысячи различных видов бактерий, большинство из которых приносят пользу вашему здоровью.

Однако, наличие слишком большого количества нездоровых микробов может привести к заболеванию.

Дисбаланс здоровых и нездоровых микробов иногда называют дисбиозом кишечника, и это может способствовать набору веса.

Пробиотики полезны для здорового микробиома и могут помочь в борьбе с лишним весом.

Вздутие, судороги и боли в животе, которые испытывают люди с СРК, вызваны дисбиозом кишечника.

Это происходит потому, что микробы выделяют много газа и других химических веществ, которые приводят к появлению симптомов кишечного дискомфорта.

Однако определенные здоровые бактерии, содержащиеся в микробиоме, могут улучшать состояние кишечника.

Особенно это касается бифидобактерий и лактобактерий, которые содержатся в пробиотиках и йогуртах, помогающих закрыть пространства между клетками кишечника.

Фактически, прием определенных пробиотиков, содержащих бифидобактерии и лактобактерии, может уменьшить симптомы СРК.

Микробиом кишечника благотворно влияет на здоровье сердца.

Недавнее исследование, проведенное среди 1500 человек, показало, что микробиом кишечника играет важную роль в росте «хорошего» холестерина и триглицеридов ЛПВП.

Некоторые нездоровые виды микробиома кишечника могут также способствовать развитию сердечных заболеваний, производя триметиламин N-оксид (ТМАО).

ТМАО — это химическое вещество, которое способствует закупорке артерий, что может привести к сердечным приступам или инсультам.

Некоторые бактерии, входящие в состав микробиома, преобразуют холин и L-карнитин, оба из которых являются питательными веществами, содержащимися в красном мясе и других источниках пищи животного происхождения, в ТМАО, что потенциально повышает факторы риска возникновения сердечных заболеваний.

Однако другие бактерии, содержащиеся в микробиоме кишечника, в частности лактобациллы, могут помочь снизить уровень холестерина при приеме в качестве пробиотика.

Микробиом кишечника играет роль в контроле уровня сахара в крови и может также влиять на возникновение сахарного диабета 1 типа у детей.

В одном из недавних исследований были обследованы 33 младенца с генетически высоким риском развития сахарного диабета 1-го типа.

Оно показало, что разнообразие микробиома внезапно уменьшилось до начала развития сахарного диабета 1-го типа. В нем также было установлено, что уровень содержания ряда нездоровых видов бактерий повысился непосредственно перед началом диабета первого типа.

Другое исследование показало, что даже когда люди едят одну и ту же пищу, уровень сахара в их крови может сильно различаться. Это связано с различиями в популяции бактерий в их кишечнике.

Микробиом кишечника может  благотворно влиять на здоровье мозга несколькими способами.

Во-первых, некоторые виды бактерий способствуют выработке химических веществ, называемых нейротрансмиттерами. Например, серотонин является антидепрессивным нейротрансмиттером, который в основном производится в кишечнике.

Во-вторых, кишечник физически связан с мозгом через миллионы нервов.

Поэтому микробиом кишечника может также влиять на здоровье мозга, контролируя сигналы, которые посылаются в мозг через эти нервы.

Ряд исследований показал, что люди с различными психическими расстройствами имеют микробиом, отличный от такового у здоровых людей. Это говорит о том, что микробиом кишечника оказывает прямое влияние на здоровье мозга.

Исследований также показали, что приём некоторых пробиотиков может облегчить симптомы депрессии и других психических расстройств.

Рис. 2 Схематическое представление роли микробиома кишечника в здоровье и заболеваниях с приведением некоторых примеров. 

Как можно улучшить микробиом кишечника?

Есть много способов улучшить микробиом кишечника, в том числе:

1. Ешьте разнообразные продукты:

Это может привести к появлению разнообразного микробиома, который является индикатором хорошего состояния кишечника. В частности, бобовые, фасоль и фрукты содержат большое количество клетчатки и могут способствовать росту здоровых бифидобактерий.

Ешьте ферментированные продукты: продукты брожения, такие как йогурт, квашеная капуста и кефир, содержат полезные для здоровья бактерии, главным образом лактобактерии, которые способствуют уменьшению количества вызывающих заболевания микробов в кишечнике.

2. Ограничьте потребление искусственных подсластителей:

Некоторые данные показали, что искусственные подсластители, такие как аспартам, увеличивают уровень сахара в крови, стимулируя рост патогенных бактерий, таких как энтеробактерии, в кишечнике микробиома.

3. Ешьте пребиотические продукты:

Пребиотики — это тип волокна, который стимулирует рост здоровых бактерий. Продукты, богатые пребиотиками: артишоки, бананы, спаржа, овес и яблоки.

4. Ешьте цельные злаки:

Целые злаки содержат много клетчатки и полезных углеводов, таких как бета-глюкан, которые перевариваются кишечными бактериями для снижения веса, риска развития рака, диабета и других заболеваний.

5. Ешьте продукты, богатые полифенолами:

Полифенолы — это растительные соединения, содержащиеся в красном вине, зеленом чае, темном шоколаде, оливковом масле и цельных злаках. Они расщепляются микробиомом для стимулирования здорового роста бактерий.

6. Принимайте пробиотические добавки: Пробиотики — это живые бактерии, которые могут помочь восстановить кишечник до здорового состояния после дисбактериоза. Это происходит благодаря “перенаселению” его здоровыми микробами.

7. Принимайте антибиотики только в случае крайней необходимости: Антибиотики уничтожают огромное количество вредных и полезных бактерий в микробиоме кишечника, что способствует набору веса и устойчивости к антибиотикам. 

Информация, представленная в данной статье, не была оценена какой либо медицинской организацией. Мы не стремимся диагностировать и лечить болезни. Вы должны проконсультироваться с врачом, прежде чем действовать исходя из полученной информации.

По материалам:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4991899/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20203603

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25211071

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17217568

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25313461

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16400060

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25974306

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28095889

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24848255

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20668239

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4990546/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22606315

https://ncbiinsights.ncbi.nlm.nih.gov/2018/06/15/pubmed-journals-shut-down/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27231050

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28260787

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22968153

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3829625/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19043404

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3671919/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26762459

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4756104/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11396693

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4472947/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9925120

Микробиом человека в приложении к клинической практике | Ивашкин

1. Arumugam M., Raes J., Pelletier E., Le Paslier D., Yamada T. et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011;473:174-80.

2. Castellarin M., Warren R.L., Freeman J.D., Dreolini L., Krzywinski M. et al. Fusobacterium nucleatum infection is prevalent in human colorectal carcinoma. Genome Res 2012;22:299-306.

3. Clayton T.A., Baker D., Lindon J.C., Everett J.R., Nicholson J.K. Pharmacometabonomic identification of a significant host-microbiome metabolic interaction affecting human drug metabolism. Proc Natl Acad Sci USA 2009;106:14728-33.

4. Dethlefsen L., Relman D.A. Incomplete recovery and individualized responses of the human distal gut microbiota to repeated antibiotic perturbation. Proc Natl Acad Sci USA 2011;108:4554-61.

5. Dutlih B.E., Backus L., Hijum S.A., Tjalsma H. Screening metatranscriptomes for toxin genes as functional drivers of human colorectal cancer. Best Pract Res Clin Gastroenterol 2013;27:85-99.

6. El-Rakaiby M., Dutlih B.E., Rizkallah M.R., Boleij A., Cole J.N., Aziz R.K. Pharmacomicrobiomics: The impact of human microbiome variations on system pharmacology and personalized therapeutics. OMICS 2014;18:402-14.

7. Geng J., Fan H., Tang X., Zhai H., Zhang Z. Diversified pattern of the human colorectal cancer microbiome. Gut Pathog 2013;5:2.

8. Haiser H.J., Gootenberg D.B., Chatman K., Sirasani G., Balskus R.P., Turnbaugh P.J. Predicting and manipulating cardiac drug inactivation by the human gut bacterium Eggerthella lensa. Science 2013;341:295-8.

9. Huse S.M., Ye Y., Zhou Y., Fodor A.A. A core human microbiome as viewed through 165 rRNA sequence clusters. PLoS ONE 2012;7:e34242.

10. Jacobsson H.E., Jernberg C., Andersson A.F., SjolundKarlsson M., Jansson J.K. Engstrand L. Short-term antibiotic treatment has differing long-term impacts on the human throat and gut microbiome. PLoS ONE 2010;5:e9836.

11. James L.P. Metabolomics: Integration of a new «omics» with clinical pharmacology. Clin Pharmacol Ther 2013;94:547-51.

12. Kostic A.D., Chun E., Robertson L., Glickman J.N., Gallini C.A., Michaud M., Clancy T.E. et al. Fusobacterium nucleatum potentiates intestinal tumorigenesis and modulates the tumor-immune microenvironment. Cell Host Microbe 2013;14:207-15.

13. Li K., Bihan M., Methe B.A. Analyses of the stability and core taxonomic memberships of the human microbiome. PLoS ONE 2013;8: e63139.

14. Rubinstein M.R., Wang X., Liu W., Hao Y., Cai G., Han Y.W. Fusobacterium nucleatum promotes colorectal carcinogenesis by modulating E-cadherin/beta-catenin signaling via its FadA adhesion. Cell Host Microb 2013;14:195-206.

15. Tjalsma H., Boleij A., Marchesi J.R., Dutlih B.E. A bacterial driver-passenger model for colorectal cancer: Beyond the usual suspects. Nat Rev Microbiol 2012;10:57582.

16. Viaud S., Saccheri F., Mignot G., Yamazaki T., Daillere R., Hannani D., Enot D.P., Pfirschke C. et al. The intestinal microbiota modulates the anticancer immune effects of cyclophosphamide. Science 2013;342:971-6.

17. Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Chen Y., Keilbaugh S.A., Bewtra M. et al. Linking long-term dietary with gut microbial enterotypes. Science 2011;334:105-8.

18. Wu S., Rhee K.J., Albesiano E., Rabizadeh S., Wu X., Yen H.R., Huso D.L. et al. A human colonic commensal promotes colon tumorigenesis via activation of T helper type 17 T cell responses. Nat Med 2009;15:1016-22.

19. Zackular J.P., Baxter N.T., Iverson K.D., Sadler W.D., Petrosino J.F., Chen G.Y., Schloss P.D. The gut microbiome modulates colon tumorigenesis. MBio 2013;4:e00692-00713.

Ученые обещают совершить переворот в питании, изучая микробиом

https://ria.ru/20190302/1551485940.html

Ученые обещают совершить переворот в питании, изучая микробиом

Ученые обещают совершить переворот в питании, изучая микробиом — РИА Новости, 02.03.2019

Ученые обещают совершить переворот в питании, изучая микробиом

На днях Билл Гейтс объявил о финансировании через свой фонд первой стадии испытания лечебных пробиотиков, предназначенных для младенцев из бедных стран… РИА Новости, 02.03.2019

2019-03-02T08:00

2019-03-02T08:00

2019-03-02T07:57

наука

билл гейтс

бактерии

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155148/39/1551483983_0:160:3072:1888_1920x0_80_0_0_2ae0a59a3e255b8026093c95dbf8c6ce.jpg

МОСКВА, 2 мар — РИА Новости, Татьяна Пичугина. На днях Билл Гейтс объявил о финансировании через свой фонд первой стадии испытания лечебных пробиотиков, предназначенных для младенцев из бедных стран. Предполагается, что добавка полезных микробов поможет сформировать в детском кишечнике нормальный микробиом — так называют совокупность обитающих там микроорганизмов и вирусов. Они влияют на здоровье, психику и поведение, но как именно, точно неизвестно. Что даст человечеству изучение микробиома — в материале РИА Новости.Полезные микробыЕще недавно считалось, что ребенок рождается практически стерильным, без микробов. Теперь известно, что они населяют плаценту, околоплодные воды, пуповину. В первые минуты жизни на воздухе, еще в роддоме, младенец буквально подвергается микробной атаке. В материнском молоке содержится примерно шестьсот видов бактерий, часть которых передается малышу.Первые недели и месяцы правильного кормления очень важны, именно тогда начинает формироваться желудочно-кишечная микрофлора, или микробиом — это более правильное название для сообщества бактерий, вирусов, архей, грибов. Все они сосуществуют с организмом человека, помогая ему перерабатывать пищу, извлекать оттуда питательные вещества, энергию. Микронаселение желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) человека изучают более ста лет со времен открытий Ильи Мечникова. Но что кишечные микробы играют одну из ключевых ролей в здоровье — осознали совсем недавно.Болезни — от кишечникаВ начале 1980-х австралийские ученые доказали, что обитающая в желудках чуть ли не половины населения земного шара бактерия Helicobacter pylori вызывает рак. Здоровому человеку она не вредит, но если иммунная система дает сбой, риск развития болезни повышается. В 1989 году появилась гипотеза о связи микробов и аллергии. Это установили, заметив снижение количества случаев сенной лихорадки и экземы у детей, росших в больших семьях. Позже проследили связь между дисбактериозом (дисбиозом) и атопическими дерматитами. В последнее время ученые говорят о связи между микробиомом и заболеваниями сердечно-сосудистой системы, сахарным диабетом, ожирением, бронхиальной астмой, воспалением кишечника, синдромом раздраженного кишечника, поведенческими нарушениями. На роль посредников между микробиомом и остальным организмом предлагают два соединения — триметиламиноксид и короткоцепочечные жирные кислоты. Например, последние молекулы стимулируют выработку гормонов сытости, которые сигнализируют мозгу о том, что желудок полный. Если происходит сбой, то в мозг идет неверный сигнал. Не исключено, что этот механизм способствует ожирению. На уровне гипотезы рассматривают связь микробиома и ментальных болезней, включая депрессию. В кишечнике перерабатываются питательные вещества — разумеется, это влияет на весь организм, включая мозг, утверждают сторонники этой точки зрения. Коммуникация идет посредством сигнальных молекул, что установили во время опытов на мышах. Проблема пробиотиковВ последние годы очень популярным способом профилактики различных болезней ЖКТ стали пробиотики — полезные для человека микробы. Их охотно выписывают врачи, свободно продают в аптеках. Йогурты, кефир и другие кисломолочные ферментированные продукты активно рекламируют как благотворно влияющие на микрофлору кишечника.Билл Гейтс уже десяток лет инвестирует в проекты по разработке лечебных пробиотиков. Сейчас он поддерживает препарат, который будут использовать как добавку в материнское молоко. Его испытывают в Бангладеш на младенцах с задержкой развития.В таких странах, как Бангладеш, Мадагаскар, большой процент детей до пяти лет растет с задержкой развития, не получая достаточно питательных веществ: железа, цинка, йода, витаминов. Как предполагают ученые, это не позволяет сформироваться нормальному микробиому и ведет к проблемам со здоровьем на всю оставшуюся жизнь. Даже если такой человек в будущем будет питаться хорошо, он не сможет извлекать нужные вещества из еды. Проблема актуальна и для развитых стран, где растет число детей с лишним весом.Идея состоит в том, чтобы поселить в кишечник ребенка хорошие микробы через материнское молоко и помочь микробиому развиваться нормально.Насколько оправданны вложения Гейтса, покажет будущее, а пока во многих случаях эффективность лечения пробиотиками не доказана, что констатируют последние обзоры Кокрейна (Cochrane Collaboration — международная некоммерческая организация, изучающая эффективность медицинских технологий). Один посвящен лечению пробиотиками недоношенных младенцев и их матерей, второй — пересадке микробиома для лечения воспаления кишечника. Их авторы подчеркивают, что необходимо больше данных для строгих выводов. Нынешние пробиотики, видимо, бесполезны и для лечения аллергии. Национальные ассоциации педиатров не рекомендуют их использовать. Всемирная ассоциация по аллергии делает одно исключение — для беременных, кормящих матерей и младенцев из семей, где были случаи аллергии.У науки еще нет полного понимания микробиома, его связь с патологиями только исследуется, разработка лечебных пробиотиков — в начале пути. Однако ученые не сомневаются, что впереди — множество удивительных открытий в этой области.

https://ria.ru/20180710/1524258852.html

https://ria.ru/20180507/1519966267.html

https://ria.ru/20190301/1551452911.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155148/39/1551483983_171:0:2902:2048_1920x0_80_0_0_a1acbc73bab2880e7bae5e10a9ac404a.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

билл гейтс, бактерии

МОСКВА, 2 мар — РИА Новости, Татьяна Пичугина. На днях Билл Гейтс объявил о финансировании через свой фонд первой стадии испытания лечебных пробиотиков, предназначенных для младенцев из бедных стран. Предполагается, что добавка полезных микробов поможет сформировать в детском кишечнике нормальный микробиом — так называют совокупность обитающих там микроорганизмов и вирусов. Они влияют на здоровье, психику и поведение, но как именно, точно неизвестно. Что даст человечеству изучение микробиома — в материале РИА Новости.

Полезные микробы

Еще недавно считалось, что ребенок рождается практически стерильным, без микробов. Теперь известно, что они населяют плаценту, околоплодные воды, пуповину. В первые минуты жизни на воздухе, еще в роддоме, младенец буквально подвергается микробной атаке. В материнском молоке содержится примерно шестьсот видов бактерий, часть которых передается малышу.

Первые недели и месяцы правильного кормления очень важны, именно тогда начинает формироваться желудочно-кишечная микрофлора, или микробиом — это более правильное название для сообщества бактерий, вирусов, архей, грибов. Все они сосуществуют с организмом человека, помогая ему перерабатывать пищу, извлекать оттуда питательные вещества, энергию.

Микронаселение желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) человека изучают более ста лет со времен открытий Ильи Мечникова. Но что кишечные микробы играют одну из ключевых ролей в здоровье — осознали совсем недавно.

10 июля 2018, 08:00НаукаСерые кардиналы организма: как микробы управляют людьми

Болезни — от кишечника

В начале 1980-х австралийские ученые доказали, что обитающая в желудках чуть ли не половины населения земного шара бактерия Helicobacter pylori вызывает рак. Здоровому человеку она не вредит, но если иммунная система дает сбой, риск развития болезни повышается.

В 1989 году появилась гипотеза о связи микробов и аллергии. Это установили, заметив снижение количества случаев сенной лихорадки и экземы у детей, росших в больших семьях. Позже проследили связь между дисбактериозом (дисбиозом) и атопическими дерматитами.

В последнее время ученые говорят о связи между микробиомом и заболеваниями сердечно-сосудистой системы, сахарным диабетом, ожирением, бронхиальной астмой, воспалением кишечника, синдромом раздраженного кишечника, поведенческими нарушениями.

На роль посредников между микробиомом и остальным организмом предлагают два соединения — триметиламиноксид и короткоцепочечные жирные кислоты. Например, последние молекулы стимулируют выработку гормонов сытости, которые сигнализируют мозгу о том, что желудок полный. Если происходит сбой, то в мозг идет неверный сигнал. Не исключено, что этот механизм способствует ожирению.

На уровне гипотезы рассматривают связь микробиома и ментальных болезней, включая депрессию. В кишечнике перерабатываются питательные вещества — разумеется, это влияет на весь организм, включая мозг, утверждают сторонники этой точки зрения. Коммуникация идет посредством сигнальных молекул, что установили во время опытов на мышах. 7 мая 2018, 08:00НаукаПрирожденные убийцы: почему бактерии выигрывают в борьбе с антибиотиками

Проблема пробиотиков

В последние годы очень популярным способом профилактики различных болезней ЖКТ стали пробиотики — полезные для человека микробы. Их охотно выписывают врачи, свободно продают в аптеках. Йогурты, кефир и другие кисломолочные ферментированные продукты активно рекламируют как благотворно влияющие на микрофлору кишечника.

Билл Гейтс уже десяток лет инвестирует в проекты по разработке лечебных пробиотиков. Сейчас он поддерживает препарат, который будут использовать как добавку в материнское молоко. Его испытывают в Бангладеш на младенцах с задержкой развития.

В таких странах, как Бангладеш, Мадагаскар, большой процент детей до пяти лет растет с задержкой развития, не получая достаточно питательных веществ: железа, цинка, йода, витаминов. Как предполагают ученые, это не позволяет сформироваться нормальному микробиому и ведет к проблемам со здоровьем на всю оставшуюся жизнь. Даже если такой человек в будущем будет питаться хорошо, он не сможет извлекать нужные вещества из еды.

Проблема актуальна и для развитых стран, где растет число детей с лишним весом.

Идея состоит в том, чтобы поселить в кишечник ребенка хорошие микробы через материнское молоко и помочь микробиому развиваться нормально.

Насколько оправданны вложения Гейтса, покажет будущее, а пока во многих случаях эффективность лечения пробиотиками не доказана, что констатируют последние обзоры Кокрейна (Cochrane Collaboration — международная некоммерческая организация, изучающая эффективность медицинских технологий). Один посвящен лечению пробиотиками недоношенных младенцев и их матерей, второй — пересадке микробиома для лечения воспаления кишечника. Их авторы подчеркивают, что необходимо больше данных для строгих выводов. Нынешние пробиотики, видимо, бесполезны и для лечения аллергии. Национальные ассоциации педиатров не рекомендуют их использовать. Всемирная ассоциация по аллергии делает одно исключение — для беременных, кормящих матерей и младенцев из семей, где были случаи аллергии.

У науки еще нет полного понимания микробиома, его связь с патологиями только исследуется, разработка лечебных пробиотиков — в начале пути. Однако ученые не сомневаются, что впереди — множество удивительных открытий в этой области.

1 марта 2019, 08:00НаукаУченые опровергли все мифы о туберкулезе

Микробиом | Около

Высокая видимость

Политика открытого доступа Microbiome обеспечивает максимальную видимость статей, опубликованных в журнале, поскольку они доступны широкой глобальной аудитории.

Скорость публикации

Microbiome предлагает быстрый график публикации при сохранении строгой экспертной оценки; все статьи должны быть представлены онлайн, а рецензирование осуществляется полностью в электронном виде (статьи распространяются в формате PDF, который автоматически создается из отправленных файлов).После принятия статьи будут опубликованы с указанием их окончательного цитирования как в полностью доступной для просмотра веб-форме, так и в формате PDF.

Гибкость

Онлайн-публикация в Microbiome дает вам возможность публиковать большие наборы данных, большое количество цветных иллюстраций и движущихся изображений, отображать данные в форме, которая может быть прочитана непосредственно другими программными пакетами, чтобы позволить читателям манипулировать данными для себя и создавать все соответствующие ссылки (например, на PubMed, на последовательности и другие базы данных, а также на другие статьи).

Продвижение и освещение в прессе

Статьи, опубликованные в Microbiome , включаются в оповещения о статьях и регулярные обновления по электронной почте. Некоторые из них могут быть выделены на страницах Microbiome и на домашней странице BMC.

Кроме того, статьи, опубликованные в Microbiome , могут рекламироваться с помощью пресс-релизов для общей или научной прессы. Эти действия увеличивают доступ к статьям, опубликованным в Microbiome , и увеличивают количество обращений к ним.Список статей, недавно опубликованных в журналах BMC, доступен здесь.

Авторские права

Как автор статьи, опубликованной в Microbiome , вы сохраняете за собой авторские права на свою статью, и вы можете свободно воспроизводить и распространять свою работу (более подробную информацию см. В лицензионном соглашении BMC).

Для получения дополнительной информации о преимуществах публикации в журнале BMC щелкните здесь.

Повторное посещение определения микробиома: старые концепции и новые проблемы | Микробиом

1.

Бакеро Ф., Номбела С. Микробиом как орган человека. Clin Microbiol Infect. 2012; 18: 2–4.

CAS PubMed Google ученый

2.

Проктор Л. Приоритеты исследований микробиома человека на следующие 10 лет. Природа. 2019; 569: 623–5.

CAS PubMed Google ученый

3.

Blaser MJ, Cardon ZG, Cho MK, Dangl JL, Donohue TJ, Green JL, et al. На пути к прогнозному пониманию микробиомов Земли для решения проблем 21 века.mBio. 2016; 7: e00714–6.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

4.

Берг Г., Рыбакова Д., Грубе М., Кёберл М. Исследованный микробиом растений: значение для экспериментальной ботаники. J Exp Bot. 2016; 67: 995–1002.

CAS PubMed Google ученый

5.

Busby PE, Soman C, Wagner MR, Friesen ML, Kremer J, Bennett A, et al. Приоритеты исследований для использования микробиомов растений в устойчивом сельском хозяйстве.PLOS Biol. 2017; 15: e2001793.

PubMed PubMed Central Google ученый

6.

Сингх Б.К., Триведи П. Микробиом и будущее продуктов питания и безопасности питательных веществ. Microb Biotechnol. 2017; 10: 50–3.

PubMed PubMed Central Google ученый

7.

Сессич А., Брадер Г., Пфаффенбихлер Н., Гузенбауэр Д., Миттер Б. Вклад микробиоты растений в рост экономики.Microb Biotechnol. 2018; 11: 801–5.

PubMed PubMed Central Google ученый

8.

Хатчинс Д.А., Янссон Дж. К., Ремайс Дж. В., Рич В. И., Сингх Б. К., Триведи П. Микробиология изменения климата — проблемы и перспективы. Nat Rev Microbiol. 2019; 17: 391–6.

CAS PubMed Google ученый

9.

Wu L, Ning D, Zhang B, Li Y, Zhang P, Shan X и др. Глобальное разнообразие и биогеография бактериальных сообществ на очистных сооружениях.Nat Microbiol. 2019; 4: 1183–95.

CAS PubMed Google ученый

10.

ООО «Данхэм Триммер». Обзор мирового рынка биологического контроля. 2017. http://wrir4.ucdavis.edu/events/2017_SLR_Meeting/Presentations/GeneralPresentations/1%20Trimmer%20-%20Global%20Biocontrol%20Market%202017.pdf. По состоянию на 12 августа 2019 г.

11.

Cavicchioli R, Ripple WJ, Timmis KN, Azam F, Bakken LR, Baylis M, et al. Предупреждение ученых человечеству: микроорганизмы и изменение климата.Nat Rev Microbiol. 2019; 17: 569–86.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

12.

Зильбер-Розенберг И., Розенберг Э. Роль микроорганизмов в эволюции животных и растений: теория эволюции гологенома. FEMS Microbiol Rev.2008; 32: 723–35.

CAS PubMed Google ученый

13.

Theis KR, Dheilly NM, Klassen JL, Brucker RM, Baines JF, TCG B, et al.Правильная концепция хологенома: экоэволюционная структура для хозяев и их микробиомов. mSystems. 2016; 1: e00028–16.

PubMed PubMed Central Google ученый

14.

Саймон Дж. К., Марчези Дж. Р., Мугель С., Селосс, Массачусетс. Взаимодействие хозяина и микробиоты: от теории холобионтов к анализу. Микробиом. 2019; 7: 5.

PubMed PubMed Central Google ученый

15.

Mendes R, Raaijmakers JM. Межцарственное сходство в функциях микробиома. ISME J. 2015; 9: 1905–7.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

16.

Домингес-Белло М.Г., Годой-Виторино Ф., Найт Р., Блазер М.Дж. Роль микробиома в развитии человека. Кишечник. 2019; 68: 1108–14.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

17.

Стеген Дж. К., Боттос Э. М., Янссон Дж. Единая концептуальная основа для прогнозирования и контроля микробиомов. Curr Opin Microbiol. 2018; 44: 20–7.

PubMed Google ученый

18.

Джонс С. Тенденции в исследованиях микробиома. Nat Biotechnol. 2013; 31: 277.

CAS Google ученый

19.

Tamboli CP, Neut C, Desreumaux P, Colombel JF. Дисбактериоз при воспалительном заболевании кишечника.Кишечник. 2004; 53: 1–4.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

20.

Hooks KB, O’Malley MA. Дисбактериоз и его недовольство. mBio. 2017; 8: e01492–17.

PubMed PubMed Central Google ученый

21.

Белло MGD, Knight R, Gilbert JA, Blaser MJ. Сохранение микробного разнообразия. Наука. 2018; 362: 33–4.

PubMed Google ученый

22.

Blaser M. Чрезмерное употребление антибиотиков: остановить уничтожение полезных бактерий. Природа. 2011; 476: 393–4.

CAS PubMed Google ученый

23.

Берг Г., Кёберл М., Рыбакова Д., Мюллер Х., Грош Р., Смолла К. Микробное разнообразие растений предлагается в качестве ключа к будущим тенденциям в области биоконтроля и здоровья. FEMS Microbiol Ecol. 2017; 93: 5.

Google ученый

24.

Брюссов Х.Проблемы с концепцией дисбактериоза кишечной микробиоты. Microb Biotechnol. 2019. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13479.

25.

Марчези Дж. Р., Равель Дж. Словарь исследования микробиома: предложение. Микробиом. 2015; 3:31.

PubMed PubMed Central Google ученый

26.

MicrobiomeSupport. https://www.microbiomesupport.eu (2018). По состоянию на 14 октября 2019 г.

27.

Hiltner L. Die Keimungsverhältnisse der Leguminosensamen und ihre Beeinflussung durch Organismenwirkung.В: Парей П., Спрингер Дж., Редакторы. Arb Biol Abt Land u Forstw K Gsndhtsamt (3). Берлин, Германия; 1902. стр. 1-545.

28.

Мечников Э. Продление жизни: оптимистические исследования. Сыновья Г. П. Патнэма; 1908.

29.

Басслер БЛ. Светский разговор: межклеточная коммуникация в бактериях. Клетка. 2002; 109: 421–4.

CAS PubMed Google ученый

30.

Брюл С. Функциональная геномика для пищевой микробиологии: молекулярные механизмы адаптации слабых органических кислот в дрожжах.CAB Rev Perspect Agric Vet Sci Nutr Nat Resour. 2008; 3: 1–14.

Google ученый

31.

Woese CR, Fox GE. Филогенетическая структура прокариотического домена: первичные царства. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1977; 74: 5088–90.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

32.

Укса М., Шлотер М., Эндесфельдер Д., Кублик С., Энгель М., Каутц Т. и др. Прокариоты в недрах — свидетельство сильного пространственного разделения разных типов путем анализа сетей совместного возникновения.Front Microbiol. 2015; 6: 1269.

PubMed PubMed Central Google ученый

33.

Мариц Дж. М., Роджерс К. Х., Рок Т. М., Лю Н., Джозеф С., Лэнд К. М. и др. Рабочий процесс 18S рРНК для характеристики простейших в сточных водах с акцентом на зоонозные трихомонады. Microb Ecol. 2017; 74: 923–36.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

34.

Purahong W, Wubet T, Lentendu G, Schloter M, Pecyna MJ, Kapturska D, et al.Жизнь в листовой подстилке: новое понимание динамики сообществ бактерий и грибов во время разложения подстилки. Mol Ecol. 2016; 25: 4059–74.

CAS PubMed Google ученый

35.

Lozupone CA, Stombaugh JI, Gordon JI, Jansson JK, Knight R. Разнообразие, стабильность и устойчивость микробиоты кишечника человека. Природа. 2012; 489: 220–30.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

36.

Venter JC, Remington K, Heidelberg JF, Halpern AL, Rusch D, Eisen JA и др. Секвенирование экологического генома Саргассова моря. Наука. 2004; 304: 66–74.

CAS PubMed Google ученый

37.

Liu L, Li Y, Li S, Hu N, He Y, Pong R, et al. Сравнение систем секвенирования нового поколения. BioMed Res. Int. 2012 г. https://doi.org/10.1155/2012/251364.

38.

Knight R, Vrbanac A, Taylor BC, Axsenov A, Callewaert C, Debelius J, et al.Лучшие практики для анализа микробиомов. Nat Rev Microbiol. 2018; 16: 410–22.

CAS PubMed Google ученый

39.

Конопка А. Что такое экология микробного сообщества? ISME J. 2009; 3: 1223–30.

PubMed Google ученый

40.

Уиппс Дж., Льюис К., Кук Р. Микопаразитизм и борьба с болезнями растений. В: Burge M, редактор. Fungi Biol Control Syst. Издательство Манчестерского университета; 1988 г.п. 161-187.

41.

Orozco-Mosqueda M, Rocha-Granados M, Glick BR, Santoyo G. Инженерия микробиома для улучшения биоконтроля и механизмов стимулирования роста растений. Microbiol Res. 2018; 208: 25–31.

CAS PubMed Google ученый

42.

Lederberg J, Mccray AT. `Ome Sweet` Omics — генеалогическая сокровищница слов. Ученый. 2001. 15 (7): 8–8.

Google ученый

43.

Словарь Мерриама-Вебстера: определение микробиома. https://www.merriam-webster.com/dictionary/microbiome. .

44.

Проект микробиома человека. https://hmpdacc.org. По состоянию на 15 октября 2019 г.

45.

Nature.com: Microbiome. https://www.nature.com/subjects/microbiome. По состоянию на 15 октября 2019 г.

46.

ScienceDirect: Microbiome. https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/microbiome. По состоянию на 15 октября 2019 г.

47.

Arevalo P, VanInsberghe D, Elsherbini J, Gore J, Polz MF. Обратный экологический подход, основанный на биологическом определении микробных популяций. Клетка. 2019; 178: 820–34.

CAS PubMed Google ученый

48.

Schlaeppi K, Bulgarelli D. Растительный микробиом в действии. Мол, Взаимодействие Растений и Микробов. 2015; 28: 212–7.

CAS PubMed Google ученый

49.

Роджерс И-Х, Чжан К. Геномные технологии в медицине и здравоохранении: прошлое, настоящее и будущее. В: Кумар Д., Антонаракис С., редакторы. Med Health Genomics. Оксфорд: Academic Press; 2016. с. 15–28.

Google ученый

50.

Хо Х., Буняванич С. Роль микробиома в пищевой аллергии. Curr Allergy Asthma Rep.2018; 18:27.

PubMed Google ученый

51.

Whiteside SA, Razvi H, Dave S, Reid G, Burton JP.Микробиом мочевыводящих путей — роль, выходящая за рамки инфекции. Нат Рев Урол. 2015; 12 (2): 81.

PubMed Google ученый

52.

Проссер Д.И., Боханнан Б.Дж.М, Кертис Т.П., Эллис Р.Дж., Файерстоун М.К., Фреклтон Р.П. и др. Роль экологической теории в микробной экологии. Nat Rev Microbiol. 2007; 5: 384–92.

CAS PubMed Google ученый

53.

Carini P, Marsden PJ, Leff JW, Morgan EE, Strickland MS, Fierer N.Реликтовая ДНК в изобилии присутствует в почве и затрудняет оценку микробного разнообразия почвы. Nat Microbiol. 2016; 2: 16242.

PubMed Google ученый

54.

Lennon JT, Muscarella ME, Placella SA, Lehmkuhl BK. Как, когда и где реликтовая ДНК влияет на микробное разнообразие. mBio. 2018; 9: e00637–18.

PubMed PubMed Central Google ученый

55.

Dupré JO, O’Malley MA.Разновидности живых существ: жизнь на пересечении родословной и метаболизма. В: Нормандин С, Вульф С, редакторы. Витализм и научный образ в науке о жизни после Просвещения; История, философия и теория наук о жизни. Дордрехт: Спрингер; 2009. с. 1800–2010 гг.

Google ученый

56.

МакДэниел Л., Брейтбарт М., Мобберли Дж., Лонг А., Хейнс М., Ровер Ф. и др. Метагеномный анализ лизогении в заливе Тампа: значение для экспрессии гена профага.PloS One. 2008; 3: e3263.

PubMed PubMed Central Google ученый

57.

Eisenberg JF. Эволюция репродуктивной единицы в классе млекопитающих. В: Розенблатт Дж. С., Комисарук Б. Р., ред. Reprod Behav Evol. Бостон, Массачусетс: Springer США; 1977. с. 39–71.

Google ученый

58.

Уэйн Л.Г., Бреннер Д.Д., Колвелл Р.Р., Гримонт ПАД, Кандлер О., Кричевский М.И. и др.Отчет специальной комиссии по согласованию подходов к бактериальной систематике. Int J Syst Evol Microbiol. 1987; 37: 463–4.

Google ученый

59.

Freudenstein JV, Michael BB, Ryan AF, Sinn BT. Биоразнообразия и концептуальных родословных видов недостаточно. Syst Biol. 2017; 2017 (66): 644–56.

Google ученый

60.

Горис Дж., Константинидис К.Т., Клаппенбах Дж. А., Коенье Т., Вандамм П., Тидье Дж. М..Значения гибридизации ДНК-ДНК и их связь с сходством полногеномных последовательностей. Int J Syst Evol Microbiol. 2007; 57: 81–91.

CAS PubMed Google ученый

61.

Сегата Н. На пути к решенной деформации сравнительной метагеномики. mSystems. 2018; 3e00190-17.

62.

Banerjee S, Schlaeppi K, van der Heijden MGA. Ключевые таксоны как движущие силы структуры и функционирования микробиома. Nat Rev Microbiol.2018; 16: 567–76.

CAS PubMed Google ученый

63.

Хо А, Ди Лонардо Д.П., Bodelier PLE. Пересмотр концепций жизненной стратегии в микробной экологии окружающей среды. FEMS Microbiol Ecol. 2017; 93: fix006.

Google ученый

64.

Но С., Гейст К.С., Тиан Х, Штрассманн Дж. Э., Квеллер, округ Колумбия. Генетические признаки микробного альтруизма и мошенничества у социальных амеб в дикой природе.Proc Natl Acad Sci USA. 2018; 115: 3096–101.

CAS PubMed Google ученый

65.

Папенфорт К., Басслер БЛ. Сигнально-ответные системы восприятия кворума у ​​грамотрицательных бактерий. Nat Rev Microbiol. 2016; 14: 576–58.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

66.

Lovley DR. Синтрофия становится электрической: прямой межвидовой перенос электронов. Annu Rev Microbiol.2017; 71: 643–64.

CAS PubMed Google ученый

67.

Schmidt R, Etalo DW, de Jager V, Gerards S, Zweers H, de Boer W, et al. Беседа с микробами: летучие вещества в грибково-бактериальных взаимодействиях. Front Microbiol. 2016; 6: 1495.

PubMed PubMed Central Google ученый

68.

Чжан Ю., Кастман Е.К., Гуасто Д.С., Вулф Б.Е. Грибковые сети формируют динамику распространения бактерий и скопления сообществ в микробиомах сырной корки.Nat Commun. 2018; 9: 336.

PubMed PubMed Central Google ученый

69.

Worrich A, Stryhanyuk H, Musat N, König S, Banitz T, Centler F, et al. Опосредованный мицелием перенос воды и питательных веществ стимулирует активность бактерий в сухой и олиготрофной среде. Nat Commun. 2017; 8: 15472.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

70.

Chevrette MG, Bratburd JR, Currie CR, Stubbendieck RM.Экспериментальные микробиомы: модели без масштаба. mSystems. 2019; 4: e00175–19.

PubMed PubMed Central Google ученый

71.

Барберан А., Бейтс С.Т., Касамайор Е.О., Фирер Н. Использование сетевого анализа для изучения моделей совместной встречаемости в микробных сообществах почвы. ISME J. 2012; 6: 343–51.

PubMed Google ученый

72.

Фауст К., Сатирапонгсасути Дж. Ф., Изард Дж., Сегата Н., Геверс Д., Раес Дж. И др.Отношения микробного сосуществования в микробиоме человека. PLoS Comput Biol. 2012; 8: e1002606.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

73.

Уильямс Р.Дж., Хоу А., Хофмокель К.С. Демонстрация анализа паттернов совместного возникновения микробов внутри и между экосистемами. Front Microbiol. 2014; 5: 358.

PubMed PubMed Central Google ученый

74.

Лоули Т.Д., Уокер А.В. Устойчивость к кишечной колонизации. Иммунология. 2013; 138: 1–11.

CAS PubMed Google ученый

75.

Людерс Т., Киндлер Р., Милтнер А., Фридрих М.В., Кестнер М. Идентификация бактериальных микропохищников, явно активных в микробной пищевой сети почвы. Appl Environ Microbiol. 2006; 72: 5342–8.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

76.

Рыбакова Д., Мансинелли Р., Викстрём М., Берч-Йенсен А.С., Постма Дж., Элерс Р.-У и др. Структура микробиома семян Brassica napus зависит от сорта и влияет на взаимодействие симбионтов и патогенов. Микробиом. 2017; 5: 104.

PubMed PubMed Central Google ученый

77.

Кардинале М., Грубе М., Эрлахер А., Квехенбергер Дж., Берг Г. Бактериальные сети и отношения совместной встречаемости в микробиоте корней салата.Environ Microbiol. 2015; 17: 239–52.

CAS PubMed Google ученый

78.

Palatinszky M, Herbold C, Jehmlich N, Pogoda M, Han P, von Bergen M, et al. Цианат как источник энергии для нитрификаторов. Природа. 2015; 524: 105–8.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

79.

Дуран П., Тиргарт Т., Гарридо-Отер Р., Аглер М., Кемен Э., Шульце-Леферт П. и др.Взаимодействие микробов в корнях способствует выживанию Arabidopsis . Клетка. 2018; 175: 973–83.

PubMed PubMed Central Google ученый

80.

Гулд А.Л., Чжан В., Ламберти Л., Джонс Е.В., Обадиа Б., Корасидис Н. и др. Взаимодействие микробиома формирует приспособленность хозяина. Proc Natl Acad Sci. 2018; 115: e11951–60.

CAS PubMed Google ученый

81.

Кавальере М, Фен С, Сойер О.С., Хименес Джи. Сотрудничество в микробных сообществах и их биотехнологических приложениях. Environ Microbiol. 2017; 19: 2949–63.

PubMed PubMed Central Google ученый

82.

Brader G, Compant S, Vescio K, Mitter B, Trognitz F, Ma L-J, et al. Экология и геномные исследования эндофитов, патогенных и непатогенных для растений. Анну Рев Фитопатол. 2017; 55: 61–83.

CAS PubMed Google ученый

83.

Берри Д., Виддер С. Расшифровка микробных взаимодействий и обнаружение ключевых видов с помощью сетей совместного возникновения. Front Microbiol. 2014; 5: 219.

PubMed PubMed Central Google ученый

84.

Freilich MA, Wieters E, Broitman BR, Marquet PA, Navarrete SA. Сети совместной встречаемости видов: могут ли они выявить трофические и нетрофические взаимодействия в экологических сообществах? Экология. 2018; 99: 690–9.

PubMed Google ученый

85.

Рёттьерс Л., Фауст К. От комков шерсти до гипотез — биологические открытия микробных сетей. FEMS Microbiol Rev.2018; 42: 761–80.

PubMed PubMed Central Google ученый

86.

Mascarenhas R, Ruziska FM, Moreira EF, Campos AB, Loiola M, Reis K, et al. Интеграция вычислительных методов для исследования макроэкологии микробиомов. Фронт Жене. 2020; 10: 1344.

PubMed PubMed Central Google ученый

87.

Де Касерес М., Лежандр П., Моретти М. Улучшение анализа видов-индикаторов путем объединения групп участков. Ойкос. 2010; 119: 1674–84.

Google ученый

88.

Хартманн М., Фрей Б., Майер Дж., Мэдер П., Видмер Ф. Отчетливое микробное разнообразие почвы при долгосрочном органическом и традиционном земледелии. ISME J. 2015; 9: 1177–94.

PubMed Google ученый

89.

Chen Z, Xie Y, Zhou F, Zhang B, Wu J, Yang L, et al.Избранные микробиомы кишечника, связанные с прогрессированием хронического гепатита B. Front Microbiol. 2020; 11: 383.

PubMed PubMed Central Google ученый

90.

Giraffa G. Изучение динамики микробных популяций при ферментации пищевых продуктов. FEMS Microbiol Rev.2004; 28: 251–60.

CAS PubMed Google ученый

91.

Годон Дж. Дж., Арулажаган П., Стейер Дж. П., Хамелин Дж.Разнообразие кишечных бактерий позвоночных: размер тоже имеет значение. BMC Ecol. 2016; 16 (1): 12.

PubMed PubMed Central Google ученый

92.

Лоси К., Леннон Дж. С обложки: Законы масштабирования предсказывают глобальное микробное разнообразие. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2016; 113 (21): 5970–5.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

93.

Uhr GT, Dohnalová L, Thaiss CA.Измерение времени во взаимодействиях хозяина и микробиома. mSystems. 2019; 4: e00216–8.

PubMed PubMed Central Google ученый

94.

Петерсон Дж. Р., Тор С., Колер Л., Колер П. Р., Меткалф В. В., Люти-Шультен З. Измерения полногеномной экспрессии генов и периода полужизни РНК позволяют прогнозировать регуляцию и метаболическое поведение Methanosarcina acetivorans . BMC Genomics. 2016; 16 (17): 924.

Google ученый

95.

Blazewicz SJ, Barnard RL, Daly RA, Firestone MK. Оценка рРНК как индикатора микробной активности в экологических сообществах: ограничения и использование. ISME J. 2013: 2061–8.

96.

Соливерес С., ван дер Плас Ф, Мэннинг П., Прати Д., Госснер М. М., Реннер С. К. и др. Биоразнообразие на нескольких трофических уровнях необходимо для многофункциональности экосистемы. Природа. 2016; 536: 456–9.

CAS PubMed Google ученый

97.

Wilpiszeski RL, Aufrecht JA, Retterer ST, Sullivan MB, Graham DE, Pierce EM, et al. Почвенные агрегированные микробные сообщества: к пониманию взаимодействий микробиома в биологически значимых масштабах. Appl Environ Microbiol. 2019; 85: e00324–19.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

98.

Wang Z, Liu L, Chen Q, Wen X, Liu Y, Han J, et al. Консервативная обработка почвы повышает стабильность бактериального сообщества ризосферы, реагирующего на рост растений.Agron Sustain Dev. 2017; 37 (5): 44.

Google ученый

99.

Ван Дж., Шульц П., Типтон А., Чжан Дж., Чжан Ф., Бевер Дж. Д.. Почвенный микробиом обеспечивает положительную взаимосвязь между разнообразием растений и продуктивностью поздних сукцессионных видов пастбищ. Ecol Lett. 2019; 22: 1221–32.

PubMed Google ученый

100.

Estendorfer J, Stempfhuber B, Haury P, Vestergaard G, Rillig MC, Joshi J, et al.Влияние интенсивности землепользования на микробиом растений Dactylis glomerata L. Front Plant Sci. 2017; 8: 930.

PubMed PubMed Central Google ученый

101.

Berg G, Raaijmakers JM. Сохранение микробиомов семян. ISME J. 2018; 12: 1167–70.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

102.

Проктор Д.М., Релман Д.А.Ландшафтная экология и микробиота человеческого носа, рта и горла. Клеточный микроб-хозяин. 2017; 21: 421–32.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

103.

Перес Г.И., Гао З., Журден Р., Рамирес Дж., Гани Ф., Клаво С. и др. Участок тела является более определяющим фактором в микробиоме здоровой кожи, чем разнообразие человеческой популяции. PloS One. 2016; 11: e0151990.

Google ученый

104.

Кузяков Ю., Благодатская Е. Микробные очаги и горячие моменты в почве: концепция и обзор. Почва Биол Биохим. 2015; 83: 184–99.

CAS Google ученый

105.

Shade A, Handelsman J. За пределами диаграммы Венна: охота за основным микробиомом. Environ Microbiol. 2012; 14: 4–12.

CAS PubMed Google ученый

106.

Lemanceau P, Blouin M, Muller D, Moënne-Loccoz Y.Пусть основная микробиота функционирует. Trends Plant Sci. 2017; 22: 583–95.

CAS PubMed Google ученый

107.

Тоджу Х., Пи К.Г., Ямамичи М., Нарисава К., Хирума К., Наито К. и др. Основные микробиомы для устойчивых агроэкосистем. Nat Plants. 2018; 4: 247.

PubMed Google ученый

108.

Astudillo-García C, Bell JJ, Webster NS, Glasl B, Jompa J, Montoya JM, et al.Оценка основной микробиоты в сложных сообществах: систематическое исследование. Environ Microbiol. 2017; 19: 1450–62.

PubMed Google ученый

109.

Cernava T, Aschenbrenner IA, Soh J, Sensen CW, Grube M, Berg G. Пластичность холобионта: высыхание вызывает метаболизм в микробиоте лишайников, подобный голоданию. ISME J. 2019; 13: 547–56.

CAS PubMed Google ученый

110.

Shi Y, Li Y, Xiang X, Sun R, Yang T, He D, et al. Пространственный масштаб влияет на относительную роль стохастичности по сравнению с детерминизмом в сообществах почвенных бактерий на пшеничных полях Северо-Китайской равнины. Микробиом. 2018; 6: 27.

PubMed PubMed Central Google ученый

111.

Anantharaman K, Brown CT, Hug LA, Sharon I., Castelle CJ, Probst AJ, et al. Тысячи микробных геномов проливают свет на взаимосвязанные биогеохимические процессы в системе водоносного горизонта.Nat Commun. 2016; 7: 13219.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

112.

Pasolli E, Asnicar F, Manara S, Zolfo M, Karcher N, Armanini F, et al. Обширное неизведанное разнообразие микробиома человека, выявленное более чем 150 000 геномов из метагеномов, охватывающих возраст, географию и образ жизни. Клетка. 2019; 176: 649–62.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

113.

Блум Дж. Д., Арнольд Ф. Х. В свете направленной эволюции: пути эволюции адаптивного белка. Proc Natl Acad Sci. 2009; 106: 9995–10000.

CAS PubMed Google ученый

114.

Хайнц-Бушарт А., Вильмс П. Микробиом кишечника человека: функция имеет значение. Trends Microbiol. 2018; 26: 563–74.

CAS PubMed Google ученый

115.

Baric RS, Crosson S, Damania B, Miller SI, Rubin EJ.Функциональная аннотация микробного генома с высокой пропускной способностью нового поколения. mBio. 2016; 7: e01245–16.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

116.

Берг Г., Роскот Н., Стейдл А., Эберл Л., Зок А., Смолла К. Зависящее от растений генотипическое и фенотипическое разнообразие антагонистических ризобактерий, выделенных из различных растений-хозяев Verticillium . Appl Environ Microbiol. 2002; 68: 3328–38.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

117.

Costa R, Gomes NCM, Krögerrecklenfort E, Opelt K, Berg G, Smalla K. Структура сообщества Pseudomonas и антагонистический потенциал в ризосфере: идеи, полученные путем объединения филогенетического и функционального генного анализа. Environ Microbiol. 2007; 9: 2260–73.

CAS PubMed Google ученый

118.

Да Роча ООН, Plugge CM, George I, van Elsas JD, van Overbeek LS. Ризосфера отбирает определенные группы Acidobacteria и Verrucomicrobia.PLOS ONE. 2013; 8: e82443.

Google ученый

119.

Forster SC, Kumar N, Anonye BO, Almeida A, Viciani E, Stares MD, et al. Бактериальный геном кишечника человека и коллекция культур для улучшенного метагеномного анализа. Nat Biotechnol. 2019; 37: 186–92.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

120.

Zou Y, Xue W, Luo G, Deng Z, Qin P, Guo R, et al.1520 эталонных геномов культивируемых кишечных бактерий человека позволяют проводить функциональный анализ микробиома. Nat Biotechnol. 2019; 37: 179–85.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

121.

Overmann J, Huang S, Nübel U, Hahnke RL, Tindall BJ. Актуальность фенотипической информации для таксономии еще не культивируемых микроорганизмов. Syst Appl Microbiol. 2019; 42: 22–9.

PubMed Google ученый

122.

Константинидис К.Т., Росселло-Мора Р., Аманн Р. Не культивируемые микробы, нуждающиеся в собственной систематике. ISME J. 2017; 11: 2399–406.

PubMed PubMed Central Google ученый

123.

Чувочина М., Ринке С., Паркс Д.Х., Раппе М.С., Тайсон Г.В., Йилмаз П. и др. Важность определения типового материала для некультивируемых таксонов. Syst Appl Microbiol. 2019; 42: 15–21.

PubMed Google ученый

124.

Стейли Дж. Т., Конопка А. Измерение активности in situ нефотосинтезирующих микроорганизмов в водных и наземных средах обитания. Annu Rev Microbiol. 1985; 39: 321–46.

CAS PubMed Google ученый

125.

Lagkouvardos I, Overmann J, Clavel T. Культивированные микробы составляют значительную часть кишечной микробиоты человека и мыши. Кишечные микробы. 2017; 8: 493–03.

PubMed PubMed Central Google ученый

126.

Karst SM, Dueholm MS, McIlroy SJ, Kirkegaard RH, Nielsen PH, Albertsen M. Получение миллиона высококачественных полноразмерных микробных последовательностей гена 16S и 18S рРНК без смещения праймеров. Nat Biotechnol. 2018; 36: 190–5.

CAS PubMed Google ученый

127.

Murrell JC, Whiteley AS. Зондирование стабильных изотопов и связанные с ними технологии. Американское общество микробиологии Press; 2010.

128.

Lee N, Nielsen PH, Andreasen KH, Juretschko S, Nielsen JL, Schleifer KH, et al.Комбинация флуоресцентной гибридизации in situ и микроавторадиографии — новый инструмент для структурно-функционального анализа в микробной экологии. Appl Environ Microbiol. 1999; 65: 1289–97.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

129.

Вагнер М. Одноклеточная экофизиология микробов, выявленная с помощью рамановской микроскопии или изображения методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Annu Rev Microbiol. 2009; 63: 411–29.

CAS PubMed Google ученый

130.

Ли К.С., Палатинский М., Перейра ФК, Нгуен Дж., Фернандес В.И., Мюллер А.Дж. и др. Автоматизированная платформа на основе комбинационного рассеяния света для сортировки живых клеток по функциональным свойствам. Nat Microbiol. 2019; 4: 1035–48.

CAS PubMed Google ученый

131.

Hatzenpichler R, Scheller S, Tavormina PL, Babin BM, Tirrell DA, Orphan VJ. In situ визуализация вновь синтезированных белков в микробах окружающей среды с использованием аминокислотных меток и химии щелчков.Environ Microbiol. 2014; 16: 2568–90.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

132.

Zaneveld J, Turnbaugh PJ, Lozupone C, Ley RE, Hamady M, Gordon JI, et al. Коэволюция бактерий и хозяев и поиск новых мишеней для лекарств. Curr Opin Chem Biol. 2008; 12: 109–14.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

133.

Cordovez V, Dini-Andreote F, Carrión VJ, Raaijmakers JM.Экология и эволюция микробиомов растений. Annu Rev Microbiol. 2019; 73: 69–88.

CAS PubMed Google ученый

134.

Моран Н.А. Симбиоз как адаптивный процесс и источник фенотипической сложности. Proc Natl Acad Sci. 2007. 104: 8627–33.

CAS PubMed Google ученый

135.

Gehrig H, Schüssler A, Kluge M. Geosiphon pyriforme , грибок, вызывающий эндоцитобиоз с Nostoc (цианобактерии), является предком Glomales: данные анализа рРНК SSU.J Mol Evol. 1996. 43: 71–81.

CAS PubMed Google ученый

136.

Münger E, Montiel-Castro AJ, Langhans W, Pacheco-López G. Взаимные взаимодействия между кишечной микробиотой и социальным поведением хозяина. Front Integr Neurosci. 2018; 12:21.

PubMed PubMed Central Google ученый

137.

О’Брайен PA, Webster NS, Miller DJ, Bourne DG. Коэволюция микробов-хозяев: применение данных из модельных систем к сложным холобионтам морских беспозвоночных.mBio. 2019; 10: e02241–18.

PubMed PubMed Central Google ученый

138.

Эрлахер А., Кардинале М., Грош Р., Грубе М., Берг Г. Влияние патогена Rhizoctonia solani и его полезного аналога Bacillus amyloliquefaciens на микробиом местного салата. Front Microbiol. 2014; 5: 175.

PubMed PubMed Central Google ученый

139.

Berg G, Martinez JL. Друзья или враги: можем ли мы провести различие между полезными и вредными штаммами комплекса Stenotrophomonas maltophilia ? Front Microbiol. 2015; 6: 241.

PubMed PubMed Central Google ученый

140.

Уокер WA. Дисбактериоз. В: Floch MH, Ringel Y, Walker WA, редакторы. Микробиота в патофизиологии желудочно-кишечного тракта: значение для здоровья человека, пребиотики, пробиотики и дисбактериоз.Нью-Йорк, США: Elsevier Inc; 2016. с. 227–31.

Google ученый

141.

Vayssier-Taussat M, Albina E, Citti C, Cosson JF, Jacques MA, Lebrun MH, et al. Сдвиг парадигмы с патогенов на патобиом: новые концепции в свете мета-омики. Front Cell Infect Microbiol. 2014; 4: 29.

PubMed PubMed Central Google ученый

142.

Ларсен OFA, Клаассен Э.Механистическая связь между здоровьем и разнообразием кишечной микробиоты. Научный доклад 2018; 8: 2183.

PubMed PubMed Central Google ученый

143.

Заневельд Дж. Р., МакМиндс Р., Вега TR. Стресс и стабильность: применение принципа Анны Карениной к микробиомам животных. Nat Microbiol. 2017; 2: 17121.

CAS PubMed Google ученый

144.

Ллойд-Прайс Дж., Арзе С., Анантакришнан А.Н., Ширмер М., Авила-Пачеко Дж., Пун Т.В. и др.Мультиомикс микробной экосистемы кишечника при воспалительных заболеваниях кишечника. Природа. 2019; 569 (7758): 655.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

145.

Чен Й, Блазер М.Дж. Обратные ассоциации Helicobacter pylori с астмой и аллергией. Arch Intern Med. 2007. 167: 821–7.

PubMed Google ученый

146.

Райан Р.П., Мончи С., Кардинал М., Тагави С., Кроссман Л., Ависон МБ и др.Универсальность и адаптация бактерий из рода Stenotrophomonas . Nat Rev Microbiol. 2009; 7: 514–25.

CAS PubMed Google ученый

147.

Зибер М., Пита Л., Вейланд-Бройер Н., Дирксен П., Ван Дж., Морцфельд Б. и др. Нейтралитет в метаорганизме. PLoS Biol. 2019; 17: e3000298.

PubMed PubMed Central Google ученый

148.

Левин-Эпштейн О., Ааронов Р., Хадани Л. Микробы могут помочь объяснить эволюцию альтруизма хозяина. Nat Commun. 2017; 8: 1–7.

Google ученый

149.

Берг Г., Смолла К. Виды растений и тип почвы совместно формируют структуру и функцию микробных сообществ в ризосфере. FEMS Microbiol Ecol. 2009; 68: 1–13.

CAS PubMed Google ученый

150.

Опельт К., Берг С., Шёнманн С., Эберл Л., Берг Г. Высокая специфичность, но контрастное биоразнообразие связанных со сфагнумом бактериальных и растительных сообществ в болотных экосистемах независимо от географического региона. ISME J. 2007; 1: 502–16.

CAS PubMed Google ученый

151.

Брагина А., Берг С., Кардинале М., Щербаков А., Чеботарь В., Берг Г. Сфагновые мхи обладают высокоспецифическим бактериальным разнообразием на протяжении всего своего жизненного цикла.ISME J. 2012; 6: 802–13.

CAS PubMed Google ученый

152.

Перес-Харамильо Дж. Э., Мендес Р., Рааймакерс Дж. М.. Влияние одомашнивания растений на сборку и функции микробиома ризосферы. Завод Мол Биол. 2016; 90: 635–44.

PubMed Google ученый

153.

Albertsen M, Karst SM, Ziegler AS, Kirkegaard RH, Nielsen PH. Назад к основам — влияние экстракции ДНК и выбора праймера на филогенетический анализ сообществ активного ила.PLOS ONE. 2015; 10: e0132783.

PubMed PubMed Central Google ученый

154.

Nocker A, Cheung C-Y, Camper AK. Сравнение моноазида пропидия и моноазида этидия для дифференциации живых и мертвых бактерий путем селективного удаления ДНК из мертвых клеток. J Microbiol Methods. 2006; 67: 310–20.

CAS PubMed Google ученый

155.

Vaishampayan P, Probst AJ, La Duc MT, Bargoma E, Benardini JN, Andersen GL, et al.Новые взгляды на жизнеспособные микробные сообщества в чистых помещениях с низким содержанием биомассы. ISME J. 2013; 7: 312–24.

CAS PubMed Google ученый

156.

Mahnert A, Moissl-Eichinger C, Zojer M, Bogumil D, Mizrahi I., Rattei T, et al. Искусственная микробная устойчивость в искусственной среде. Nat Commun. 2019; 10: 968.

PubMed PubMed Central Google ученый

157.

Эйрд Д., Росс М.Г., Чен В.С., Даниэльссон М., Феннелл Т., Расс С. и др. Анализ и минимизация систематической ошибки амплификации ПЦР в библиотеках секвенирования Illumina. Genome Biol. 2011; 12: R18.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

158.

Эйзенштейн М. Микробиология: максимальное использование систематической ошибки ПЦР. Нат методы. 2018; 15: 317–20.

CAS PubMed Google ученый

159.

Bolyen E, Rideout JR, Dillon MR, Bokulich NA, Abnet C, Al-Ghalith GA, et al. QIIME 2: воспроизводимые, интерактивные, масштабируемые и расширяемые данные микробиома. Препринты коллеги Дж. 2018: e27295v1.

160.

Schloss PD, Westcott SL, Ryabin T, Hall JR, Hartmann M, Hollister EB, et al. Представляем mothur: программное обеспечение с открытым исходным кодом, независимое от платформы, поддерживаемое сообществом для описания и сравнения сообществ микробов. Appl Environ Microbiol. 2009; 75: 7537–41.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

161.

Каллахан Б.Дж., Макмерди П.Дж., Холмс С.П. Варианты точных последовательностей должны заменять рабочие таксономические единицы в анализе данных маркерных генов. ISME J. 2017; 11: 2639–43.

PubMed Google ученый

162.

Кулькарни П., Фроммольт П. проблемы в настройке крупномасштабных рабочих процессов анализа секвенирования нового поколения. Comput Struct. Biotechnol J. 2017; 15: 471–7.

CAS Google ученый

163.

Pauvert C, Buée M, Laval V, Edel-Hermann V, Fauchery L, Gautier A, et al. Биоинформатика имеет значение: точность данных о сообществах растений и почвенных грибов во многом зависит от конвейера метабаркодирования. Fungal Ecol. 2019; 41: 23–33.

Google ученый

164.

Sczyrba A, Hofmann P, Belmann P, Koslicki D, Janssen S, Dröge J, et al. Критическая оценка интерпретации метагенома — эталон программного обеспечения метагеномики. Нат методы.2017; 14: 1063–71.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

165.

Vollmers J, Wiegand S, Kaster AK. Сравнение и оценка инструментов для сборки метагенома с точки зрения микробиолога — важен не только размер! PLoS ONE. 2017; 12 (1): e0169662.

PubMed PubMed Central Google ученый

166.

Shade A, Jones SE, Caporaso JG, Handelsman J, Knight R, Fierer N, et al.Условно редкие таксоны непропорционально способствуют временным изменениям микробного разнообразия. mBio. 2014; 5: e01371–14.

PubMed PubMed Central Google ученый

167.

Рамирес К.С., Найт К.Г., де Холландер М., Брерли Ф.К., Константинидес Б., Коттон А. и др. Выявление макроэкологических закономерностей в бактериальных сообществах посредством независимых исследований почв мира. Nat Microbiol. 2018; 3: 189.

CAS PubMed Google ученый

168.

Аллан Э., Вайссер В., Вайгельт А., Рошер С., Фишер М., Хиллебранд Х. Более разнообразные растительные сообщества со временем лучше функционируют из-за круговорота дополнительных доминантных видов. Proc Natl Acad Sci. 2011; 108: 17034–9.

CAS PubMed Google ученый

169.

Jousset A, Bienhold C, Chatzinotas A, Gallien L, Gobet A, Kurm V, et al. Где меньше может быть больше: как редкая биосфера тянет за ниточки экосистемы. ISME J. 2017; 11: 853–62.

PubMed PubMed Central Google ученый

170.

Хаусманн Б., Пеликан С., Раттей Т., Лой А., Пестер М. Долгосрочная транскрипционная активность при нулевом росте космополитичного редкого члена биосферы. mBio. 2019; 10 (1): e02189–18.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

171.

Обермайер М.М., Таффнер Дж., Бергна А., Похлейн А., Чернава Т., Мюллер Калифорния и др.Устойчивость местных растений: микробиом сфагнума содержит разнообразные и новые гены устойчивости к противомикробным препаратам. bioRxiv. 2019; 695973.

172.

Тен Хупен П., Финн Р.Д., Бонго Л.А., Корре Э., Фоссо Б., Мейер Ф. и др. Жизненный цикл метагеномных данных: стандарты и лучшие практики. GigaScience. 2017; 6: gix047.

Google ученый

173.

Проект «Микробиом Земли». http://www.earthmicrobiome.org. По состоянию на 15 октября 2019 г.

174.

Национальный центр биотехнологической информации (NCBI). https://www.ncbi.nlm.nih.gov. По состоянию на 8 июня 2019 г.

175.

European Nucleotide Archive (ENA). https://www.ebi.ac.uk/ena. По состоянию на 8 июня 2019 г.

176.

CNSA: CNGB Nucleotide Sequence Archive. https://db.cngb.org/cnsa. По состоянию на 8 июня 2019 г.

177.

Langille MGI, Ravel J, Fricke WF. «Доступно по запросу»: недостаточно для данных микробиома! Микробиом.2018; 6: 8.

PubMed PubMed Central Google ученый

178.

Schloss PD. Выявление и преодоление угроз воспроизводимости, воспроизводимости, надежности и обобщаемости в исследованиях микробиома. mBio. 2018; 9: e00525–18.

PubMed PubMed Central Google ученый

179.

Foo JL, Ling H, Lee YS, Chang MW. Инженерия микробиома: текущие приложения и будущее.Биотехнология Ж. 2017; 12 (3): 1600099.

Google ученый

180.

Хадрих Д. Исследования микробиома становятся ключом к лучшему пониманию здоровья и питания. Фронт Жене. 2018; 9: 212.

PubMed PubMed Central Google ученый

181.

Берг Г. Взаимодействия растений и микробов, способствующие росту и здоровью растений: перспективы контролируемого использования микроорганизмов в сельском хозяйстве.Appl Microbiol Biotechnol. 2009; 84: 11–8.

CAS PubMed Google ученый

182.

Змора Н., Соффер Э., Элинав Э. Преобразование медицины с помощью микробиома. Sci Transl Med. 2019; 11: eaaw1815.

CAS PubMed Google ученый

183.

Джобин К. Точная медицина с использованием микробиоты. Наука. 2018; 359: 32–4.

CAS PubMed Google ученый

184.

Rose SMS-F, Contrepois K, Moneghetti KJ, Zhou W., Mishra T, Mataraso S, et al. Лонгитюдный подход с большими данными для точного здравоохранения. Nat Med. 2019; 25: 792.

PubMed Central Google ученый

185.

Марковяк П., Шлижевска К. Влияние пробиотиков, пребиотиков и синбиотиков на здоровье человека. Питательные вещества. 2017; 9 (9): 1021.

PubMed Central Google ученый

186.

Verhoog S, Taneri PE, Roa Díaz ZM, Marques-Vidal P, Troup JP, Bally L, et al. Факторы питания и модуляция штаммов бактерий Akkermansia muciniphila и Faecalibacterium prausnitzii : систематический обзор. Питательные вещества. 2019; 11 (7): 1565.

CAS PubMed Central Google ученый

187.

О’Тул П.В., Марчези Дж. Р., Хилл С. Пробиотики следующего поколения: спектр от пробиотиков до живых биотерапевтических средств.Nat Microbiol. 2017; 2: 17057.

PubMed Google ученый

188.

Гупта А., Ханна С. Трансплантация фекальной микробиоты. ДЖАМА. 2017; 318: 102.

PubMed Google ученый

189.

Wang J-W, Kuo C-H, Kuo F-C, Wang Y-K, Hsu W-H, Yu F-J, et al. Трансплантация фекальной микробиоты: обзор и обновление. J Formos Med Assoc. 2019; 118: S23–31.

PubMed Google ученый

190.

Bäckhed F, Manchester JK, Semenkovich CF, Gordon JI. С обложки: Механизмы, лежащие в основе устойчивости к ожирению, вызванному диетой, у стерильных мышей. Proc Natl Acad Sci. 2007. 104: 979–84.

PubMed Google ученый

191.

Ley RE, Bäckhed F, Turnbaugh P, Lozupone CA, Knight RD, Gordon JI. Ожирение изменяет микробную экологию кишечника. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2005; 102: 11070–5.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

192.

Бакташ А., Тервеер Э.М., Цвиттинк Р.Д., Хорнунг BVH, Корвер Дж., Куиджпер Э.Дж. и др. Механистические выводы об успехе трансплантатов фекальной микробиоты для лечения инфекций, вызванных Clostridium difficile . Front Microbiol. 2018; 9: 1242.

PubMed PubMed Central Google ученый

193.

Гилберт Дж. А., Линч С. В.. Экология сообщества как основа для исследования микробиома человека. Nat Med. 2019; 25: 884–9.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

194.

Мартин ЧР, Осадчий В, Калани А, Майер Э.А. Ось мозг-кишечник-микробиом. Клеточный Мол Гастроэнтерол Гепатол. 2018; 6: 133–48.

PubMed PubMed Central Google ученый

195.

Трипати А., Дебелиус Дж., Бреннер Д.А., Карин М., Лумба Р., Шнабл Б. и др. Ось кишечник-печень и пересечение с микробиомом. Нат Рев Гастроэнтерол Гепатол. 2018; 15: 397–411.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

196.

Dang AT, Marsland BJ. Микробы, метаболиты и ось кишечник-легкие. Mucosal Immunol. 2019; 12: 843–50.

CAS PubMed Google ученый

197.

Сеть микросайтов DELS. http://nas-sites.org. По состоянию на 8 июня 2019 г.

198.

Berg G, Grube M, Schloter M, Smalla K. Раскрытие микробиома растений: оглядываясь назад и перспективы на будущее. Front Microbiol. 2014; 5: 148.

PubMed PubMed Central Google ученый

199.

План развития фитобиомов. http://www.phytobiomes.org/roadmap. По состоянию на 15 октября 2019 г.

200.

IPBES 2019 Report. https://lp.panda.org/ipbes. По состоянию на 5 августа 2019 г.

201.

Mitter B, Pfaffenbichler N, Flavell R, Compant S, Antonielli L, Petric A, et al. Новый подход к модификации микробиомов и свойств растений путем введения полезных бактерий во время цветения в семена потомства. Front Microbiol. 2017; 8: 11.

PubMed PubMed Central Google ученый

202.

Zachow C, Müller H, Tilcher R, Donat C, Berg G. Поймай лучшее: новая стратегия скрининга для выбора средств защиты от стресса для сельскохозяйственных культур. Агрономия. 2013; 3: 794–815.

Google ученый

203.

Коколин Л., Эрколини Д. Масштабирование микробных консорциумов, связанных с пищевыми продуктами: «культурная» эволюция. Curr Opin Food Sci. 2015; 2: 43–50.

Google ученый

204.

Van Bruggen AHC, Goss EM, Havelaar A, van Diepeningen AD, Finckh MR, Morris JG.Единое здоровье — Круговорот разнообразных микробных сообществ как связующая сила для здоровья почвы, растений, животных, человека и экосистем. Sci Total Environ. 2019; 664: 927–37.

PubMed Google ученый

205.

Trinh P, Zaneveld JR, Safranek S, Rabinowitz PM. Единые отношения здоровья между микробиомами человека, животных и окружающей среды: мини-обзор. Фронт общественного здравоохранения. 2018; 6: 235.

PubMed PubMed Central Google ученый

206.

Flandroy L, Poutahidis T, Berg G, Clarke G, Dao M-C, Decaestecker E, et al. Влияние человеческой деятельности и образа жизни на взаимосвязанную микробиоту и здоровье человека и экосистем. Sci Total Environ. 2018; 627: 1018–38.

CAS PubMed Google ученый

207.

Хортон Р., Биглхол Р., Бонита Р., Реберн Дж., Макки М. От общественного здоровья к планетарному здоровью: манифест. Ланцет. 2014; 383: 847.

Google ученый

208.

Rockström J, Steffen W, Noone K, Persson A, Chapin FS, Lambin E, et al. Планетарные границы: исследование безопасного рабочего пространства для человечества. Экология и общество. 2009; 14:32.

Google ученый

209.

Bosch TCG, McFall-Ngai MJ. Метаорганизмы как новый рубеж. Зоология. 2011; 114: 185–90.

PubMed Google ученый

210.

Brown SP, Cornforth DM, Mideo N.Эволюция вирулентности у условно-патогенных микроорганизмов: генерализм, пластичность и контроль. Trends Microbiol. 2012; 20: 336–42.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

Микробиом человека: почему наши микробы могут быть ключом к нашему здоровью | Наука

Что такое микробиомы?

Как внутри, так и снаружи наши тела содержат огромное количество микроорганизмов. Хотя бактерии являются крупнейшими игроками, мы также являемся хозяевами одноклеточных организмов, известных как археи, а также грибов, вирусов и других микробов, включая вирусы, атакующие бактерии.Вместе это называют микробиотой человека. Микробиом вашего тела — это все гены, которые содержит ваша микробиота, однако в просторечии эти два термина часто используются как синонимы.

Погодите, разве микробы не опасны?

Это что-то вроде спектра: некоторые из них являются патогенами, но другие становятся вредными только в том случае, если они попадают в неправильное место или их количество растет, а некоторые очень полезны для организма, например, помогая расщеплять множество сахара, содержащиеся в грудном молоке человека.«Эти сахара не расщепляются младенцами», — сказал профессор Джон Крайан, нейрофармаколог и эксперт по микробиому из Университетского колледжа Корка. Вместо этого микробы в кишечнике ребенка делают свою работу.

Другие ключевые роли наших микробов включают программирование иммунной системы, обеспечение наших клеток питательными веществами и предотвращение колонизации вредоносными бактериями и вирусами.

Откуда берутся мои кишечные микробы? Я просто заберу их из своего окружения?

Частично.Но все гораздо сложнее. «Это все еще немного спорно, но по большей части считается, что мы бесплодны, когда находимся в утробе матери, и когда мы рождаемся, когда мы выходим через родовые пути от наших мам, мы получаем эти передаточные бактерии, — сказал Крайан. «Это как глоток при рождении. Эти бактерии действительно важны для запуска всего процесса ».

Крайан отмечает, что во время беременности микробиом матери изменяется, очевидно, до оптимального для потомства состава. «Если вы родились не естественным путем, а родились путем [кесарева сечения], все начинается по-другому», — сказал он.Действительно, исследования показали, что эти различия могут быть одной из причин, по которым дети, рожденные с помощью кесарева сечения, имеют более высокий риск заболеваний, включая астму и диабет 1 типа. Тем не менее, врачи предостерегли родителей от попыток засеять младенцев, рожденных путем кесарева сечения, вагинальными бактериями.

Микробиом кишечника быстро меняется в течение первых двух лет жизни, формируется микробами в грудном молоке, окружающей средой и другими факторами, и стабилизируется к тому времени, когда нам исполняется около трех лет.Но наша окружающая среда, наша долгосрочная диета, стресс и лекарства, которые мы принимаем, такие как антибиотики, продолжают играть роль с возрастом, а это означает, что наш микробиом может меняться на протяжении всей нашей жизни.

Микробы на месте преступления

Кажется, микробы повсюду — о скольких мы говорим?

С 1970-х годов число микробов превышает количество наших собственных клеток примерно в 10 раз. Но исследование, проведенное в 2016 году, показывает, что на самом деле микробные клетки и клетки человека сосуществуют где-то около 1.Соотношение 3 к одному — это означает, что их количество лишь немного превышает количество наших собственных клеток, хотя это не включает вирусы и вирусные частицы.

Означает ли это, что я не человек?

Некоторые говорят, что нас следует рассматривать как холобионт , термин, отражающий близкие, взаимозависимые отношения человека с микробами. «Я рассказываю эту шутку о том, что в следующий раз, когда кто-то пойдет в ванную и избавится от некоторых своих микробов, он станет более человечным», — сказал Крайан.

Но Эллен Кларк, философа биологии из Университета Лидса, не убеждена.«Все зависит в первую очередь от того, что вы подразумеваете под словом« человек »», — сказала она. «Если вы думаете, что человек — это совокупность клеток, каждая из которых имеет копии одних и тех же хромосом, то вам шокирует тот факт, что наши тела содержат клетки с бактериальной ДНК».

Но, как указывает Кларк, человеческие клетки не только содержат хромосомы, но также несут ДНК в наших клеточных электростанциях, митохондриях, которые являются эволюционными потомками бактерий. Наш геном также содержит участки генетического материала, называемые транспозонами, которые, по крайней мере, в некоторых случаях, как считается, были введены вирусами давным-давно.«Я предпочитаю определять человека в терминах эволюции, и если мы сделаем это, то митохондрии станут частями человека, как и транспозоны, но не кишечные микробы, и ни протезы конечностей, ни будущие плоды», — сказал Кларк, указывая на что микробы могут покинуть тело и жить без нас.

Микробы в кишечнике такие же, как и на коже?

Нет, разные части тела — кожа, влагалище, кишечник — имеют очень разные, различные сообщества микробов.Хотя кишечные микробы привлекли большое внимание, микробы в других местах также важны: в недавних исследованиях ученые обнаружили, что бактерии, обычно встречающиеся на коже, могут помочь защитить от рака кожи.

Микробиомы также различаются от человека к человеку. «Когда вы смотрите на общий активный микробиом двух здоровых людей, даже если они живут в одном городе, вы видите огромное количество разногласий в их микробиоме», — сказал Роб Найт, профессор педиатрии, информатики и инженерии в Калифорнийский университет в Сан-Диего и эксперт по микробиому человека.

Изменчивость микробиома кишечника, отмечает Найт, помогает объяснить, почему люди по-разному реагируют на одни и те же продукты. «Полезны ли помидоры для вас или вредны, полезен ли для вас рис или хуже, чем мороженое и т. Д., Все зависит от вашего микробиома», — сказал он.

Почему микробиом стал такой горячей темой для исследований?

В последние годы микробиом кишечника, в частности, был связан с множеством заболеваний и состояний, от диабета до аутизма и от тревоги до ожирения.

Микробиом кишечника также был связан с тем, как люди реагируют на определенные лекарства, в том числе с тем, как больные раком реагируют на химиотерапию, и даже, в предварительном порядке, предполагалось, что это может быть связано с тем, насколько хорошо мы спим.

Между тем, ряд исследований повысил важность других аспектов нашего микробиома, в том числе того, что микробиом влагалища важен для эффективности лекарственного средства для профилактики ВИЧ, наносимого во влагалище.

Почему мы думаем, что микробиом связан со всеми этими состояниями?

Хотя некоторые ссылки были получены при сравнении микробиомов разных групп людей, например, людей с определенным заболеванием, и здоровых людей, крупным игроком в исследованиях микробиома является стерильная мышь.

Этот организм выращивается в стерильной среде и затем может подвергаться воздействию определенных микробов или групп микробов для изучения их воздействия. Такие исследования сыграли ключевую роль в выявлении возможных связей между микробиомом кишечника и многими аспектами нашего здоровья, включая настроение и ожирение.

Важны ли отдельные микробы или микробное сообщество в целом?

Это сложная проблема. В некоторых экспериментах определенные штаммы бактерий были связаны с определенными эффектами или условиями, в то время как другие показали, что большое значение имеет разнообразие микробиома или относительная численность видов.

«Это немного похоже на тропический лес: у вас может быть очень хороший папоротник, который очень счастлив, но если это единственное, что есть в вашем тропическом лесу, и у вас нет разнообразия, это не будет хорошо [для ] почвы », — сказал Тим Спектор, профессор генетической эпидемиологии Королевского колледжа Лондона и автор книги« Миф о диете ». Что касается микробиома, «это правильное сообщество бактерий, которые работают вместе и вместе производят нужные химические вещества для вашего тела».

Так могут ли микробы влиять на наш вес или даже на наш мозг? Звучит немного по-фантастически.

Когда дело доходит до ожирения, кишечные микробы могут влиять на вещи несколькими способами, в том числе через аппетит, образование газов, эффективность употребления пищи, а также влияние на иммунную систему и воспаление.

Есть несколько механизмов, влияющих на настроение. Один из них проходит через блуждающий нерв, двустороннюю магистраль, ведущую от нашего мозга к различным органам тела, включая кишечник.

Учитывая, что микробиом связан со многими заболеваниями, обещает ли возня с ним целый ряд новых методов лечения?

Следует проявлять осторожность: многие исследования показывают ассоциации, а не причинно-следственные связи, а некоторые основаны только на исследованиях на стерильных мышах и не изучались на людях.Даже с мышами все не так просто — эффекты не всегда одинаковы для обоих полов и могут различаться для разных линий мышей.

И есть другие факторы, которые следует учитывать: «Что касается ожирения, как оно выглядит в разных человеческих популяциях, разные виды микробов участвуют в различиях между худыми и тучными людьми», — сказал Найт.

Спектор сказал: «Я думаю, что все правы в том, что относятся к скептикам, и многие ссылки могут заключаться только в том, что [микробы] не обязательно являются причиной [болезни], но они могут быть ее вторичным следствием.

Другие говорят, что неудивительно, что наш микробиом может быть тесно связан с нашим здоровьем. «Все человеческое развитие и все системы в организме эволюционировали или эволюционировали вместе с нашими микробами», — сказал Крайан. «Как люди, мы в значительной степени ориентированы на человека и чувствуем, что человеческие клетки и гены имеют первостепенное значение, но микробы были первыми».

Pass the poo

Влияет ли что-нибудь из этого на пациентов?

До точки. Эта область уже привела к успехам в лечении C difficile — инфекции, которая вызывает серьезную диарею и может оказаться смертельной.Теперь пациенты могут получить фекальные трансплантаты от донора со здоровым микробиомом, чтобы «перезагрузить» их внутреннее сообщество — процедура, которая, как было доказано, позволяет быстро вылечить это состояние.

Некоторые исследователи, в том числе Крайан, считают, что исследования микробиома могут привести к разработке новых методов лечения психического здоровья. «Мы придумали термин« психобиотик »[под которым мы подразумеваем] целенаправленное вмешательство микробиома в здоровье мозга», — сказал он.

Хотя до этого может быть еще далеко, Крайан считает, что для врачей станет обычным делом следить за составом микробиомов пациентов.«Я лично считаю, что медицина на основе бактерий или микробиома — это будущее точной медицины», — сказал он.

Давайте перейдем к делу: что я могу сделать, чтобы поддерживать свой микробиом в хорошей форме?

Вот где появляются пребиотики и пробиотики: первые представляют собой вещества, такие как инулин клетчатки, на которых могут процветать полезные микробы, а вторые — это сами микробы, которые считаются полезными для здоровья, например, Lactobacillus и Bifidobacterium видов.

В то время как и пребиотики, и пробиотики можно принимать в качестве добавок, стоит ли вам раскошелиться на них — другой вопрос: мало рекомендаций о том, какие пребиотики или пробиотики следует употреблять в конкретной ситуации, а что касается пробиотиков, это не так. Мертвая уверенность в том, что микробы колонизируют ваш кишечник, когда попадут туда, или принесут пользу уже здоровым людям, например, предотвратят болезни. Тем не менее, если вы принимаете антибиотики или страдаете СРК, есть некоторые свидетельства того, что пробиотики могут быть хорошей идеей.

«Пока не ясно, лучше ли вам просто есть много йогурта и других ферментированных продуктов или принимать эти составы», — сказал Спектор, добавив, что в целом он рекомендует изменить свой рацион, чтобы получить дозу пробиотиков. , поскольку неясно, какие штаммы следует принимать людям. То же самое и с пребиотиками: «Пища более разнообразна с точки зрения клетчатки, следовательно, больше разнообразия микробов», — сказал он. «В идеале вы сочетаете пребиотик и пробиотик: что-то вроде квашеной капусты или кимчи.”

Что дальше?

В центре внимания находятся механизмы, с помощью которых микробы связаны со здоровьем человека. Среди загадок — то, как и почему разные штаммы бактерий имеют разные эффекты, в то время как исследователи также разрабатывают исследования, чтобы изучить, как микробиом влияет на нашу реакцию на пищу и как разные диеты могут настроить микробиом. Также существует необходимость взять больше захватывающих результатов исследований на мышах и исследовать их на людях, предпочтительно с помощью рандомизированных контрольных испытаний.

Дальнейшее чтение:

Я содержу множество, Эд Йонг

Кишечник: внутренняя история самого недооцененного органа нашего тела, Джулия Эндерс

Психобиотическая революция, Скотт К. Андерсон с Джоном Крайаном и Тедом Динаном

Следуй за своим кишечником: как экосистема кишечника определяет ваше здоровье, настроение и многое другое, Роб Найт

Иллюстрации: Пит Гэмлен

Определение микробиома человека

Nutr Rev. Автор рукописи; доступно в PMC 2013 1 февраля.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3426293

NIHMSID: NIHMS369735

Люк К. Урселл

¹ Департамент химии и биохимии, Боулдер, Колорадо, США, Колорадо, США, 80

Джессика Л. Меткалф

¹ Кафедра химии и биохимии, Колорадский университет в Боулдере, Боулдер, Колорадо, 80309, США

Лаура Вегенер Парфри

¹ Кафедра химии и биохимии Университета Боулдерохимии , Боулдер, Колорадо, 80309, США

Роб Найт

¹ Кафедра химии и биохимии, Колорадский университет в Боулдере, Боулдер, Колорадо, 80309, США

² Медицинский институт Говарда Хьюза, Боулдер, Колорадо, 80309, США

¹ Кафедра химии и биохимии, Колорадский университет в Боулдере, Боулдер, Колорадо, 80309, США

² Ховард Х. ughes Medical Institute, Боулдер, Колорадо, 80309, США

^* Кому следует направлять корреспонденцию: Роб Найт, Департамент химии и биохимии, UCB 215, Университет Колорадо, Боулдер, CO 80309, тел .: 303-492-1984 , Факс: 303-492-7744, уд[email protected] Окончательная отредактированная версия этой статьи издателем доступна на Nutr Rev. См. другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Быстро развивающиеся методы секвенирования и аналитические методы расширяют нашу способность понимать микробиом человека и, действительно, то, как мы определяем микробиом и его составляющие. В этом обзоре мы выделяем недавние исследования, которые расширяют нашу способность понимать микробиом человека в различных пространственных и временных масштабах, включая ежедневные наборы данных временных рядов, охватывающих месяцы.Кроме того, мы обсуждаем новые концепции, связанные с определением операционных таксономических единиц, индексов разнообразия, основных и временных микробиомов и возможности энтеротипов. Дополнительные достижения в технологии секвенирования и в нашем понимании микробиома откроют захватывающие перспективы для использования микробиоты в персонализированной медицине.

Введение

Микробиота человека состоит из 10–100 триллионов симбиотических микробных клеток, содержащихся в каждом человеке, в первую очередь бактерий в кишечнике; Микробиом человека состоит из генов, содержащихся в этих клетках [1].Проекты микробиома во всем мире были запущены с целью понять роли, которые играют эти симбионты, и их влияние на здоровье человека [2, 3]. Так же, как вопрос: «Что такое , , чтобы быть человеком?», Волновал людей с самого начала записанной истории, так и вопрос: «Что такое , — человеческий микробиом?» вызывает беспокойство у исследователей с тех пор, как этот термин был придуман Джошуа Ледербергом в 2001 году [4]. Уточнение определения микробиома человека осложнилось путаницей в терминологии: например, «микробиота» (таксоны микробов, связанные с людьми) и «микробиом» (каталог этих микробов и их генов) часто используются как синонимы.Кроме того, термин «метагеномика» первоначально относился к характеристике общей ДНК методом дробовика, хотя сейчас он все чаще применяется к исследованиям маркерных генов, таких как ген 16S рРНК. Однако более фундаментально новые открытия заставляют нас усомниться в концепциях, которые имеют центральное значение для определения микробиома человека, таких как стабильность микробиома человека, определение OTU (Operational Taxonomic Units), составляющих микробиоту. , и есть ли у человека один или несколько микробиомов.В этом обзоре мы рассмотрим прогресс в определении микробиома человека в этих различных отношениях.

Изучение разнообразия микробиома человека началось с Антони ван Левенгука, который еще в 1680-х годах сравнивал свою оральную и фекальную микробиоту. Он отметил поразительные различия в микробах между этими двумя средами обитания, а также между образцами, взятыми у людей с состоянием здоровья и болезнью в обоих этих местах [5, 6]. Таким образом, исследования глубоких различий в микробах на разных участках тела и между здоровье и болезни так же стары, как и сама микробиология.Сегодня новым является не способность наблюдать эти очевидные различия, а, скорее, способность использовать мощные молекулярные методы, чтобы понять, почему существуют эти различия, и понять, как мы можем повлиять на преобразования из одного состояния в другое.

Независимые от культуры методы характеристики микробиоты вместе с молекулярным филогенетическим подходом к организации разнообразия жизни обеспечили фундаментальный прорыв, позволив исследователям сравнивать микробные сообщества в разных средах в рамках единого филогенетического контекста (см. Обзор [7]).Хотя связанные с хозяином микробы предположительно приобретаются из окружающей среды, состав микробиоты млекопитающих, особенно в кишечнике, неожиданно отличается от свободноживущих микробных сообществ [8]. Фактически, анализ бактериального разнообразия свободноживущих сообществ в наземных, морских и пресноводных средах, а также сообществ, связанных с животными, предполагает, что кишечник позвоночных является крайним явлением [8]. Напротив, бактериальные сообщества из сред, обычно считающихся экстремальными, таких как кислые горячие источники и гидротермальные источники, похожи на сообщества во многих других средах [9].Это говорит о том, что совместная эволюция между позвоночными и их микробными консорциумами в течение сотен миллионов лет привела к выбору специализированного сообщества микробов, которые процветают в теплой, эвтрофной и стабильной среде кишечника [8]. В кишечнике человека и во всех связанных с человеком средах обитания бактерии составляют основную часть биомассы и разнообразия, хотя археи, эукариоты и вирусы также присутствуют в меньшем количестве, и ими нельзя пренебрегать [10, 11].

Интересно, что оценки каталога генов человека и разнообразия генома человека бледнеют по сравнению с оценками разнообразия микробиома.Например, консорциум Meta-HIT сообщил о каталоге генов из 3,3 миллионов неизбыточных генов только в микробиоме кишечника человека [3] по сравнению с ~ 22 000 генов, присутствующих во всем геноме человека [12]. Точно так же разнообразие среди микробиома людей огромно по сравнению с вариациями генома: отдельные люди примерно на 99,9% идентичны друг другу с точки зрения генома хозяина [13], но могут отличаться друг от друга на 80-90% с точки зрения генома. микробиом их руки [14] или кишечника [15].Эти результаты показывают, что использование вариаций, содержащихся в микробиоме, будет намного более плодотворным в персонализированной медицине, использовании генетических данных отдельного пациента для информирования медицинских решений, чем подходы, нацеленные на относительно постоянный геном хозяина.

Многие фундаментальные вопросы о микробиоме человека до недавнего времени было трудно или невозможно было решить. На некоторые вопросы, такие как неизменно популярный «сколько видов обитает на данном участке тела?», Все еще трудно ответить из-за проблем с определениями видов бактерий и скоростью ошибок при секвенировании.Другие вопросы, такие как «как различие внутри человека с течением времени соотносится с разнообразием между людьми?» Или «как различие между участками на теле одного и того же человека соотносится с разнообразием между разными людьми на одном участке?» , или «есть ли основной набор видов микробов, которые мы все разделяем?», теперь можно дать окончательный ответ. В следующем разделе мы обсудим некоторые инструменты, которые позволили ответить на эти давние вопросы.

Инструменты для микробиологического анализа

Резкое сокращение затрат на секвенирование, наблюдавшееся за последние несколько лет, позволило идентифицировать определенные таксоны микробов, обнаруженные в кишечнике человека, которые трудно или невозможно культивировать.Теперь исследователи могут генерировать миллионы последовательностей для каждого образца, чтобы оценить различия в микробных сообществах между участками тела и отдельными людьми. Наша возросшая мощность секвенирования потребовала разработки столь же мощных вычислительных инструментов для обработки растущего количества данных последовательностей, производимых современными технологиями [16]. Существует несколько конвейеров для анализа данных микробного микробного сообщества, таких как mothur [17], w.A.T.E.R.S [18], инструменты RDP pyroseqeuncing [19] и QIIME (произносится «колокольчик») [20].QIIME — это бесплатная платформа с открытым исходным кодом для анализа данных секвенирования с высокой пропускной способностью, которая позволяет пользователям импортировать необработанные данные о последовательностях и легко производить измерения разнообразия между и внутри образцов. Последовательность в идентификации операционных таксономических единиц (OTU) и установление согласованных мер разнообразия внутри и между выборками имеют решающее значение для сравнения результатов исследований, хотя концепция OTU становится все более проблематичной по мере того, как накапливаются данные о последовательностях и приобретаются явные филогенетические подходы. в популярности.

Бета-разнообразие относится к измерению степени различия в членстве или структуре сообщества между двумя выборками. Недавний обзор основанных на таксонах измерений бета-разнообразия показал, что некоторые метрики, в том числе расстояния Канберры и Гауэра, обладают повышенной мощностью для различения кластеров, в то время как другие метрики, такие как хи-квадрат и корреляционные расстояния Пирсона, более подходят для выяснения эффектов. экологических градиентов на сообществах [21]. Надежным методом сравнения различий между микробными сообществами является UniFrac, который измеряет долю общих длин ветвей на филогенетическом дереве между образцами [22].Очень похожие микробные сообщества приводят к оценке UniFrac, близкой к 0, в то время как два полностью независимых сообщества, которые не имеют общей длины ветвей (т. Е. Имеют разную эволюционную историю), дают оценку UniFrac, равную 1. Анализ основных координат (PCoA) может затем визуализировать Расстояние Unifrac между образцами в двумерном или трехмерном пространстве, позволяющее легко визуально различать кластеризацию схожих сообществ или разделение отдельных сообществ.

UniFrac как мера бета-разнообразия в сочетании с PCoA имеет способность различать различия между сообществами, используя всего 10 последовательностей на образец [23]. Важно понимать, что увеличенная глубина секвенирования не всегда необходима для получения биологически значимых результатов, когда эти результаты очевидны. Таким образом, выбирая измерения разнообразия, которые подходят для дизайна исследования, исследователи, использующие современные методы секвенирования, могут охарактеризовать различия между выборками при относительно низком охвате последовательностей.Это позволяет исследователям оценивать мелкозернистые пространственные и временные закономерности, характеризуя от сотен до тысяч образцов, таких как временные ряды для нескольких пациентов или сред. Функциональность UniFrac, а также множество измерений разнесения доступны в QIIME, и их можно легко сравнить.

В общем, конвейеры для анализа 16S рРНК и метагеномных данных дробовика имеют отдельные рабочие процессы. Некоторые начальные шаги, такие как демультиплексирование (удаление штрих-кодов и разделение объединенных образцов) и качественная фильтрация, являются общими для обоих конвейеров.Однако для данных 16S рРНК последовательности должны быть сгруппированы в OTU, химерные последовательности, генерируемые неполным расширением матрицы, должны быть удалены, и должны быть построены филогенетические деревья. Напротив, в метагеномном конвейере последовательности должны быть назначены функциям, а также таксономии (либо как целые чтения, либо после сборки). После того, как таблицы таксонов или генных функций построены, конвейеры начинают сближаться, по крайней мере, концептуально: тогда интерес заключается в 1) составе каждой выборки, 2) поиске таксонов или функций, которые различают группы выборок (например,грамм. в соответствии с клиническими параметрами) и 3) с вопросом, группируются ли образцы в соответствии с какими-либо измеренными клиническими состояниями (или по времени). Одно интересное развивающееся направление — сравнение метагеномной кластеризации и кластеризации 16S рРНК напрямую с использованием метода, называемого анализом Прокруста, который позволяет комбинировать графики PCoA [24]. Еще один мощный инструмент — использование машинного обучения и статистических методов для построения прогнозных моделей таксонов [25] или функций [26], которые различают группы выборок.

Уникальным преимуществом QIIME по сравнению с другими конвейерами является его способность использовать «образцы метаданных», например клиническая информация о субъектах, позволяющая визуализировать основные закономерности в данных. Особый интерес представляет то, что QIIME поддерживает стандарт MIMARKS (минимальная информация о последовательности маркеров) [27], разработанный Консорциумом геномных стандартов [28], который становится все более популярным среди других инструментов для анализа микробов и сообществ, таких как MG-RAST [29]. , и был принят INSDC (Международный консорциум баз данных нуклеотидных последовательностей, который включает GenBank, EBI и DDBJ) в качестве стандарта для метаданных.

С этими инструментами основные закономерности сходства и различия в микробиоте стали обычным делом. Ключевая задача в настоящее время состоит в том, чтобы расширить анализ, включив в него лонгитюдные исследования и понять роль конкретных хозяев и факторов окружающей среды в развитии и поддержании микробиома.

Динамическое взаимодействие между человеческими микробами и окружающей средой

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) младенца человека обеспечивает совершенно новую среду для микробной колонизации [30].Действительно, микробиота, которую начинает приобретать младенец, сильно зависит от способа родов [31]. Через двадцать минут после рождения микробиота новорожденных, рожденных через естественные родовые пути, напоминает микробиоту влагалища их матери, в то время как младенцы, рожденные с помощью кесарева сечения, содержат микробные сообщества, обычно встречающиеся на коже человека [32]. Приобретение микробиоты продолжается в течение первых нескольких лет жизни, поскольку микробиом желудочно-кишечного тракта младенца начинает напоминать микробиом взрослого уже на первом году жизни [33].В одном тематическом исследовании микробиоты младенца в течение первых 2,5 лет жизни филогенетическое разнообразие значительно и линейно увеличивается со временем [34]. Кроме того, значительные изменения в составе микробиоты кишечника были очевидны в пяти временных точках; переход на грудное молоко, развитие лихорадки на 92 день, введение рисовой крупы на 134 день, введение смеси и столовых продуктов на 161 день, а также лечение антибиотиками и диета для взрослых на 371 день [34]. Интересно, что каждое изменение диеты сопровождалось изменениями микробиоты кишечника и обогащением соответствующих генов.Например, когда младенец начал получать полноценную взрослую диету, гены в микробиоме, связанные с биосинтезом витаминов и перевариванием полисахаридов, стали обогащаться [34].

Взаимодействие между микробиотой человека и окружающей средой носит динамичный характер: человеческие микробы свободно перемещаются на поверхности, с которыми мы взаимодействуем каждый день. Fierer et al. показали, что кончики пальцев человека могут переносить сообщества микробов на клавиатуру, и эти сообщества сильно дифференцируют людей [35].Графики PCoA показали, что можно было определить, какие пальцы печатали на каких клавишах и какие люди использовали какие клавиатуры: можно было даже связать руку человека с компьютерной мышью, которую он использует, с точностью до 95% по сравнению с база данных других рук [35]. В целом, это исследование показало, что микробные сообщества постоянно переносятся между поверхностями и что существует динамическое взаимодействие между микробиотой окружающей среды и различными участками человеческого тела.

Внутриличностное микробное разнообразие

Еще один интересный вопрос, на который мы только начинаем отвечать, — насколько стабильным со временем становится микробиом внутри человека.Определив, что составляет нормальные временные изменения у человека с течением времени, мы сможем лучше количественно оценить и понять изменения в микробных сообществах, возникающие в результате диетических и фармацевтических вмешательств. В самом продолжительном на сегодняшний день исследовании временных рядов Caporaso et al. отобрали образцы микробных сообществ двух индивидуумов в кишечнике, ротовой полости, левой и правой ладонях за 396 временных точек в течение 15 месяцев [36]. Сообщества на разных участках тела можно было легко отличить друг от друга с помощью 3-D графиков PCoA в течение одного года, даже несмотря на то, что структура сообщества внутри данного участка сильно варьировалась [36].Уровень разнообразия также различается между участками тела, при этом во рту и кишечнике находятся самые разные сообщества [37]. Взятые вместе, эти исследования показывают, что микробиота человека представляет собой сильно изменчивую и разрозненную экосистему.

В целом, еще предстоит убедительно доказать, что отдельные особи или даже участки тела несут в себе «основной» набор специфических бактериальных таксонов. Например, консорциум Meta-HIT определил «основной» набор клонов как те, которые присутствовали у половины изучаемых субъектов, хотя, по существу, у всех изучаемых субъектов гены не присутствовали [3].Конечно, важно понимать, что глубина отбора проб может иметь решающее значение для различения таксонов, которые отсутствуют, от таксонов, которые просто очень редки; динамический диапазон численности микробов также довольно велик, и даже в пределах «основных» генов Meta-HIT 2000-кратные диапазоны численности не были редкостью. Доказать, что таксон полностью отсутствует в кишечнике, невозможно с помощью этих типов исследований, поэтому основные расчеты всегда должны включать в себя предупреждение о глубине секвенирования. Еще один фактор, который следует учитывать при определении разнообразия и ядра, заключается в том, что методологические артефакты могут значительно увеличить видимое количество OTU в выборке (и, следовательно, уменьшить видимую долю, которая разделяется).Как ошибка секвенирования [38, 39], так и проблемы, связанные с выравниванием, особенно множественным выравниванием последовательностей [40-43], могут сильно увеличить количество OTU. Важно обеспечить, чтобы при проведении оценок керна использовались одни и те же методологические процедуры с точки зрения доли особей, в которой керн должен быть представлен, минимальной численности и процедуры принятия решения о том, какие последовательности считаются «одинаковыми». Наконец, возникает ключевой вопрос о том, структурированы ли вариации вокруг ядра таким образом, чтобы у людей было только несколько общих типов профилей микробиоты на данном участке тела: это хорошо установлено для влагалища [44], но более спорно для кишечника [ 45].В общем, следует проявлять крайнюю осторожность при выполнении процедур кластеризации, так как многие из них разбивают непрерывное изменение на кластеры, которых не существует [21]. Надежные процедуры выбора модели, которые включают возможность существования только непрерывных вариаций, а не дискретных кластеров, еще предстоит разработать в контексте анализа микробного сообщества.

Появляется все больше свидетельств того, что люди на самом деле разделяют «основной микробиом», а не «стержневую микробиоту». В исследовании пар монозиготных и дизиготных близнецов, согласных по ожирению или худобе, у всех людей была общая подгруппа идентифицируемых микробных генов, но не видов [15].Примечательно, что совершенно разные наборы видов микробов дали очень похожие функциональные пути KEGG. Однако отклонения от этого основного микробиома были очевидны у субъектов с ожирением, что свидетельствует о важности использования метагеномных данных в дополнение к определению состава микробного сообщества с помощью исследований маркерного гена 16S при оценке различий между болезненными состояниями. Будет интересно понять, верен ли этот принцип для других участков тела; кросс-биомные метагеномные сравнения на сегодняшний день чрезвычайно редки [46, 47].

Микробиом кишечника играет важную роль в пищеварении и питании

Доказательства неразрывной связи между микробиотой хозяина, пищеварением и метаболизмом растут. При анализе людей и 59 дополнительных видов млекопитающих последовательности 16S рРНК сгруппированы вместе плотоядных, всеядных и травоядных в основном координатном интервале, показывая, что структуры сообщества различаются в зависимости от диеты [48]. Изменения в рационе мышей могут также привести к значительным изменениям в метаболизме бактерий, особенно жирных кислот с малой цепью и аминокислот, всего за одну неделю [49], и могут привести к большим изменениям уже через один день [50].Важно отметить, что генетическое разнообразие микробиоты кишечника позволяет нам переваривать соединения посредством метаболических путей, явно не закодированных в геноме млекопитающих, что значительно увеличивает нашу способность извлекать энергию из нашего разнообразного рациона [51, 52].

Микробиота кишечника также играет важную роль в ожирении. У здоровых мышей, получивших трансплантат кишечной микробиоты от обычных мышей, наблюдается увеличение ожирения без увеличения потребления пищи из-за увеличения извлечения энергии из рациона и увеличения депонирования энергии в адипоцитах хозяина [53].Два основных микробных подразделения, Firmicutes и Bacteriodetes, демонстрируют разную численность в зависимости от фенотипа. Уменьшение Bacteriodetes и увеличение Firmicutes было обнаружено у мышей с генетическим ожирением ( ob / ob ) по сравнению с их худыми коллегами [54], а фенотип ожирения может даже передаваться беспроблемным, но генетически диким мышам. микробиоты, а фенотип обусловлен энергетическим балансом: калориметрия фекальных гранул с помощью бомбы показывает, что мыши ob / ob извлекают больше энергии из своего рациона и оставляют меньше с фекалиями [51].Интересно, что те же эффекты справедливы и для другой модели мышей, мышей с нокаутом TLR5, которые также становятся тучными в некоторых помещениях для мышей (но заболевают колитом в других, предположительно из-за различий в фоновой микробиоте). Мыши с нокаутом TLR5 также обладают фенотипом трансмиссивного ожирения, но никакой разницы в эффективности сбора энергии не происходит. Вместо этого измененная микробиота каким-то образом делает мышей более голодными, и их вызванное микробами ожирение можно вылечить, ограничив количество пищи в их клетках тем, которое потребляется мышами дикого типа, а также антибиотиками [55].Корреляция между микробами и ожирением, возможно, лучше всего иллюстрируется потерей веса. Поскольку разные группы людей были помещены на диету с ограничением жиров или углеводов, их количество Bacteriodetes увеличивалось по мере снижения их массы тела, переходя от характерного «тучного» микробного сообщества к «худому» сообществу [56]. Таким образом, изменение микробиоты пациента может быть терапевтическим вариантом, способствующим снижению веса у пациентов с ожирением или способствующему увеличению веса у детей с недостаточным весом.

Удивительно, но микробы, которые мы поглощаем вместе с пищей, могут обеспечивать наш индивидуальный микробиом новыми генами для переваривания новой пищи. Hehemann et al. обнаружили, что новый класс гликозидгидролаз, используемых для переваривания порфирана, полисахарида, распространенного в красных водорослях, также был обнаружен в образцах стула человека в качестве гена в Bacteriodes plebeius . Более тщательное изучение метаданных стула показало, что образцы стула, содержащие ген, переваривающий порфиран, присутствовали только у японцев; ген не был обнаружен в микробиоме кишечника жителей Соединенных Штатов.Почему в кишечнике человека можно найти морской ген? Авторы пришли к выводу, что водоросли, распространенные в японской, но не американской диете, содержат микроорганизмы, которые передали гены микробиому кишечника [57]. Таким образом, микробы обладают способностью значительно увеличивать количество метаболических инструментов в кишечнике человека, позволяя нам переваривать множество субстратов.

Пластичность кишечника человека

Учитывая относительную стабильность микробиоты кишечника человека, один из ключевых вопросов заключается в том, достаточно ли она пластична, чтобы можно было проводить четко определенные вмешательства для улучшения здоровья.Как описано выше, микробиота кишечника после установления остается довольно стабильной во времени, по крайней мере, по сравнению с различиями между людьми. Однако ряд исследований демонстрирует, что внешние силы могут изменять сообщество микробов, расположенных в желудочно-кишечном тракте, и антибиотики являются важным примером.

Антибиотики в основном используются для борьбы с патогенными видами бактерий, которые обитают внутри хозяина или вторглись в него, однако антибиотики нынешнего поколения имеют широкий спектр действия и нацелены также на широкие слои нормальной микробиоты.Таким образом, антибиотики значительно влияют на врожденную микробиоту кишечника хозяина. Через три-четыре дня после лечения ципрофлоксацином антибиотиком широкого спектра действия кишечная микробиота испытывает снижение таксономического богатства, разнообразия и однородности [58, 59]. Значительные изменения микробиоты кишечника продемонстрировали значительную межличностную изменчивость. В то время как микробиота кишечника начала напоминать состояние до лечения через неделю после лечения, были замечены различия между людьми в отношении того, насколько близко сообщество после лечения напоминало сообщество до лечения, и некоторые таксоны не смогли вернуться в сообщество [59 , 60].Действительно, восстановление некоторых видов может быть нарушено в течение четырех лет после лечения антибиотиками [61]. Тем не менее, общее восстановление микробиоты кишечника после лечения антибиотиками предполагает, что существуют факторы внутри сообщества, биотические или абиотические, которые способствуют устойчивости сообщества, хотя они еще не выяснены.

Другие антибиотики также имеют тенденцию давать результаты, которые существенно различаются между субъектами [62, 63] и даже участками тела [64]. Поскольку более крупные группы населения еще не были изучены, отчасти из-за этических проблем с назначением антибиотиков здоровым людям, причины этих основных различий еще не выяснены.Понимание факторов, определяющих способность микробиоты противостоять возмущениям и восстанавливаться после них, а также понимание факторов, определяющих ее текущее состояние, будет ключом к разработке инструментов, помогающих манипулировать микробиомом. Например, что противоречит интуиции, у крыс введение антибиотиков перед трансплантацией слепой кишки фактически снижает вероятность появления новых микробов [65].

Интересным намеком на то, что микробиота может быть более пластичной, чем можно было представить, является недавний успех лечения стойких инфекций Clostridum difficile с помощью трансплантации кала, который был успешным в ряде исследований [66-72] и в целом. обедненное кишечное сообщество, образовавшееся во время C.difficile заменяется донорским сообществом [67, 73]. Успех этой техники впечатляет, особенно если учесть, как мало известно о самом лучшем сообществе. Например, лучше ли получить фекальное сообщество близкого родственника или сожителя или, возможно, сохранить собственный стул перед началом лечения антибиотиками, чтобы его можно было восстановить позже? Подходит ли один и тот же стул для всех, или огромные различия в микробиоте означают, что микробы каждого человека специально адаптированы по сравнению с микробами, которые они могут получить от донора? Как и в случае с группами крови, существуют ли «универсальные доноры» и «универсальные реципиенты»? На эти и многие другие вопросы еще предстоит ответить.

Выводы и проспект

Как и каждый год с момента первоначального секвенирования ДНК, этот год привел к беспрецедентному росту количества данных о последовательностях, собранных с беспрецедентно низкой стоимостью. Также были разработаны или обновлены все более мощные инструменты, используемые для извлечения значимых закономерностей из этого множества данных. Появляются новые технологии, такие как трансплантация стула, 16S рРНК и полногеномное секвенирование на платформе Illumina, возможность с высокой эффективностью трансплантировать человеческие микробные сообщества мышам даже из замороженных образцов [50], а также создание персонализированных коллекций культур [74]. перспектива будущего, в котором методы лечения отдельных людей будут опробоваться на батарее мышей, подвергнутых различным видам лечения, и где будут проводиться одноразовые эксперименты, которые выявят эффекты удаления отдельных видов [74] или отдельных генов из внутри вида [75] позволяют понять механизм.Хотя имеющиеся у нас инструменты по-прежнему несовершенны (например, ограниченная длина считывания современных технологий высокопроизводительного секвенирования ограничивает возможность обнаружения видов и штаммов бактерий, а анализ вирусов и эукариот все еще остается очень перспективным), Перспективы развития механистического понимания факторов, лежащих в основе пластичности микробиома, а затем манипулирования микробиомом для улучшения здоровья, кажутся все более радужными.

Благодарности

Работа, цитируемая в этом обзоре из лаборатории автора, была частично поддержана грантами Национальных институтов здоровья [HG4872 (RK)], Американского фонда Крона и колита и Медицинского института Говарда Хьюза [RK] .

Ссылки

2. Петерсон Дж., Гарджес С., Джованни М., Макиннес П., Ван Л., Шлосс Дж. А., Бонацци В., МакИвен Дж. Э., Веттерстранд К. А., Дил С. и др. Проект NIH Human Microbiome Project. Геномные исследования. 2009; 19: 2317–2323. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 3. Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, Nielsen T., Pons N, Levenez F, Yamada T. и др. Каталог микробных генов кишечника человека, созданный путем метагеномного секвенирования. Природа. 2010; 464: 59–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 4.Lederberg J, McCray A. Ome sweet ‘omics: — Генеалогическая сокровищница слов. Ученый. 2001; 15: 8. [Google Scholar] 6. ван Левенгук А. Отрывок из письма Антони ван Левенгук от 12 сентября 1683 г. О животных в зубном налете. Философские труды Лондонского королевского общества. 1684; 14: 568–574. [Google Scholar] 7. Pace NR. Молекулярный взгляд на микробное разнообразие и биосферу. Наука. 1997. 276: 734–740. [PubMed] [Google Scholar] 8. Ley RE, Lozupone CA, Hamady M, Knight R, Gordon JI.Миры внутри миров: эволюция микробиоты кишечника позвоночных. Обзоры природы микробиологии. 2008. 6: 776–788. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10. Marchesi JR. Прокариотическое и эукариотическое разнообразие кишечника человека. Успехи в прикладной микробиологии, Том 72, 2010; 72: 43–62. [PubMed] [Google Scholar] 11. Брейтбарт М., Хейнс М., Келли С., Энгли Ф., Эдвардс Р.А., Фелтс Б., Махаффи Дж. М., Мюллер Дж., Нултон Дж., Рейхок С. и др. Вирусное разнообразие и динамика в кишечнике младенца. Исследования в микробиологии.2008. 159: 367–373. [PubMed] [Google Scholar] 12. Консорциум IHGS. Завершение эухроматической последовательности генома человека. Природа. 2004; 431: 931–945. [PubMed] [Google Scholar] 13. Уилер Д.А., Сринивасан М., Эгхолм М., Шен Й., Чен Л., МакГуайр А., Хе В., Чен Ю.Дж., Махиджани В., Рот Г.Т. и др. Полный геном человека путем массового параллельного секвенирования ДНК. Природа. 2008. 452: 872–876. [PubMed] [Google Scholar] 14. Фирер Н., Хамади М., Лаубер С.Л., Найт Р. Влияние пола, рукопожатия и стирки на разнообразие бактерий на поверхности рук.Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2008; 105: 17994–17999. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 15. Turnbaugh PJ, Hamady M, Yatsunenko T., Cantarel BL, Duncan A, Ley RE, Sogin ML, Jones WJ, Roe BA, Affourtit JP, et al. Основной микробиом кишечника у тучных и худых близнецов. Природа. 2009. 457: 480–484. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 16. Kuczynski J, Lauber CL, Walters WA, Parfrey LW, Clemente JC, Gevers D, Knight R. Экспериментальные и аналитические инструменты для изучения микробиома человека.Природа рассматривает генетику. 2012; 13: 47–58. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 17. Schloss PD, Westcott SL, Ryabin T., Hall JR, Hartmann M, Hollister EB, Lesniewski RA, Oakley BB, Parks DH, Robinson CJ, et al. Представляем mothur: программное обеспечение с открытым исходным кодом, независимое от платформы, поддерживаемое сообществом для описания и сравнения сообществ микробов. Прикладная и экологическая микробиология. 2009; 75: 7537–7541. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 18. Хартман А.Л., Риддл С., Макфиллипс Т., Людашер Б., Эйзен Дж.Представляем W.A.T.E.R.S .: рабочий процесс для выравнивания, таксономии и экологии рибосомных последовательностей. Биоинформатика BMC. 2010; 11: 317. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 19. Коул Дж. Р., Ван К., Карденас Э., Фиш Дж., Чай Б., Фаррис Р. Дж., Кулам-Сайед-Мохидин А. С., МакГаррелл Д. М., Марш Т., ГМ Гаррити, Тидже Дж. М.. Проект базы данных рибосом: улучшенное выравнивание и новые инструменты для анализа рРНК. Исследование нуклеиновых кислот. 2009; 37: D141–145. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 20. Caporaso JG, Kuczynski J, Stombaugh J, Bittinger K, Bushman FD, Costello EK, Fierer N, Pena AG, Goodrich JK, Gordon JI, et al.QIIME позволяет анализировать данные секвенирования сообщества с высокой пропускной способностью. Природные методы. 2010. 7: 335–336. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Kuczynski J, Liu Z, Lozupone C, McDonald D, Fierer N, Knight R. Методы сходства микробных сообществ различаются по своей способности обнаруживать биологически релевантные паттерны. Нат методы. 2010; 7: 813–819. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 22. Lozupone C, Knight R. UniFrac: новый филогенетический метод сравнения микробных сообществ. Прикладная и экологическая микробиология.2005; 71: 8228–8235. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 23. Kuczynski J, Costello EK, Nemergut DR, Zaneveld J, Lauber CL, Knights D, Koren O, Fierer N, Kelley ST, Ley RE, et al. Прямое секвенирование микробиома человека легко выявляет различия в сообществах. Геномная биология. 2010; 11 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 24. Муэгге Б.Д., Кучински Дж., Найтс Д., Клементе Дж. К., Гонсалес А., Фонтана Л., Хенриссат Б., Найт Р., Гордон Дж. И.. Диета способствует сближению функций микробиома кишечника в филогенезе млекопитающих и в организме человека.Наука. 2011; 332: 970–974. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 25. Найтс Д., Костелло Е.К., Найт Р. Классификация микробиоты человека под руководством. Обзоры микробиологии FEMS. 2011; 35: 343–359. [PubMed] [Google Scholar] 26. Уайт Дж. Р., Нагараджан Н., Поп М. Статистические методы обнаружения дифференциально распространенных особенностей в клинических метагеномных образцах. Вычислительная биология PLoS. 2009; 5: e1000352. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 27. Йилмаз П., Коттманн Р., Филд Д., Найт Р., Коул Дж. Р., Амарал-Цеттлер Л., Гилберт Дж. А., Карш-Мизрахи И., Джонстон А., Кокрейн Дж. И др.Минимум информации о последовательности маркерного гена (MIMARKS) и минимум информации о спецификациях любой (x) последовательности (MIxS). Биотехнология природы. 2011; 29: 415–420. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 28. Йилмаз П., Гилберт Дж. А., Найт Р., Амарал-Зеттлер Л., Карш-Мизрахи И., Кокрейн Дж., Накамура И., Сансоне С. А., Глокнер Ф. О., Филд Д. Консорциум геномных стандартов: воплощение стандартов микробной экологии. Журнал ISME. 2011 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 29. Мейер Ф., Паарманн Д., Д’Суза М., Олсон Р., Гласс Э.М., Кубал М., Пациан Т., Родригес А., Стивенс Р., Уилке А. и др.RAST-сервер метагеномики — общедоступный ресурс для автоматического филогенетического и функционального анализа метагеномов. BMC Bioinformatics. 2008; 9: 386. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 30. Маки Р.И., Сгир А., Гаскинс Х.Р. Микробная экология развития желудочно-кишечного тракта новорожденных. Am J Clin Nutr. 1999; 69: 1035S – 1045S. [PubMed] [Google Scholar] 31. Домингес-Белло М.Г., Блазер М.Дж., Лей Р.Е., Найт Р. Развитие микробиоты желудочно-кишечного тракта человека и выводы из высокопроизводительного секвенирования.Гастроэнтерология. 2011; 140: 1713–1719. [PubMed] [Google Scholar] 32. Домингес-Белло М.Г., Костелло Е.К., Контрерас М., Магрис М., Идальго Г., Фирер Н., Найт Р. Режим доставки формирует приобретение и структуру исходной микробиоты в различных средах обитания новорожденных. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2010; 107: 11971–11975. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 34. Koenig JE, Spor A, Scalfone N, Fricker AD, Stombaugh J, Knight R, Angenent LT, Ley RE.Последовательность микробных консорциумов в развивающемся микробиоме кишечника младенца. Труды Национальной академии наук США. 2010 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35. Фирер Н., Лаубер С.Л., Чжоу Н., Макдональд Д., Костелло Е.К., Найт Р. Криминалистическая идентификация с использованием бактериальных сообществ кожи. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2010; 107: 6477–6481. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 36. Caporaso JG, Lauber CL, Costello EK, Berg-Lyons D, Gonzalez A, Stombaugh J, Knights D, Gajer P, Ravel J, Fierer N и др.Движущиеся картинки микробиома человека. Геномная биология. 2011; 12: R50. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 37. Костелло Е.К., Лаубер К.Л., Хамади М., Фирер Н., Гордон Дж.И., Найт Р. Изменчивость бактериального сообщества в средах обитания человеческого тела в пространстве и времени. Наука. 2009; 326: 1694–1697. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 38. Кунин В., Энгельбрексон А., Охман Х., Гугенгольц П. Морщины в редкой биосфере: ошибки пиросеквенирования могут привести к искусственному завышению оценок разнообразия. Экологическая микробиология.2010; 12: 118–123. [PubMed] [Google Scholar] 39. Айва К., Ланзен А., Кертис Т.П., Давенпорт Р.Дж., Холл N, руководитель IM, Рид Л.Ф., Слоан В.Т. Точное определение микробного разнообразия по 454 данным пиросеквенирования. Природные методы. 2009; 6: 639–641. [PubMed] [Google Scholar] 40. Sun Y, Cai Y, Huse SM, Knight R, Farmerie WG, Wang X, Mai V. Крупномасштабное эталонное исследование существующих алгоритмов для независимого от таксономии анализа микробного сообщества. Брифинги по биоинформатике. 2011 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 41.Schloss PD, Westcott SL. Методы оценки и улучшения, используемые в подходах на основе операционных таксономических единиц для анализа последовательности генов 16S рРНК. Прикладная и экологическая микробиология. 2011; 77: 3219–3226. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 42. Хьюз С.М., Велч Д.М., Моррисон Х.Г., Согин М.Л. Разглаживание морщин в редкой биосфере за счет улучшенной кластеризации OTU. Экологическая микробиология. 2010; 12: 1889–1898. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 43. Сунь И, Цай И, Лю Л., Ю Ф, Фаррелл М.Л., МакКендри В., Фармери В.ESPRIT: оценка видового богатства с использованием больших коллекций пиросеквенций 16S рРНК. Исследование нуклеиновых кислот. 2009; 37: e76. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 44. Равель Дж., Гайер П., Абдо З., Шнайдер Г.М., Кениг С.С., МакКулл С.Л., Карлебах С., Горле Р., Рассел Дж., Тэкет СО и др. Микробиом влагалища женщин репродуктивного возраста. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2011. 108 (1): 4680–4687. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 45. Arumugam M, Raes J, Pelletier E, Le Paslier D, Yamada T, Mende DR, Fernandes GR, Tap J, Bruls T, Batto JM, et al.Энтеротипы микробиома кишечника человека. Природа. 2011; 473: 174–180. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 46. Динсдейл Э.А., Эдвардс Р.А., Холл Д., Энгли Ф., Брейтбарт М., Брюлк Дж. М., Фурлан М., Деснуес С., Хейнс М., Ли Л. и др. Функциональное метагеномное профилирование девяти биомов. Природа. 2008. 452: 629–632. [PubMed] [Google Scholar] 47. Триндж С.Г., фон Меринг С., Кобаяши А., Саламов А.А., Чен К., Чанг Х.В., Подар М., Шорт Дж. М., Матур Э. Дж., Деттер Дж. К. и др. Сравнительная метагеномика микробных сообществ. Наука.2005; 308: 554–557. [PubMed] [Google Scholar] 48. Лей Р. Э., Хамади М., Лозупоне С., Тернбо П. Дж., Рэйми Р. Р., Бирчер Дж. С., Шлегель М. Л., Такер Т. А., Шренцель М. Д., Найт Р., Гордон Д. И.. Эволюция млекопитающих и их кишечных микробов. Наука. 2008; 320: 1647–1651. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 49. Мартин Ф.П., Шпренгер Н., Монтолиу И., Реззи С., Кочхар С., Николсон Дж. Диетическое регулирование функциональной экологии кишечника, изученное с помощью фекальной метабономики. Журнал протеомных исследований. 2010; 9: 5284–5295. [PubMed] [Google Scholar] 50.Тернбо П.Дж., Ридаура В.К., Вера Джей-Джей, Рей Ф.И., Рыцарь Р., Гордон Джи. Влияние диеты на микробиом кишечника человека: метагеномный анализ на гуманизированных гнотобиотических мышах. Наука трансляционная медицина. 2009; 1: 6ра14. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 51. Turnbaugh PJ, Ley RE, Mahowald MA, Magrini V, Mardis ER, Gordon JI. Микробиом кишечника, связанный с ожирением, с повышенной способностью собирать энергию. Природа. 2006; 444: 1027–1031. [PubMed] [Google Scholar] 52. Гилмор М.С., Ферретти Дж. Дж. Микробиология: тонкая грань между кишечным комменсалом и патогеном.Наука. 2003; 299: 1999– +. [PubMed] [Google Scholar] 53. Backhed F, Ding H, Wang T, Hooper LV, Koh GY, Nagy A, Semenkovich CF, Gordon JI. Микробиота кишечника как фактор окружающей среды, регулирующий накопление жира. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2004; 101: 15718–15723. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 54. Ley RE, Backhed F, Turnbaugh P, Lozupone CA, Knight RD, Gordon JI. Ожирение изменяет микробную экологию кишечника. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2005; 102: 11070–11075.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 55. Виджай-Кумар М., Эйткен Д.Д., Карвалью Ф.А., Каллендер Т.С., Мванги С., Сринивасан С., Ситараман С.В., Найт Р., Лей Р.Э., Гевиртц А.Т. Метаболический синдром и измененная микробиота кишечника у мышей, лишенных Toll-подобного рецептора 5. Наука. 2010. 328: 228–231. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 56. Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, Gordon JI. Микробная экология: микробы кишечника человека, связанные с ожирением. Природа. 2006; 444: 1022–1023. [PubMed] [Google Scholar] 57. Hehemann J, Correc G, Barbeyron T, Helbert W, Czjzek M, Michel G.Перенос углеводно-активных ферментов от морских бактерий к микробиоте кишечника японцев. Природа. 2010; 464: 908–912. [PubMed] [Google Scholar] 58. Детлефсен Л., Хусе С., Согин М.Л., Рельман Д.А. Распространенное влияние антибиотика на микробиоту кишечника человека, выявленное глубоким секвенированием 16S рРНК. Plos Biology. 2008. 6: 2383–2400. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 59. Детлефсен Л, Релман Д.А. Неполное восстановление и индивидуальные ответы микробиоты дистальных отделов кишечника человека на повторяющееся воздействие антибиотиков.Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2011. 108 (1): 4554–4561. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 60. Детлефсен Л., Хусе С., Согин М.Л., Рельман Д.А. Всестороннее воздействие антибиотика на микробиоту кишечника человека, что выявлено глубоким секвенированием 16S рРНК. Plos Biology. 2008; 6: e280. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 61. Джернберг С., Лофмарк С., Эдлунд С., Янссон Дж. Долгосрочное экологическое воздействие приема антибиотиков на микробиоту кишечника человека.Журнал ISME. 2007; 1: 56–66. [PubMed] [Google Scholar] 62. Джернберг С., Лофмарк С., Эдлунд С., Янссон Дж. Долгосрочное экологическое воздействие приема антибиотиков на микробиоту кишечника человека. Isme Journal. 2007; 1: 56–66. [PubMed] [Google Scholar] 63. Джернберг К., Салливан А., Эдлунд С., Янссон Дж. Мониторинг вызванных антибиотиками изменений в микрофлоре кишечника человека и обнаружение пробиотических штаммов с использованием терминального полиморфизма длины рестрикционных фрагментов. Прикладная и экологическая микробиология.2005. 71: 501–506. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 64. Jakobsson HE, Jernberg C, Andersson AF, Sjolund-Karlsson M, Jansson JK, Engstrand L. Краткосрочное лечение антибиотиками оказывает различное долгосрочное воздействие на микробиом горла и кишечника человека. PLoS ONE. 2010; 5 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 65. Маничан С., Ридер Дж., Гиберт П., Варела Э., Ллопис М., Антолин М., Гиго Р., Найт Р., Гварнер Ф. Изменение микробиома кишечника с помощью бактериальной трансплантации и приема антибиотиков. Геномные исследования.2010; 20: 1411–1419. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 66. Mellow MH, Kanatzar A. Колоноскопическая фекальная бактериотерапия в лечении рецидивирующей инфекции Clostridium difficile — результаты и наблюдение. Журнал Медицинской ассоциации штата Оклахома. 2011; 104: 89–91. [PubMed] [Google Scholar] 67. Grehan MJ, Borody TJ, Leis SM, Campbell J, Mitchell H, Wettstein A. Устойчивое изменение микробиоты толстой кишки путем введения донорской фекальной флоры. Журнал клинической гастроэнтерологии.2010. 44: 551–561. [PubMed] [Google Scholar] 68. Гарборг К., Ваагсбо Б., Сталлемо А., Матре Дж., Сундой А. Результаты инстилляционной терапии фекального донора при рецидивирующей диарее, связанной с Clostridium difficile. Скандинавский журнал инфекционных болезней. 2010. 42: 857–861. [PubMed] [Google Scholar] 69. Сильверман М.С., Дэвис I, Пиллай ДР. Успех самостоятельной трансплантации фекалий в домашних условиях при хронической инфекции Clostridium difficile. Клиническая гастроэнтерология и гепатология: официальный журнал клинической практики Американской гастроэнтерологической ассоциации.2010. 8: 471–473. [PubMed] [Google Scholar] 70. МакКоннаки А.А., Фокс Р., Кеннеди Д.Р., Ситон Р.А. Пересадка фекалий при рецидивирующей диарее, связанной с Clostridium difficile: серия случаев в Великобритании. QJM: ежемесячный журнал Ассоциации врачей. 2009. 102: 781–784. [PubMed] [Google Scholar] 71. Вы DM, Franzos MA, Holman RP. Успешное лечение молниеносной инфекции Clostridium difficile с помощью фекальной бактериотерапии. Анналы внутренней медицины. 2008. 148: 632–633. [PubMed] [Google Scholar] 72. Тведе М., Раск-Мадсен Дж.Бактериотерапия хронической рецидивирующей диареи Clostridium difficile у шести пациентов. Ланцет. 1989; 1: 1156–1160. [PubMed] [Google Scholar] 73. Хоруц А., Диксвед Дж., Янссон Дж. К., Садовски М.Дж. Изменения в составе фекального микробиома человека после бактериотерапии рецидивирующей диареи, связанной с Clostridium difficile. Журнал клинической гастроэнтерологии. 2010. 44: 354–360. [PubMed] [Google Scholar] 74. Вера Дж. Дж., Рей Ф. Е., О’Доннелл Д., Карлссон М., МакНалти Н. П., Каллстром Дж., Гудман А. Л., Гордон Дж. И..Создание и характеристика сообществ кишечных микробов человека у мышей-гнотобиотов. Журнал ISME. 2010; 4: 1094–1098. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 75. Гудман А.Л., Макналти Н.П., Чжао Ю., Лейп Д., Митра Р.Д., Лозупоне, Калифорния, Найт Р., Гордон Дж. Определение генетических детерминант, необходимых для создания симбионта кишечника человека в его среде обитания. Клеточный хозяин и микроб. 2009. 6: 279–289. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

Что такое микробиом? | ADC Education & Practice Edition

Введение

В последние годы произошел взрыв в нашем понимании человеческого микробиома (генома всех наших микробов).Достижения в области технологий секвенирования генома и метагеномного анализа (генетическое исследование геномов, взятых непосредственно из образцов окружающей среды) позволили ученым изучить эти микробы и их функции, а также изучить взаимодействия микробиома и хозяина как в отношении здоровья, так и болезней. Микробиом человека насчитывает около 100 триллионов микробов, большая часть которых обитает в нашем кишечнике. В этом резюме содержится обзор того, что известно о микробиоте (микробном сообществе) в педиатрической практике. Эта небольшая статья написана для практикующего педиатра.Для научного обзора читателя отсылают к обзорам.1, 2 Понимание этого сложного экологического сообщества важно, поскольку оно влияет на наших пациентов, а манипуляции с микробиомом кишечника могут быть использованы для лечения детских заболеваний в будущее.

Микробиом человека: самостоятельный орган

Микробиом человека состоит из сообществ бактерий (а также вирусов и грибов), которые имеют большую сложность, чем сам геном человека.Крупномасштабные метагеномные проекты (геномика сообщества и окружающей среды), такие как Европейская метагеномика кишечного тракта человека и Проект микробиома человека, сообщили о 3,3 миллионах уникальных генов, кодирующих белок, по сравнению со всем геномом человека, который насчитывает около 23000 гены. Эти исследования описали полезные функции нормальной кишечной микробиоты на здоровье вплоть до генетического уровня.3 Микробиом человека выполняет обширные функции, такие как развитие иммунитета, защита от патогенов, питание хозяина, включая производство короткоцепочечных жирных кислот, важных для хозяина. энергетический обмен, синтез витаминов и накопление жира, а также влияние на поведение человека, что делает его важным органом тела, без которого мы не смогли бы нормально функционировать (рис. 1).

Рисунок 1

Микробиом человека играет важную роль в управлении жизненно важными гомеостатическими механизмами в организме. К ним относятся усиленный метаболизм, устойчивость к инфекциям и воспалениям, профилактика аутоиммунитета, а также влияние на ось кишечник-мозг. SCFA, короткоцепочечная жирная кислота.

Состав микробиома

В отличие от генома хозяина, который является относительно постоянным, микробиом является динамичным и изменяется с ранним развитием, факторами окружающей среды, такими как диета и использование антибиотиков, и особенно в ответ на болезнь.4 Наиболее драматические изменения в составе происходят в младенчестве и раннем детстве. 5 На микробиом кишечника младенца влияют гестационный возраст (доношенный или недоношенный), способ родоразрешения (вагинальные роды или кесарево сечение), тип питания (грудное молоко). или смеси), статус питания матери (избыточный вес или недоедание) и использование антибиотиков.6 Сложность и пластичность детской микробиоты в течение этого раннего развития считаются важными для поддержания гомеостаза с иммунной системой хозяина и оказывают влияние на здоровье в более позднем возрасте.7

В здоровом кишечнике человека может находиться не менее 1000 различных видов бактерий, состоящих из двух основных типов, а именно Bacteroidetes и Firmicutes. Выяснение состава микробиома у здоровых людей важно для понимания того, какие последствия изменения состава микробиома могут иметь для здоровья человека и восприимчивости к болезням.

В кишечнике обитают и другие микробы, включая вирусы, грибы и археи. Однако исследования по ним были небольшими по сравнению с исследованиями по бактериям.

Микробиом человека и болезнь

Связь между изменениями в составе микробиома и патогенезом болезни неясна. Задача состоит в том, чтобы определить, связан ли микробный дисбаланс с заболеванием, иногда называемым «дисбактериозом», и уметь различать причину и следствие. В следующем разделе освещаются некоторые состояния, наблюдаемые в педиатрии и связанные с изменениями микробиоты кишечника (таблица 1) 8–16.

Таблица 1

Изменения микробиоты кишечника влияют на системы органов в организме, приводя к заболеванию

Воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) — Это одно из наиболее широко изученных состояний человека, связанных с микробиотой кишечника.Состав кишечной микробиоты у здоровых людей и пациентов с ВЗК различается как с точки зрения видового богатства (т. Е. Количества видов бактерий), так и численности видов (т. Е. Количества особей на вид). Поскольку бактерии идентифицируются путем секвенирования, а не по функциональным характеристикам в культуральной лаборатории, отдельные виды или род бактерий (в зависимости от классификации данных о последовательности) обычно называются рабочими таксономическими единицами в исследованиях микробиоты.

Исследования показали, что у пациентов с ВЗК уменьшилось бактериальное разнообразие, уменьшилось количество Firmicutes и Bacteroidetes, а также увеличилось количество Proteobacteria по сравнению со здоровыми людьми.17 Последние исследования показывают, что патогенез ВЗК обусловлен взаимодействием факторов окружающей среды (например, курение, диета и стресс) и генетическая предрасположенность хозяина, на которую влияет комменсальная микробиота, которая активирует патогенные или защитные иммунные реакции.18 Данные, полученные на мышах, дополнительно подтверждают роль кишечной микробиоты в патогенезе ВЗК.

Некротический энтероколит (НЭК) — Патогенез НЭК многофакторный, хотя считается, что микробиота кишечника играет решающую роль. Исследования как на людях, так и на животных моделях описали изменения в микробиоте кишечника, включая уменьшение бактериального разнообразия и увеличение численности протеобактерий у недоношенных новорожденных с НЭК по сравнению со здоровыми недоношенными детьми.20 Однако результаты разных исследований противоречивы, и на сегодняшний день не было выявлено единого набора причинных микроорганизмов.

Атопические болезни — Заболеваемость такими заболеваниями, как экзема, астма и пищевая аллергия, увеличивается. Это часто связывают с гипотезой гигиены. Считается, что отсутствие контакта с микробными антигенами в раннем возрасте в развитых с точки зрения гигиены странах изменяет состав микробиоты кишечника младенца, что нарушает развитие иммунной системы, вызывая аллергическое заболевание.21 Например, такие виды, как Bacteroides fragilis , по сообщениям, вызывают иммунологическую толерантность через сигнальные пути иммунных рецепторов.22 Также на микробиоту кишечника младенца влияют факторы окружающей среды, включая домашних животных, проживающих в сельских домах и братьев и сестер, которые обладают защитным действием против астмы и аллергии. 23 Представление о том, что измененный состав микробиома влияет на предрасположенность детей к аллергическим заболеваниям, дополнительно подтверждается данными эпидемиологических исследований, в которых сообщается о более высокой распространенности атопических заболеваний у младенцев, рожденных с помощью кесарева сечения, младенцев, вскармливаемых смесью, и детей, подвергшихся воздействию антибиотиков.24

Диабет 1 типа — Микробиота кишечника участвует в регуляции метаболико-иммунной оси.8 Исследования, предполагающие специфический микробный состав и функцию, являющиеся причиной, не подтвердились. Однако считается, что бифидобактерии обладают защитным действием, а протеобактерии — фактором риска. Аналогичным образом, изменения микробиоты кишечника, вызванные образом жизни (например, способом родов и диетой), являются известными факторами риска развития диабета 1 типа, например, роды путем кесарева сечения, как сообщается, увеличивают риск развития диабета 1 типа на 20%.7

Расстройство аутистического спектра (РАС) — Микробиота кишечника может влиять на поведение человека, модулируя ось кишечник-мозг через эндокринные (кортизол), иммунные (цитокины) и нервные (блуждающая и кишечная нервная система) сигнальные пути. В нескольких исследованиях описана измененная микробиота кишечника у детей с РАС по сравнению с детьми с нормальным развитием.25 Однако требуется дополнительная работа, чтобы установить, важно ли это в патогенезе состояния.

Будущие возможности манипуляций с микробиотой для лечения болезней

Манипуляции с микробиотой как терапевтический инструмент — быстро развивающаяся область исследований микробиома.Существует множество данных, свидетельствующих о том, что методы лечения, способные обратить вспять дисбактериоз, эффективны при лечении определенных заболеваний человека. Целенаправленное использование антибиотиков для устранения выбранной микробиоты, пробиотики и пребиотики для стимулирования распространения полезных бактерий и трансплантация фекальной микробиоты для восстановления бактериальных сообществ — это некоторые из подходов, которые в настоящее время исследуются или используются. Эти исследования позволят лучше понять взаимодействия хозяина и микробиома, которые влияют на болезнь.

Как педиатры, мы должны быть в курсе исследований, поскольку в течение следующего десятилетия весьма вероятно, что мы, возможно, будем использовать такие методы лечения в нашей практике.

Наука о пробиотиках, пребиотиках и постбиотиках

Микробиом человека относится к организмам (бактериям, грибам и вирусам), которые обитают в организме человека и на нем. В данной статье термин «микробиом» будет использоваться только для этих бактерий.

Проект «Геном человека», стоимость которого оценивается в 3 миллиарда долларов США, представлял собой 13-летний (1990–2003 годы) проект, результатом которого стало первое успешное секвенирование генома человека. Ученые надеялись, что секвенирование генома человека приведет к излечению от многих современных хронических дегенеративных заболеваний. Эта цель не удалась, и секвенирование генома человека так и не привело к успешному лечению каких-либо заболеваний.

Однако одним большим преимуществом этого проекта стала разработка невероятной технологии, которая позволяет ученым секвенировать геномы в быстром и доступном темпе.Например, в январе 2017 года Illumina, глобальный производитель технологий секвенирования следующего поколения, объявила, что ее новый NovaSeq может секвенировать геном за один день всего за 100 долларов.

Невероятная мощность и скорость новой технологии секвенирования генов отчасти стали причиной государственного финансирования Проекта микробиома человека (2007-2012). Результатом этих усилий стала публикация более 350 исследований, которые рассматриваются как «рождение» современной эры науки о микробиоме.

«Благодаря проекту« Микробиом »и последующим исследованиям микробиома человека был получен огромный объем знаний», — пояснила Нена Докери, менеджер по научным и нормативным вопросам в Stratum Nutrition.«Были идентифицированы семейства микробов (в основном бактерии), и их относительное количество стало ассоциироваться с различными преимуществами для здоровья и восприимчивостью к болезням. Некоторые из видов бактерий, которые оказались особенно полезными, были выделены из источников человека или пищи и коммерчески выращены в качестве дополнительного источника этих полезных видов — и промышленность пробиотиков взлетела. Попутно было обнаружено, насколько важны определенные штаммы бактерий, что сузило коммерциализацию до бактериальных штаммов, которые можно было запатентовать за их преимущества.”

Она продолжила: «Затем пребиотики стали признаваться в качестве источников пищи как для добавок пробиотиков, так и для стимулирования роста собственных полезных видов организма. Если в продукте сочетаются особые бактерии, способствующие развитию определенных пребиотиков, использовался термин «синбиотик» ».

Докери проявлял особый интерес к развивающейся науке. «В рамках исследования естественных бактерий в организме было обнаружено, что некоторые бактерии производят побочные продукты своего метаболизма, которые имеют существенные преимущества для их человеческого хозяина», — заявила она.«Например, некоторые производят пищеварительные ферменты, такие как лактаза. Лактаза расщепляет молочный сахар (лактозу), и ее отсутствие в организме приводит к непереносимости лактозы. Другие бактерии, особенно в толстой кишке, продуцируют короткоцепочечные жирные кислоты [SCFAs], такие как бутират, которые очень защищают от развития рака толстой кишки. Конечно, этот тип исследования был большим моментом для ученых, потому что микробы (опять же, в основном бактерии) могли производить эти побочные продукты в бульоне, используемом для их ферментации для коммерческого производства в пробиотики; и это привело к дальнейшему исследованию, которое привело к появлению постбиотиков.”

Пробиотики

Большинство пробиотиков, имеющихся в настоящее время на рынке, предназначены для работы в кишечнике. Кишечный тракт, особенно нижний отдел кишечника, является домом для триллионов микроорганизмов, которые обеспечивают множество преимуществ, в основном связанных с пищеварением и функционированием иммунной системы. Однако лекарства, особенно антибиотики, наряду с определенными заболеваниями, диетой, генетикой и образом жизни, все играют роль в составе микробиома человека. Пробиотики предназначены для поддержки здорового функционирования собственного микробиома организма и заполнения пробелов, в которых развились его недостатки.

В настоящее время известно, что защитный микробиом организма обладает иммунными преимуществами не в кишечнике, а в полости рта, откуда патогенные микробы чаще всего проникают в организм. ¹ В полости рта обитает столько же различных видов бактерий, сколько в кишечнике; и эти бактерии могут образовывать чрезвычайно прочный барьер против захватчиков, влияя на здоровье не только зубов и десен, но и распространяясь в горло и слуховые проходы и косвенно по всему телу.

Докери предположил: «В определенной степени эти полезные бактерии функционируют посредством конкурентного ингибирования, но, что более важно, некоторые штаммы бактерий, такие как полезные виды для полости рта, Streptococcus salivarius , могут продуцировать соединения, называемые веществами-ингибиторами, подобными бактериоцину ( БЛИС). Эти соединения сильно ингибируют определенные патогенные бактерии. Пробиотики, полученные из местных штаммов этих полезных бактерий, могут помочь обеспечить передовую защиту от нежелательных штаммов, попадающих в организм через рот и нос.Некоторые из этих штаммов, такие как S. salivarius K12, были тщательно исследованы на предмет безопасности и их способности колонизировать ротовую полость человека ». ^2-8

Другой местный штамм S. salivarius — это M18, который обладает несколькими уникальными характеристиками, которые делают его полезным компонентом микробиома полости рта. S. salivarius M18 продуцирует соединения BLIS, которые ингибируют несколько видов распространенных бактерий, которые способствуют разрушению зубов и гингивиту.Он также секретирует два фермента, которые делают ротовую полость менее благоприятной для вредных организмов. Уреаза — это фермент, вырабатываемый M18, который помогает повысить pH среды полости рта, делая его менее благоприятным для ацидогенных бактериальных штаммов, ослабляющих зубную эмаль. M18 также производит декстраназу, которая помогает расщеплять декстран, углевод, который является неотъемлемым компонентом зубного налета. BLIS M18 — это пробиотик, полученный из S. salivarius M18, который, как было показано в нескольких исследованиях, способствует здоровью зубов и десен. ^9-12

Пребиотики

Пребиотики, содержащиеся в продуктах, богатых клетчаткой, таких как фрукты, овощи и цельнозерновые, представляют собой тип клетчатки, которую человеческий организм не может переварить. Докери отметил, что польза пищевых волокон хорошо известна и влияет на такие различные области, как здоровье сердечно-сосудистой системы, здоровье пищеварительной системы и вес. ¹³ Большинство пищевых волокон представляют собой сложные полисахариды. Однако это число расширилось за счет олигосахаридов, которые состоят из меньшего количества моносахаридов (простых сахаров).Олигосахариды в настоящее время составляют большинство пребиотических волокон, продаваемых на рынке.

Пребиотики сохраняются в неизменном виде через пищеварительный тракт в толстую кишку, где они ферментируются бактериями и другими микроорганизмами. Потребление пребиотических продуктов или добавок может помочь обеспечить оптимальный источник пищи для кишечных бактерий и выработку полезных соединений (таких как SCFA) в результате процесса ферментации.

Хотя пребиотики довольно легко получить при употреблении определенных продуктов (например, овса, содержащего бета-глюкан, и яблок, содержащих пектин), многие из лучших источников пребиотической клетчатки — это такие продукты, как корень коньяка и морские водоросли, которые не входят в состав западной диеты.Таким образом, пребиотические добавки становятся все более популярными.

Postbiotics

«В настоящее время нет единообразия в том, что продается как постбиотик», — утверждает Докери. «Некоторые компании продают продукты, идентифицированные как постбиотики, которые представляют собой смесь полезных побочных продуктов микробного метаболизма, обнаруженных в супернатанте, или даже отдельных побочных продуктов, таких как бутират. Однако Международная научная ассоциация пробиотиков и пребиотиков (ISAPP) недавно установила определение как «препарат неодушевленных микроорганизмов и / или их компонентов, который приносит пользу здоровью хозяина».«Это определение включает присутствие убитых микробных клеток и клеточных фрагментов (обычно в результате тепловой обработки), но, в частности, опускает требование супернатанта, хотя он может быть включен в постбиотический продукт».

Она признала, что постбиотики, по всей видимости, являются последней тенденцией в индустрии «-биотиков» и имеют определенные производственные и маркетинговые преимущества перед пробиотиками. В частности: поскольку они не являются живыми микробами, стабильность при хранении и выживание через кишечник могут быть гораздо более предсказуемыми.

Алексис Коллинз, менеджер по продукции в Stratum Nutrition, сказал: «Это большое облегчение, когда уважаемый научный орган, такой как ISAPP, предоставил нам исчерпывающее определение постбиотиков. Это не только обеспечит столь необходимую ясность для наших клиентов, но и станет началом постбиотического образования для конечных потребителей ».

Stratum предлагает LBiome, полученный из штамма человека, термически обработанный постбиотик ( Lactobacillus LB), последний из которых исследовался в постбиотической форме более века, с 12 опубликованными клиническими исследованиями, показывающими поддержку здоровья пищеварительной системы как у взрослых, так и у взрослых. педиатрическое население. ^14-21 Коллинз отметил, что LBiome обеспечивает пищеварительные преимущества пробиотика и гибкость состава спор без каких-либо проблем со стабильностью или производством.

LBiome клетки прикрепляются к слизистой оболочке кишечника, образуя улучшенную среду для микробиома кишечника, одновременно укрепляя слизистую оболочку кишечника, поддерживая здоровую границу кисти и плотные соединения. ²² Кроме того, недавно опубликованные исследования показали, что ингредиент является бифидогенным, что увеличивает популяции нескольких видов полезных Bifidobacterium как в культуре клеток in vitro , так и в системе ферментации фекалий человека ex vivo .

Рост биотической промышленности

Согласно отчету MarketsandMarkets, «Рынок микробиома человека по видам продукции (пребиотики, пробиотики, продукты питания, диагностические тесты, лекарства), применению (терапевтическое, диагностическое), заболеванию (инфекционному, метаболическому / эндокринному), технологиям исследований (геномика, протеомика, метаболизм»). ) — Глобальный прогноз до 2028 года: «Согласно прогнозам, к 2028 году мировой рынок микробиома человека достигнет 1,6 миллиона долларов США. Это больше, чем в 2025 году — 894 миллиона долларов США при среднегодовом темпе роста (CAGR), равном 21.3% за период времени.

Докери заключил: «Немногие другие сегменты в индустрии пищевых добавок и функциональных пищевых продуктов расширились и диверсифицировались до такой степени, как сегмент« -биотиков ». Это предоставило огромные возможности для непрерывного роста и в то же время привело к ожидаемым проблемам, таким как, где и когда могут потребоваться NDIN [уведомления о новых диетических ингредиентах], для разделения рода Lactobacillus . В то же время это расширение предоставляет захватывающие возможности для внедрения новых ингредиентов, которые будут безопасно и эффективно обеспечивать огромные преимущества, которые потенциально могут быть адаптированы для удовлетворения конкретных потребностей конечного потребителя.”

Исследования пребиотиков, пробиотиков и постбиотиков продолжают расширяться, так как появляется все больше информации о положительной роли человеческого микробиома в поддержании и поддержании здоровья человека.

Жаклин Ризо (Jacqueline Rizo) — автор контента, специализирующийся на статьях B2B и официальных документах для индустрии натуральных продуктов от имени Stratum Nutrition .

Список литературы

1 Burton JP et al.«Полезные микробы для полости рта: пора ли использовать стрептококки в ротовой полости?» Benef Microbes. 2011; 2 (2): 93-101.

2 Di Pierro F et al. «Предварительная педиатрическая клиническая оценка перорального пробиотика Streptococcus salivarius K12 для предотвращения рецидивирующего фарингита и / или тонзиллита, вызванного Streptococcus pyogenes, и рецидивирующего острого среднего отита». Int J Gen Med. 2012; 5: 991-997.

3 Di Pierro F et al. «Клиническая оценка перорального пробиотика Streptococcus salivarius K12 в профилактике рецидивирующего фарингита и / или тонзиллита, вызванного Streptococcus pyogenes, у взрослых.»Экспертное мнение Biol Ther. 2013; 13 (3): 339-343.

4 Di Pierro F et al. «Использование Streptococcus salivarius K12 для профилактики стрептококкового и вирусного фаринготонзиллита у детей». Drug Healthc Patient Saf. 2014; 6: 15-20.

5 Di Pierro F et al. «Пероральное применение Streptococcus salivarius K12 у детей с секреторным средним отитом: предварительные результаты пилотного неконтролируемого исследования». Int J Gen Med. 2015; 8: 303-308.

6 Di Pierro F et al. «Влияние введения Streptococcus salivarius K12 на возникновение стрептококкового фаринго-тонзиллита, скарлатины и острого среднего отита у детей 3 лет.”Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2016; 20 (21): 4601-4606.

7 Di Pierro F et al. «Использование Streptococcus salivarius K12 для снижения заболеваемости фаринго-тонзиллитом и острым средним отитом у детей: ретроспективный анализ нерецидивирующих педиатрических субъектов». Pediatrica. 2018; 70 (3): 240-245.

8 Marini G et al. «Пилотное исследование по изучению профилактической эффективности перорального пробиотика Streptococcus salivarius K12 в предотвращении рецидивов приступов глотки и миндалин у педиатрических пациентов.”Int J Gen Med. 2019; 12: 213-217.

9 Di Pierro F et al. «Результат кариограммы после 90 дней перорального лечения Streptococcus salivarius M18 у детей с высоким риском кариеса зубов: результаты рандомизированного контролируемого исследования». Clin Cosmet Investig Dent. 2015; 7: 107-113.

10 Bardellini E et al. «Заставляет ли предположение о том, что штамм Streptococcus Salivarius M18 исчезают черные пятна у детей?» Здоровье полости рта Prev Dent. 2020; 18 (1): 161-164.

11 Scariya L et al. «Пробиотики в пародонтологической терапии.”Int J Pharma Bio Sci. 2015; 6 (1): 242-250.

12 Burton JP et al. «Влияние пробиотического штамма M18 Streptococcus salivarius на показатели здоровья зубов у детей: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование». J Med Microbiol. 2013; 62 (Pt 6): 875-884.

13 Славин Ю. «Клетчатка и пребиотики: механизмы и польза для здоровья». Питательные вещества. 2013; 5 (4): 1417-1435.

14 Boehm G et al. «Пребиотики и иммунные реакции». J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2004; 39: PS376.

15 Simakachorn N et al. «Клиническая оценка добавления лиофилизированных, убитых нагреванием Lactobacillus acidophilus LB к пероральной регидратационной терапии при лечении острой диареи у детей». J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2000; 30: 68-72.

16 Salazar-Lindo E et al. «Эффективность и безопасность Lactobacillus LB в лечении легкой острой диареи у детей». J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2007; 44 (5): 571-576.

17 Lievin-Le Moal V et al. «Экспериментальное исследование и рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое клиническое исследование для оценки антисекреторной активности штамма Lactobacillus acidophilus LB против неротавирусной диареи.Педиатрия. 2007; 120 (4): 795-803.

18 Bodilis JY. «Контролируемое клиническое испытание Lacteol Fort по сравнению с плацебо и препаратом сравнения при лечении острой диареи у взрослых». Medecine Actuelle. 1983; 10: 232-235.

19 Xiao SD et al. «Многоцентровое рандомизированное контролируемое исследование убитых нагреванием Lactobacillus acidophilus LB у пациентов с хронической диареей». Adv Therapy. 2003; 20 : 253-260.

20 Kor JY et al. «Лечение Lacteol Fort уменьшает диарею, связанную с антибиотиками.”Сингапур Фам Врач. 2010; 36 (4): 46-49.

21 Canducci F et al. «Лиофилизированная и инактивированная культура Lactobacillus acidophilus увеличивает скорость эрадикации Helicobacter pylori». Алимент Pharmacol Ther. 2000; 14 (12): 1625-1629.

22 Варда А. и др. «Постбиотик, состоящий из термообработанных лактобацилл, оказывает бифидогенное действие на чистую культуру и ферментированные фекальные сообщества человека». Приложение Environ Microbiol. 2021; 87 (8): e02459-20.

Понимание того, как микробиом кишечника взаимодействует с нашей иммунной системой

Микрофотография, показывающая воспаление толстой кишки в случае воспалительного заболевания кишечника.Биопсия толстой кишки. Предоставлено: Википедия / CC BY-SA 3.0.

Международная группа ученых определила новую связь между определенными молекулами, производимыми микробиомом, и функцией белка, который влияет на воспаление кишечника.

Это открытие приближает исследователей из Университета Бата и Медицинской школы Чана Массачусетского университета (UMass Chan) к пониманию того, как хороший баланс микробов в нашем кишечнике связан с иммунной системой организма и здоровьем кишечника.Это также повышает вероятность того, что будут найдены новые методы лечения изнурительных воспалительных заболеваний кишечника, таких как язвенный колит и болезнь Крона.

Два класса молекул, идентифицированные авторами исследования, — это короткоцепочечные жирные кислоты и вторичные желчные кислоты. Исследователи не установили, как именно эти молекулы влияют на выработку P-gp. В своей будущей работе они планируют изучить роль этих молекул в регуляции генов и белков.

Обе молекулы существуют в кишечнике в здоровых количествах только тогда, когда определенным микробам созданы правильные условия для процветания в микробиоме.Эти микробы способствуют перевариванию пищевых элементов, таких как клетчатка и зеленые листовые овощи. Выводы исследователей подтверждают растущий банк доказательств того, что здоровье микробиома человека и, следовательно, его общее благополучие тесно связаны с диетой.

Микробиом кишечника отличается от человека к человеку, но в целом известно, что соответствующий баланс ключевых микробов связан со здоровым кишечником. Этот баланс может быть нарушен изменениями в диете. В частности, западная диета с высоким содержанием простых сахаров и жиров и низким содержанием растительного белка была связана с уменьшением количества бактерий в кишечнике, которые производят короткоцепочечные жирные кислоты и вторичные желчные кислоты.

Белок, который заставляет кишечник общаться с иммунной системой

P-гликопротеин (P-gp) — белок, изучаемый в этой работе, — позволяет кишечнику общаться с иммунной системой через стенку кишечника.

В течение нескольких лет этот белок был предметом озабоченности при исследованиях рака из-за его способности выкачивать химиотерапевтические препараты из раковых клеток, тем самым снижая способность лекарств бороться с опухолями. Однако сам механизм, который делает P-gp проблематичным при лечении некоторых видов рака, делает его полезным, помогая кишечнику поддерживать гомеостаз, то есть состояние равновесия, при котором хроническое воспаление подавляется.

В течение последних 10 лет ученые знали, что, выкачивая посторонние вещества, включая токсины, P-gp играет решающую роль в защите поверхности кишечника. Высокий уровень белка коррелирует со здоровым кишечником. При воспалительных заболеваниях, таких как воспалительное заболевание кишечника, экспрессия P-gp снижается.

Тем не менее, несмотря на понимание роли P-gp, до сих пор механизмы, контролирующие его экспрессию и регуляцию, оставались неизвестными.Результаты нового исследования в сочетании с более ранней работой в UMass Chan объясняют, как микробиом может влиять на экспрессию P-gp. Это дает важное представление о ключевом аспекте микробиома и о том, как он регулирует здоровье и болезни кишечника.

Воспалительное заболевание кишечника

В более раннем исследовании группа ученых из США и Великобритании продемонстрировала, что P-gp выделяет противовоспалительные соединения в кишечник. Эти молекулы, известные как эндоканнабиноиды, химически похожи на каннабис, но вырабатываются человеческим организмом и являются ключом к сдерживанию воспаления в кишечнике.Если эти эндоканнабиноиды уменьшены или отсутствуют, воспаление может вспыхнуть. Молекулы, идентифицированные в новом исследовании, побуждают P-gp высвобождать эти важнейшие молекулы эндоканнабиноидов.

Исследование, проведенное аспирантом Сейджем Фоули и профессором Бет Маккормик из Университета Массачусетса Чан в сотрудничестве с аспирантом Мерраном Данфордом и профессором Рэнди Мерсни из Департамента фармации и фармакологии в Бате, основано на предыдущем исследовании группы, которое продемонстрировало, как -воспалительный путь P-gp постоянно уравновешивается провоспалительным процессом.Эти противоположные пути взаимодействуют, чтобы поддерживать здоровье кишечника: в отсутствие инфекции противовоспалительный путь P-gp активен для подавления ненужного воспаления, в то время как провоспалительный путь готов к запуску иммунного ответа для защиты от кишечного инфекционное заболевание.

При воспалительных заболеваниях, таких как воспалительное заболевание кишечника, этот баланс плохо регулируется.

Выводы команды открывают новые захватывающие возможности для лечения воспалительных кишечных заболеваний.Возможные будущие методы лечения могут включать доставку определенных бактерий или бактериальных продуктов в кишечник человека или диетические изменения, которые будут поддерживать микробиом для стимулирования или поддержания экспрессии P-gp в кишечнике, тем самым защищая от нежелательного воспаления.

Воспалительное заболевание кишечника связано с генетикой и условиями окружающей среды, которые включают (но не ограничиваются ими) диету, физические упражнения, образ жизни и использование антибиотиков. Язвенный колит, самая распространенная форма воспалительного заболевания кишечника во всем мире, представляет собой хроническое изнурительное заболевание, неизлечимое.Симптомы включают боль в животе, сильные спазмы, стойкую диарею или запор, потерю веса и тяжелое воспаление кишечника. Хотя современные методы лечения могут уменьшить воспаление и симптомы, на сегодняшний день нет средств для лечения основного заболевания.

Г-жа Данфорд сказала, что «результатом этого исследования является то, что теперь мы знаем конкретные молекулы, продуцируемые бактериями микробиома, которые связаны с P-gp и, следовательно, со здоровым кишечником. Эти молекулы работают вместе, чтобы стимулировать P-gp к увеличивают высвобождение молекул эндоканнабиноидов, подавляющих воспаление кишечника.«

Г-жа Фоули добавила, что «мы рады обнаружить, что не только существует связь между микробиомом кишечника и регуляцией P-gp в кишечнике, но и что два класса микробных молекул на самом деле работают вместе, чтобы вызвать экспрессию P-gp».

«Это подчеркивает важность функционирования основного микробного сообщества для максимального воздействия на человеческий организм. Хотя даже внутри отдельного человека относительное количество микробов может колебаться, мы начинаем понимать важность поддержки микробного сообщества в целом. .Хотя нам еще предстоит многое изучить, мы подозреваем, что это возможно благодаря изменениям в рационе питания или появлению групп микробов ».

Комментируя исследование, Рут Уэйкман, директор службы, защиты и доказательств в Crohn’s & Colitis UK, сказала, что они «приветствуют исследования, которые помогают лучше понять, как факторы окружающей среды, диета и кишечные микроорганизмы могут влиять на такие состояния, как болезнь Крона и колит. Мы надеемся, что подобные исследования приведут к новым и улучшенным методам управления условиями в будущем.«

Исследование было опубликовано в журнале Microbiome .

---

Глиальные клетки имеют решающее значение для поддержания здорового иммунитета кишечника

---

Дополнительная информация: Сейдж Э. Фоули и др., Регуляция P-гликопротеина кишечного эпителия кишечной микробиотой для поддержания гомеостаза, Microbiome (2021).DOI: 10.1186 / s40168-021-01137-3 Предоставлено Университет Бата

Ссылка : Понимание того, как микробиом кишечника взаимодействует с нашей иммунной системой (2021, 26 октября) получено 26 октября 2021 г.