«Изучение микробиоты и микробиомы человека и их связи с различными заболеваниями — это мейнстрим современной науки последних пяти лет. Этим вопросом интенсивно занимаются и в нашем институте», — сообщил в беседе с RT заведующий отделом генетических основ биотехнологии Института общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН Валерий Даниленко.

Эксперт добавил, что микробиота кишечника — это такой же орган, как сердце, печень, почки и другие органы. Существуют параметры, которые характеризуют нормальное состояние микробиоты: «композиция определённых видов и родов бактерий, композиция конкретных генов, которые содержат эти бактерии».

Также по теме

Российские учёные занимаются активным поиском способов продлить человеческую жизнь, избавив людей от недугов, связанных с возрастом….

Чтобы изучить факторы, формирующие микробиом, израильские специалисты проанализировали базу данных около 1000 жителей страны, участвовавших в долгосрочном исследовании индивидуального питания. В распоряжении учёных имелись генетические данные и составы микробиом испытуемых, а также информация об их образе жизни, питании и принимаемых медикаментах. Анализируя собранные данные, исследователи пришли к выводу, что питание и образ жизни являются определяющими факторами, которые и формируют состав микробиома.

Далее учёные задались вопросом: если микробиом не определяется генетикой, то как он «общается» с генами человека и влияет на здоровье? Для ответа на этот вопрос генетики исследовали связь между микробиомом и уровнем холестерина, глюкозы в крови, весом и другими клиническими показателями. Оказалось, что для большинства этих медицинских факторов связь с геномами бактерий была почти всегда сильнее, чем связь с геномом человека.

• Медицинский работник в генетической лаборатории
• РИА Новости

«Если знать, какие факторы на самом деле формируют наш микробиом, то, вероятно, нам будет легче лечить многие заболевания. Мы не в силах изменить наши гены, но теперь мы знаем, что можем влиять и даже изменять состав различных бактерий в наших телах. Результаты нашего проекта многообещающие: они предполагают, что микробиом может быть весьма сильным инструментом для улучшения здоровья», — сообщил автор исследования Эран Сигал.

«Исследования на однояйцевых близнецах, которые проводились в начале 2000-х годов и проводятся до сих пор, показали, что состав структуры микробиоты человека зависит от его генотипа. В какой степени — это уже другой вопрос. Насчёт заявленных израильскими учёными 2% общего мнения пока нет», — сообщил Валерий Даниленко.

По словам эксперта, композиция видов и родов бактерий, кроме генетики, зависит от ряда других факторов: условий питания, иммунного статуса человека, стрессовых условий, экологии, а также частоты приёма антибиотиков.

«Практически при всех заболеваниях наблюдаются изменения состава микробиоты», — отметил Даниленко.

Наша задача — научиться приводить микробиом в нормальное состояние. По словам Даниленко, для этого используется ряд подходов коррекции микробиоты: применение антибиотиков, селективных агентов, фармобиотиков.

«Утверждение, что только 2% зависит от генотипа, на мой взгляд, сомнительное. Есть целый ряд факторов, влияющих на состав микробиоты. Это орган, который взаимодействует с мозгом, иммунной системой, печенью и так далее. Но никто генотип не отменял, персонализированную медицину тоже не отменял. Все эти проблемы будут обсуждаться на мировом конгрессе по микробиому, который пройдёт в июне 2018 года в Ирландии», — заключил Даниленко.

Как поставить микробы на службу человечеству

Новые границы

«У микробиомов нет тех ограничений, которые, как нам кажется, должны существовать», – заявляет Калленс.

По его мнению, именно поэтому подход ФАО, построенный вокруг концепции агропродовольственных систем, хорошо подходит для оценки функционирования микробных сообществ и их влияния на процессы загрязнения окружающей среды и изменения климата.

«Исследования в этой области помогают нам лучше понять, что значит быть здоровым», – говорит эколог ФАО Энн Богдански, которая занимается вопросами изменения климата, биоразнообразия и окружающей среды. «Мы тоже являемся симбиотическими организмами – без этих маленьких существ мы бы не выжили».

Она добавила, что рассмотрение вопросов, связанных с микробиомом, также способствует реализации подхода «Единое здоровье», в рамках которого признаются важнейшие и взаимосвязанные отношения между здоровьем людей, животных, растений и окружающей среды.

В настоящее время нами не изучено даже одного процента различных видов микробов в мире, при том, что о бактериях мы знаем больше, чем о других типах микроорганизмов. Вместе с тем многое еще предстоит узнать о том, как они выполняют многочисленные и часто взаимосвязанные экосистемные функции.

Так, ученые из Северной Америки недавно обнаружили источник болезни, от которой погибают белоголовые орланы. Ранее неизвестные цианобактерии росли на инвазивных видах водных сорняков. Используемое для борьбы с этими сорняками вещество под названием гербицид взаимодействовало с цианобактериями, в результате чего вырабатывался смертельно опасный жирорастворимый нейротоксин, убивавший белоголовых орланов, которые ели эти растения.

Такие комбинации показывают незаметное и при этом очень существенное воздействие, которое микробиом может оказывать на сельскохозяйственное производство, лесное и рыбное хозяйство.

Больше, чем зеленая революция

«Существует множество возможностей для применения знаний в области микробиологии в рамках устойчивой биоэкономики”, – добавляет Богдански. Понимание микробиома может помочь в создании новых видов удобрений, биостимуляторов или биопестицидов для защиты от определенных вредителей. «Речь идет о применении решений, основанных в большей степени на природных, а не на технологических процессах», – заметила она.

Микробиом — это не блюдо для смешивания, в которое вы добавляете ингредиенты, а своего рода «тропический лес» или отдельная интерактивная среда.

Калленс подчеркнул, что важная роль ФАО заключается в том, что она позволяет поднимать научные вопросы о микробиоме в контексте проводимых на политическом уровне дискуссий и следить за тем, чтобы развивающиеся страны не оставались в стороне от этого процесса. «Это гораздо больше, чем зеленая революция».

Дополнительная информация

Разнообразие микробиома кишки ассоциируется с низкой жесткостью артериальной стенки

В настоящее время продолжается поиск потенциально модифицируемых факторов риска сердечно-сосудистых осложнений. Известно, что состав и свойства микрофлоры кишечника могут влиять на течение хронических воспалительных и аутоиммунных заболеваний за счет модуляции оксидативного стресса и воспаления. По тем же механизмам кишечная микрофлора может оказывать влияние на воспаление в сосудистой стенке.

Авторы работы, опубликованной в European Heart Journal, выявили взаимосвязь между недостаточным разнообразием микрофлоры кишечника и повышенной жесткостью артериальной стенки. В свою очередь, жесткость артериальной стенки является независимым предиктором сердечно-сосудистых осложнений, особенно у больных с метаболическим синдромом (гиперинсулинемия, гипергликемия приводят к гипертрофии гладких миоцитов и фиброзу сосудистой стенки).

Несколько ранее было показано, что состав микробиома кишечника оказывает регулирующее влияние на системное воспаление, а также на чувствительность к инсулину. Авторы исследования предположили, что разнообразие микрофлоры (микробиома) кишечника, а также концентрация ряда бактериальных метаболитов может оказывать влияние на скорость пульсовой волны (показатель, отражающий жесткость сосудистой стенки).

Исследование было выполнено на выборке из 617 пар близнецов женского пола среднего возраста, у которых были проведены исследования состава микробиома кишечника, определены ключевые метаболиты бактерий, про которые ранее было показано, что они, так или иначе, влияют на системное воспаление или обмен веществ (индолпропионат, триметиламиноксид и фенилацетилглутамин), а также оценена скорость пульсовой волны. Кроме того, были оценены ключевые «классические» факторы риска ССЗ, а также параметры, которые могут оказывать влияние на жесткость сосудистой стенки.

Было показано, что большее разнообразие микробиома ассоциируется с меньшей жесткостью сосудистой стенки. Кроме того, было выявлено 7 конкретных таксономических групп микроорганизмов, присутствие которых в микробиоме ассоциируется с меньшей жесткостью сосудистой стенки (2 из этих групп относятся к семейству Ruminococcaceae, руминококки). Ранее было продемонстрировано, что присутствие этих же бактерий в микробиоме кишки ассоциируется с меньшим риском ожирения. Скорость пульсовой волны на 8,3% определялась разнообразием микробиома и синтезом специфических бактериальных метаболитов, и лишь на 1,8% — висцеральным ожирением и инсулинорезистентностью. Эффект микробиома был независимым как от классических факторов риска, так и от параметров, которые обычно оказывают влияние на жесткость сосудистой стенки (включая показатели, отражающие метаболический статус и выраженность системного воспаления).

Эти данные представляют особый интерес, поскольку на микробиом кишечника можно влиять. Так, употребление в пищу продуктов, богатых растительными волокнами, а также прием пробиотиков, содержащих лактобактерии и бифидобактерии, может увеличивать разнообразие микробиома. Есть данные, что прием пробиотиков, содержащих лактобактерии и бифидобактерии, приводит к снижению артериального давления. Таким образом, микробиом кишечника может оказаться еще одной мишенью, на которую стоит воздействовать с целью профилактики сердечно-сосудистых осложнений.

По материалам:

Cristina Menni, Chihung Lin, Marina Cecelja, et al. Gut microbial diversity is associated with lower arterial stiffness in women, European Heart Journal, Volume 39, Issue 25, 1 July 2018, Pages 2390–2397, https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehy226

Текст подготовлен к.м.н. Шахматовой О.О.

Всемирный день микробиома: вопросы эксперту

Статья в формате PDF

27 июня отмечается Всемирный день микробиома. Это событие учреждено для привлечения общественного внимания к научным исследованиям микробиома, повышения осведомленности о живом и разнообразном мире микроорганизмов. Влияние микробиома на состояние органов и систем является одним из интереснейших направлений медицинской науки.

Вопросы о роли микробиома в организме человека мы задали ведущему украинскому эксперту в области внутренней медицины – ​директору ГУ «Национальный институт терапии им. Л.Т. Малой НАМН Украины» (г. Харьков), доктору медицинских наук, профессору ­Галине ­Дмитриевне ­Фадеенко.

? Уважаемая Галина Дмитриевна, расскажите, пожалуйста, что такое мик­робиом человека. В какой период происходит формирование микробиома и может ли его состав меняться в течение жизни?

– Под микробиомом понимают совокупность всех микроорганизмов и их генов, населяющих определенное пространство. Микробиом человека – ​это совокупность всех микроорганизмов (бактерий, архей, грибов, вирусов) и их генов, населяющих различные анатомические пространства человека –внутренние и наружные. Причем численность микробов и их генов значительно превосходит таковую собственных клеток и генов человека. Так, среднее число собственных клеток человека составляет не более чем 43% от общего количества клеток (микробных и человеческих). Сотни триллионов микробных резидентов каждого человека несут в себе в 200 раз больше генов, чем человеческий геном.

В физиологических условиях наибольшая заселенность микроорганизмами (до 70% от их общего числа) приходится на пищеварительный канал: по убыванию – ​толстая кишка, тонкая кишка, ротовая полость, желудок, пищевод. По численности и разнообразию бактерии превалируют над другими микробными группами.

Постепенное микробное заселение происходит с момента рождения человека (прохождение через родовые пути, попадание во внешнюю среду, кормление) и дополняется при расширении рациона питания и его особенностей, контакта со внешней средой, образом жизни. В течение жизни микробиом (его разнообразие и групповой состав) может изменяться под влиянием питания, привычек и возраста (максимально в молодом возрасте с убыванием в процессе старения).

? Какова связь микробиома и таких патологий, как метаболический синд­ром, сахарный диабет и ожирение?

– Доказано, что микробиом имеет тесную взаимосвязь с так называемыми болезнями метаболизма – ​метаболическим синдромом в целом и всеми его компонентами (инсулинорезистентностью, артериальной гипертензией, неалкогольной жировой болезнью печени, избыточной массой тела, атерогенной дислипидемией), сахарным диабетом 2 типа (приобретенным), ожирением. С одной стороны, измененный микробиом под воздействием внешних факторов (вредных привычек, нерационального питания, низкой физической активности и др.) рассматривается как главный фактор риска и пусковой механизм для развития вышеперечисленных болезней метаболизма. С другой – ​сами эти заболевания являются причиной возникновения глубоких дисбиотических нарушений и их поддержания, что ведет к прогрессированию заболеваний и развитию их осложнений.

Установлено, что хроническое системное воспаление низкой степени активности является главным патогенетическим процессом, обусловливающим возникновение метаболических заболеваний. За инициацию и поддержание системного воспаления отвечает молекула триметиламин­оксида (ТМАО), которая образуется из триметиламина, выделяемого определенным видом кишечных бактерий, размножающихся в ответ на употребление красного мяса и жиров с последующей его оксидацией специальными ферментами печени. Именно молекулы ТМАО активируют кас­кад воспалительных реакций: умеренные процессы перекисного окисления липидов, умеренно повышенную экспрессию провоспалительных цитокинов, эндотелиальную дисфункцию сосудов, атерогенную активацию макрофагов и др. Возникающая при этом периферическая инсулинорезистентность (преддиабетическое состояние) может легко трансформироваться в сахарный диабет 2 типа. Вместе с тем изменение образа жизни (физическая активность, устранение вредных привычек, здоровый рацион питания) может позитивно изменить состояние кишечного микробиома, что сопровождается улучшением течения метаболических заболеваний: улучшение углеводного обмена, вплоть до его нормализации, снижение веса, снижение/нормализация уровня артериального давления, уменьшение частоты обращений к врачу и числа обострений.

? В настоящее время активно изучается связь кишечного микробиома и центральной нервной системы. Каким образом микробиом человека может влиять на функцию головного мозга? Существует ли связь между нарушением состава микробиома и психическими расстройствами?

– О существующей связи между кишечником и головным мозгом известно давно. Функционирование оси «кишечник/микробиом – ​мозг» достаточно изучено. Обмен информацией между мозгом и кишечником основан на четырех основных путях: нервном, гормональном, иммунном и метаболическом. Связь этих двух органов осуществляется через блуж­дающий нерв, который идет от черепа к грудной и брюшной полости и отвечает за несколько жизненно важных функций.

Кишечный микробиом осуществляет связь с мозгом через продукцию нейротрансмиттеров (серотонин, дофамин, ГАМК и т. д.). Эти микробиологические молекулы не оказывают непосредственного влияния на мозг, который изолирован и защищен гематоэнцефалическим барьером. Предполагается, что данные нейротрансмиттеры воздействуют на определенные структуры кишечника с последующей передачей импульсов в центральную нервную систему через нейроны желудочно-кишечного тракта, связанные с мозгом. Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) вырабатываются бактериями толстой кишки в процессе ферментации пищевых волокон, оказывают ­благоприятное и защитное действие, играют важную роль в обеспечении связи между двумя органами, воздействуя непосредственно на мозг. Другими возможными путями связи являются иммунная система и кровоток. Благодаря КЦЖК кишечные бактерии могут стимулировать синтез цитокинов, которые способны преодолевать стенку кишечника, проникать в кровоток и проходить через гематоэнцефалический барьер, воздействуя на области головного мозга, участвующие в регуляции стрессовых реакций. Поэтому пациентам с тяжелыми токсическими нарушениями печени и мозга назначают антимикробные препараты, уменьшающие численность кишечных бактерий и их метаболитов, что снижает их транслокацию (проникновение) в системный кровоток и тем самым снижает интоксикацию.

Мозг, в свою очередь, воздействует на кишечник, модулируя его секрецию, сократительную способность и кровообращение, оказывает влияние на его проницаемость. Вместе с тем исследования последних лет демонстрируют очень тесную связь между психикой человека и его кишечным микробиомом.

Очевидно, что микробиом влияет на организм и психику системно и непрерывно в течение жизни. Изучение микробиома как целостной системы внутри более высокоорганизованной системы (человека) в различных моделях психических расстройств демонстрирует значимую связь между композицией кишечных бактерий и психическими процессами. Кишечный микробиом может играть определенную роль как в этиологии, так и в патогенезе психических расстройств, что доказывает ряд исследований.

Показано, что расстройства аутистического спектра связаны с нарушениями развития мозга при нарушениях микробиоты. Так, у детей с аутизмом обнаружено меньшее разнообразие кишечной микробиоты, чем у здоровых детей: в ней содержится меньше полезных бактерий, таких как Bifidobacterium, и больше других (Lactobacillus, Clostridium и т.  д.). Кроме того, в кишечнике детей с аутизмом в увеличенном количестве присутствуют грибы Candida (особенно Candida albicans), которые продуцируют аммиак и токсины, предположительно влияющие на работу мозга и усугубляющие кишечные бактериальные расстройства. Улучшение состояния микробиома – ​приближение его к норме – ​может существенно ослабить аутистическое поведение, повысить способность к общению. Исходя из этого, недавно был разработан новый диагностический биомаркер аутизма у детей (точность составляет 96%), определяемый путем генетического анализа микробиома в ротовой полости (в слюне и зубном налете), – ​превышение количества вредных бактерий и уменьшение микробного разнообразия.

Многообещающие результаты были получены при изучении связи между кишечным дисбиозом и хронической тревожностью. Согласно научным исследованиям, микробиом может оказывать индуцирующий тревожность эффект или, на­оборот, подавлять беспокойство (анксио­литическое действие). Использование антибиотиков, которые уничтожают и подавляют кишечную микробиоту, может быть связано с возникновением тревожных расстройств или, наоборот, со снижением тревожности у животных. Данные результаты нуждаются в подтверждении в исследованиях у пациентов с тревожностью. Показано, что у людей пробиотики снижают уровень кортизола в моче. У здоровых людей потребление кисломолочных продуктов приводит к изменениям мозговой активности в областях, которые отвечают за эмоции и боль.

Ряд исследований посвящен изучению связи кишечного дисбиоза и депрессии. Экспериментальные работы демонстрируют, что отсутствие кишечной микро­биоты или ее гибель связаны с симптомами депрессии и дисбалансом нейро­транс­миттеров (серотонина, дофамина, ГАМК и т. д.). Кроме того, молекулы – ​индук­торы воспаления, которые в избытке присутствуют в крови и вырабатываются кишечными бактериями, предположительно имеют прямое отношение к развитию депрессии. Небольшое количество проведенных исследований у людей позволили выявить характерные бактериальные признаки: низкий уровень некоторых родов бактерий в кишечнике (Coprococcus и Faecalibacterium) связан с ощущением низкого качества жизни у пациентов с депрессией. А прием некоторых психобиотиков (Lactobacillus и Bifidobacteria), чис­ленность которых снижена у пациентов с депрессией, усиливает действие антидепрессантов (получены первые обнадеживающие результаты): их длительное применение может облегчить симптомы депрессии и психологического стресса, не вызывая нежелательных явлений.

Авторы большого обзора публикаций о фармакотерапии депрессии отмечают, что препараты, принадлежащие к новым классам антидепрессантов, обладают противомикробным действием. И, напротив, прием некоторых антибактериальных препаратов демонстрирует антидепрессантный эффект. Предположено, что именно антибактериальное действие может быть связано с эффективностью препаратов для лечения большого депрессивного расстройства.

Некоторые продукты питания также способны влиять на степень депрессии. Так, продукты с высоким содержанием глюкозы могут увеличивать предрасположенность к депрессии. Пребиотики (в основном галактоолигосахариды, содержащиеся в красной фасоли, нуте, артишоках и т.  д.) могут оказывать положительный эффект, стимулируя увеличение количества бифидо­бактерий. Фрукты, овощи, рыба (богатая ­ω‑3-ЖК) могут способствовать восстановлению микро­биома, регуляции провоспалительных процессов и, таким образом, благоприятно влиять на настроение.

Наиболее клинически значимыми являются результаты исследований нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера (самая распространенная форма деменции) и болезнь Паркинсона. Доказано, что ключом к патогенезу болезни Альцгеймера и ее прогрессированию является воспалительный процесс, вызванный локальными отложениями пептида Aβ42 в головном мозге. Каким образом влияет на этот процесс кишечный микробиом при дисбиозе, на данный момент неизвестно. ­Однако существует достаточно доказательств того, что дисбаланс в композиции кишечной микробиоты может провоцировать воспалительный процесс, который по оси «кишечник/микробиом – ​мозг» может достигать головного мозга. Применение пробиотического препарата влияет на ­состав кишечной микробиоты и ее ­метаболитов, что оказывает эффект на плазменную концентрацию воспалительных цитокинов и ключевых метаболических гормонов, которые считают терапевтическими мишенями при нейродегенерации, что способствовало восстановлению двух нарушенных протеолитических путей нейронов. Таким образом, модуляция микробиоты вызывает положительные эффекты на пути, которые способны замедлить прогрессирование болезни Альцгеймера.

Вместе с тем до настоящего времени отсутствуют исследования, доказывающие какое-либо влияние (позитивное либо негативное) на процесс психотерапевтического воздействия. В отличие от доказанной регуляции кишечными бактериями аффективной сферы, до сих не выяснено их влияние на мотивационную сферу, на когнитивные установки и другие сферы человеческой психики. Это открытые вопросы для будущих междисциплинарных исследований на стыке нейробиологии и психологической науки.

? Какие, на Ваш взгляд, наиболее перспективные исследования микро­биома проводятся в настоящее время?

– Глобальное исследование по доказыванию гипотезы о существовании ключевой микробиоты – ​так называемого филометаболического ядра, представленного доминирующими бактериями, существующими у большинства здоровых людей. В соответствии с гипотезой, физиологическая роль филометаболического ядра состоит в регуляции метаболических процессов в кишечнике. В случае подтверждения данной гипотезы возможность вычленения микробной основы позволит дифференцировать состояние здоровья и наличие метаболических заболеваний, а также создать новые возможности для восстановления здорового гомеостаза (и метаболизма) в случае микробного дисбаланса кишечника (дис­биоза). Например, базовое лечение и профилактика болезней метаболизма путем восстановления кишечного микробиома.

Еще одно исследование касается профилактики и лечения колоректального рака путем воздействия на кишечный микробиом. Имеющиеся данные свидетельствуют о патогенетической роли измененного кишечного микробиома в развитии колоректального рака (стимуляция роста опухоли, появление болезнетворных бактериальных видов, подавление полезных видов и их разно­образия). В экспериментальных и клинических исследованиях получены обнадеживающие результаты в отношении профилактики и лечения колоректального рака при восстановлении кишечного микро­биома.

Интересным направлением, которое интенсивно изучается, является определение эффективности фекальной трансплантации для ребиоза кишечника. В настоящее время ведется составление международных рекомендаций для практического применения данного метода лечения.

? Расскажите о современных методах терапевтического воздействия на кишечный микробиом.

– Современные методы терапевтического воздействия на микробиом включают несколько направлений:

1) исключение факторов риска его нарушений – ​вредных привычек, нездорового питания, ограниченной физической нагрузки, необоснованного приема антибактериальных препаратов, ограничение употребления продуктов с консервантами;
2) индивидуально подобранные физические нагрузки;
3) рацион, богатый пребиотиками, пробиотиками, витаминами и минералами;
4) применение пребиотиков, пробиотиков и их метаболитов в виде лекарственных препаратов при кишечном дисбиозе;
5) пересадка нормальной микробиоты от здорового донора (фекальная микробная трансплантация).

? Может ли индивидуальный состав микробиома определять наиболее подходящий рацион для конкретного человека?

– Действительно, наиболее подходящий рацион для конкретного человека и его режим физической нагрузки лучше всего определять на основе генетического анализа. Это называется персонифицированным подходом, который рассматривается как медицина ближайшего будущего. В Украине такие исследования проводятся. Судя по опыту нашего института, именно такое индивидуальное составление рациона питания и физической нагрузки является наиболее эффективным для более устойчивого ребиоза кишечника в сравнении со стандартными диетическими расчетами.

? Важно ли для практикующих врачей разных специальностей понимать роль микробиома в патогенезе различных заболеваний? Для каких медицинских специальностей это наиболее актуально?

– Понимание роли кишечного микробиома в патогенезе заболеваний является архиважным, поскольку оно открывает новые возможности лечения, а также первичной и вторичной профилактики многих, в том числе распространенных, заболеваний: метаболических, неврологических, онкологических. Наиболее актуальны такие сведения для семейных врачей, терапевтов, гастроэнтерологов, эндокринологов, кардиологов, онкологов.

? Что могут врачи рекомендовать своим пациентам с целью коррекции микробиома, профилактики нарушений его состава?

– Здоровый образ жизни, придерживаться которого необходимо на протяжении всей жизни и начинать никогда не поздно. Здоровый образ жизни является основой и коррекции, и профилактики кишечного дисбиоза, а также многих заболеваний. Без этого никакие медикаменты не смогут стойко восстановить микробный спектр кишечника. Задача врача – ​мотивировать своих пациентов к поддержанию физиологического состава кишечного микробиома, в том числе и на собственном примере.

Подготовила Ирина Петренко

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 10 (479), травень 2020 р.

СТАТТІ ЗА ТЕМОЮ Гастроентерологія

Хронічні захворювання органів травлення є найчастішою патологією, що трапляється як у дорослих, так і в дітей. Серед гастроентерологічних захворювань перше місце посідає патологія верхніх відділів шлунково-кишкового тракту, що становить майже половину всіх захворювань, передусім за рахунок патології гастродуоденальної зони [2]. Хронічні запальні захворювання верхніх відділів органів травлення досить часто супроводжуються ураженням підшлункової залози (ПЗ)….

Синдром подразненого кишечнику (СПК) – доволі поширений (5,8-17,5%) розлад роботи шлунково-кишкового тракту (ШКТ), що асоціюється зі значним медичним та фінансовим навантаженням на систему охорони здоров’я і суттєвими негативними наслідками для якості життя пацієнта. І лікарі, і пацієнти часто бувають незадоволені ефективністю наявних фармакологічних засобів та нерідко розглядають додаткову так звану комплементарну та/або альтернативну медицину (КAM), яка є унікальним та цілісним підходом до лікування, а не типовим компонентом традиційної медицини….

Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) вважає інфекційні хвороби однією з десяти провідних причин смертності у світі. За останні 20 років медичній спільноті стало відомо приблизно 40 нових інфекцій, 25 з яких є вірусними. Інфекція COVID-19 мобілізувала науковий медичний потенціал для пошуку методів боротьби із наслідками пандемії. В Україні коронавірусна інфекція забрала життя десятків тисяч людей. Спостерігається критичне зростання кількості тяжких хворих. …

Метаболічно асоційована жирова хвороба печінки (МАЖХП), що раніше називалася неалкогольною жировою хворобою печінки (НАЖХП), вражає близько чверті дорослого населення світу та є серйозним тягарем для системи охорони здоров’я й економіки багатьох країн і досі не має схваленої фармакотерапії….

Мясников объяснил, как микробиом влияет на здоровье человека

Полтора килограмма бактерий в кишечнике человека влияют на настроение, вес и развитие многих болезней, и имя им – микробиом. Что нового мы узнали о нем в последние годы? Как не стать жертвой собственного микробиома и улучшить его состояние? Война и мир бактерий внутри нас – вся правда о микробиоме от доктора Мясникова в эфире канала «Россия 1».

За последние сорок лет медицина совершила серьезный прорыв и достигла колоссальных высот: «Мы можем воздействовать на иммунитет, мы расшифровали геном человека, научились программировать стволовые клетки, выращивать органы. Но за успехами медицины мы просмотрели, что у нас есть еще один орган, чуть ли не самый важный», – говорит Александр Леонидович и поясняет, что речь идет о микробиоме.

Оказывается, этот орган влияет на состояние человека, его мышление и пристрастия. Это доказывает исследование, которое проводили на мышах: ученые пересадили кал агрессивных животных в организм более спокойных, и уже через несколько дней их поведение изменилось в противоположную сторону. То есть была выявлена прямая связь между кишечником и головным мозгом. Отсюда напрашивается вывод: изменения микробиома могут вызывать перепады настроения и даже депрессии.

Главная задача микробиома в том, что он отвечает за усвоение питательных веществ из продуктов. «Поэтому мы говорим: будьте осторожны с антибиотиками. Принимая их, вы губите микробиом», – заявляет Мясников в программе «О самом главном».

Изменения в микробиоме – серьезный фактор риска для развития сахарного диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения, онкологии, подчеркивает доктор. По его словам, уже сегодня при некоторых видах заболеваний врачи пересаживают кал здорового человека в кишечник больного, чтобы изменить его микробиом. Кроме того, фармацевты разработали лекарство, в составе которого содержится кал. По мнению специалиста, это настоящая революция в медицине.

Мясников также отметил, что с появлением антибиотиков в 1960-е годы многие инфекционные болезни были побеждены, однако именно в тот период наметилась тенденция к росту сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, которые сегодня являются главными причинами смертности во всем мире: «Потому что мы нарушили экологическое равновесие между нами как хозяевами и своим самым главным органом».

«Практический вывод таков: мы должны меньше принимать антибиотиков. Любой прием антибиотиков – это удар по микробиому, а какой будет ответка, мы не знаем. Она будет 100%», – подводит итоги Александр Мясников.

Еще больше интересных новостей – в нашем Telegram-канале @smotrim_ru

ОРКЕСТР МИКРОБИОМ — Александринский театр

Мультижанровая программа Александринского театра «Другая сцена»

Дирижер — Андрей Бундин 
Драматург — Алина Шклярская 
Режиссер — Алексей Едошин 
Актер — Николай Белин 
Исполнители: Ксения Бахтина, Анастасия Владимирова, Андрей Рылов, Евгений Хлопотов, Антон Шанихин
Видеохудожники: Андрей Рылов, Михаил Иванов (Mike IV)

Проект разработан в Лаборатории новых медиа, совместно с Фестивалем 101 в 2019 году

Оркестр микробиом — это художественный эксперимент, в котором исследуются возможности взаимодействия человека, машин и микроорганизмов сквозь призму сонификации, визуализации и коллективного перформанса. В ходе исполнения участники ансамбля под управлением Андрея Бундина извлекают звуки с помощью специально разработанных алгоритмов сонификации колоний микробиома. 

Проект создан в рамках курса Андрея Бундина «Звук в пространстве новых медиа» и мастер-класса по культивированию колоний микробиома Лауры Родригес силам Лаборатории новых медиа 2019 при участии Антона Полубояринова, Андрея Рылова, Эви Пярна, Ивана Наумова, Святослава Власова, Ольги Зубовой, Вероники Абашиной, Элины Файнберг. 

Андрей Бундин (р. 1987) — кандидат искусствоведения, композитор, медиа-художник. Автор камерных, симфонических, вокальных и электроакустических произведений, интерактивных инсталляций и перформансов. Доцент Института музыки, театра и хореографии РГПУ им. А.И. Герцена, преподаватель Лаборатории новых медиа на Новой сцене Александринского театра. Обладатель Best Music Award на кинофестивале в Эйндховене 2017, номинант Премии им. С. Курехина 2018, участник и член отборочного комитета Web Audio Conference.  

Смотрите на официальном YouTube-канале театра 

Все о вашем микробиоме

изображения предоставляются:

1. Getty
2. Getty
3. Getty
4. Getty
5. Getty
6. Getty
7. Getty
8. Getty
9. Getty
10. Getty
11. Getty
12. Getty
13. Getty
14. Getty

ИСТОЧНИКИ:

Аллергия, астма и клиническая иммунология : «Микробиом человека, астма и аллергия».

Американская гастроэнтерологическая ассоциация: «Интерпретация AGA последних исследований пробиотиков.

Ячейка : « Fusobacterium nucleatum  Способствует химиорезистентности к колоректальному раку путем модулирования аутофагии».

Гарвард Т.Х. Школа общественного здравоохранения Чана: «Микробиом».

Геномная медицина : «Микробиом в точной медицине: путь вперед».

Медицина Джона Хопкинса: «Трансплантация кала: почему это выполняется».

Медицина Джона Хопкинса: «Связь между мозгом и кишечником».

Журнал детской гастроэнтерологии и питания : «Социальный стресс влияет на воспаление толстой кишки, микробиом кишечника, уровни короткоцепочечных жирных кислот и рецепторы.

Журнал трансляционной медицины : «Влияние диеты на микробиом кишечника и последствия для здоровья человека».

Материалы клиники Майо : «Микробный метаболизм углеводов в кишечнике препятствует снижению веса у взрослых с избыточным весом, подвергающихся изменению образа жизни с помощью объемной диеты».

Микробная экология в области здоровья и болезней : «Кишечное мышление: кишечный микробиом и психическое здоровье за ​​пределами головы».

Национальный центр дополнительного и интегративного здоровья: «Пробиотики: подробно.

Природа: «Обширное воздействие неантибиотических препаратов на бактерии кишечника человека».

Nature Communications : «Способ рождения связан с самыми ранними функциями кишечного микробиома, вызванными напряжением, и иммуностимулирующим потенциалом».

Nature Reviews Microbiology : «Микробиом кожи».

Обзор пищевых продуктов : «Определение микробиома человека».

Окислительная медицина и клеточное долголетие : «Упражнения изменяют микробиоту кишечника с положительным эффектом для здоровья.

Scientific Reports : «Изменения микробиома кишечника при болезни Альцгеймера».

Scientific Reports : «Хроническое нарушение сна изменяет микробиоту кишечника, вызывает системное воспаление и воспаление жировой ткани и резистентность к инсулину у мышей».

PLoS Biology : «Пересмотренные оценки количества клеток человека и бактерий в организме».

Наука: «Микробиом в иммунотерапии рака: диагностические инструменты и терапевтические стратегии.

Учебный центр генетических наук Университета Юты: «Микробиом человека».

Центр экогенетики и гигиены окружающей среды Вашингтонского университета: «Краткие факты о микробиоме человека».

Микробиом — обзор | ScienceDirect Topics

Откуда и когда появились наши микробиомы?

Долгое время считалось, что новорожденные млекопитающие впервые подвергаются воздействию и колонизации микробиотой во время родов (во время родов и родов). Тем не менее, несколько линий доказательств сошлись, чтобы предположить, что первое воздействие микроорганизмов, вероятно, происходит внутриутробно. ^{8 — — 10 , 11 — 14 , 15- 17 , 18} Хотя не ясно, является ли эта ранняя микробная экспозиция приводит к истинной живой колонизации плода или, скорее, обеспечивает иммунную толерантность к поздней внеутробной колонизации новорожденного, очевидно, что новорожденные рождаются с обнаруживаемыми микробами, и они расширяются в течение раннего младенчества, образуя относительно сложные по составу и функциональным сообществам с таким же разделением телесных ниш, что и у взрослых. ^{8 , 14 — 17 , 19-36, , 19-36, 37 — — 42 , 43 42}

Каковы эти линии доказательств, поддерживающих предоплатущую микробное воздействие? Они многочисленны и происходят не только из ДНК (т.е., метагеномный) уровень доказательств, но также и из культивирования и анализа целевых видов и штаммов бактерий. Во-первых, матка и ее эндометрий явно не стерильны, и недавно была предложена связь между эндометриальными микробами и репродуктивным успехом. ^{45- 49 , 50, , 50, , 50, 51 — — 57 , 58, , 58, 59} Во-вторых, плаценты множества видов млекопитающих Harboss arboss выявляется с помощью метагеномики, иммуногистохимии, культивирования или их комбинации и отличается от потенциального заражения «набором» или «буфером для экстракции ДНК». ^{40- 42 , 49 , 480124 , 69 , 69, 70124 , 71- 76 , 77- , 77- 80124 , 81 Хотя одна группа сообщила из-за невозможности отличить обнаружение таксонов в микробиоме от «кит-негативных» и «экологических» контролей, их анализ был ограничен профилями таксонов на основе гена 16S рРНК на основе секвенирования ампликона V1V2. 82 Более того, общие таксоны на грубом уровне (т. е. выше вида или штамма) не свидетельствуют о контаминации.Таким образом, большинство имеющихся данных подтверждают наличие плацентарного микробного сообщества с низкой биомассой. В-третьих, как отмечалось ранее, новорожденный не рождается бесплодным. 8 , 14 — 17 , 19 , 19- 37 37 , 38- 44 Четверо, воздействие во время беременности Оставить протяженность «след» на потомстве. В частности, ранние факторы, потенциально влияющие на микробиом новорожденных и младенцев, включают гестационный возраст на момент родов, 17 режим кормления младенцев, 18,83 потребление матерью пищи с высоким содержанием жиров во время беременности и лактации, 9,19 использование антибиотиков, 84 и воздействие окружающей среды. 85,86 В-пятых, существуют противоречивые данные о том, оказывает ли способ родоразрешения (кесарево сечение или вагинальное) длительное влияние на структуру и функцию микробиома новорожденных и младенцев. На основании нескольких недавних исследований, мета-анализа и мнений экспертных комитетов, и другие подтверждают вывод о том, что долгосрочное влияние способа родоразрешения на состав и функцию микробиома человека, вероятно, минимально, модулируется многочисленными искажающими факторами и коллинеарными факторами и в значительной степени ограничивается неонатальным (<28 дней после рождения) и ранним младенческая жизнь. Учитывая многочисленные и значительные смешанные факторы во многих исследованиях, сравнивающих микробиоту после кесарева сечения и вагинальных родов, в настоящее время трудно утверждать, что акт родов с помощью кесарева сечения сам по себе вызывает дисбиоз у потомства, не говоря уже о том, какие виды или штаммы могут быть ответственны за это. для риска заболевания в более позднем возрасте.}

Как ваш микробиом может улучшить ваше здоровье

«Той ночью у меня в животе урчало, как будто мои новые микробы находили свой новый дом и обосновывались в моей толстой кишке», — говорит Кабаге.Эффект был быстрым и поразительным. После 14 месяцев страданий, через две недели после лечения Кабаге вернулась к своему нормальному состоянию. Проблемы с желудочно-кишечным трактом полностью исчезли.

Лечение, которое она получила, является кульминацией растущего осознания того, что микроорганизмы, обитающие в наших телах, играют важную, хотя и несколько недооцененную роль в нашем здоровье. Научные исследования помогли раскрыть сложные взаимодействия между нашим общим самочувствием и флорой, которая процветает во рту, носу, дыхательных путях, легких, желудках, толстой кишке, половых органах и коже.Они помогают нам переваривать, метаболизировать, производить слизь, смазывать и формировать первую линию защиты от чужеродных организмов, которые могут нам навредить.

По мере того, как раскрывается наше понимание этих сложных и продолжающихся всю жизнь взаимоотношений, растет и наша способность использовать их во благо. Это заставляет многих экспертов надеяться, что вскоре мы окажемся на пороге новой эры здравоохранения, которая лелеет и настраивает наших микробных попутчиков для нашей же пользы.

Эпоха микробиома

Лучше всего думать о микробиоме как о городе сообществ.Он состоит из триллионов бактерий, грибков и вирусов, борющихся за место внутри и на поверхности нашего тела. По мере того, как они проживают свое существование в своем собственном районе, они также выполняют роли, которые приносят пользу всему обществу. Здоровая микробиота обильна и разнообразна, и все, от нашего рациона до окружающей среды, влияет на то, насколько хорошо она функционирует.

Но, например, чрезмерное использование антибиотиков и потребление продуктов, подвергшихся глубокой обработке, уничтожают микробиоту нашего кишечника, делая людей более уязвимыми для таких инфекций, как C.difficile и другие формы заболевания. Только сейчас становится ясно, насколько важна эта связь между нашими микробиомами и нашим здоровьем.

Возможно, самым важным шагом стало осознание того, что мы также можем использовать нашу микробиоту для лечения или даже предотвращения болезней. Появление гипервирулентных штаммов C. difficile привело к огромному увеличению числа случаев за последние 20 лет, и в настоящее время более 20% случаев связаны с бактериями, которые стали устойчивыми к антибиотикам. Это означает, что наш стандартный подход к борьбе с этими инфекциями — курс антибиотиков — становится все более бесполезным.Те, которые действительно работают, используются экономно из-за боязни вызвать резистентность к ним.

Но FMT предлагает альтернативу в борьбе с такими инфекциями, как C. difficile. Эффективно восстанавливая здоровый баланс микробов в кишечнике, он позволяет этим бактериям снова контролировать количество C. difficile.

Познакомьтесь со своим микробиомом

В 2003 году проект «Геном человека» (HGP) объявил о завершении секвенирования каждой пары оснований ДНК отдельного человека и картировании всех генов — вместе известных как геном — нашего вида Homo sapiens .Это преподносилось как крупный прорыв в понимании нашего развития, нашей эволюции и, что очень важно, нашего здоровья. HGP произвел революцию в медицине, и с тех пор технология секвенирования генов стала гораздо более распространенной и менее дорогой.

Из проекта «Геном человека» мы узнали, что в геноме человека около 20 000 генов, кодирующих белок, — не больше, чем у мыши, и меньше, чем у некоторых обычных лабораторных растений! Как могли такие умные, изысканные, сложные существа, как мы, обходиться столь немногими генами? Оказывается, мы, люди, не просто люди. Каждый из нас представляет собой экосистему, в которой в любой момент времени живет примерно один триллион других микроскопических организмов. И эти организмы, известные под общим названием наш микробиом, содержат примерно в 300 раз больше генов, чем экспрессируют наши собственные геномы.

В настоящее время мы переживаем еще одну революцию, и она столь же захватывающая и стремительная, как и геномная. Чем больше мы узнаем об этих организмах, тем яснее становится, что мы на самом деле сверхорганизмы, каждый из нас — маленькая планета внутри себя, с обитателями и посетителями.Они влияют на наше настроение и внешний вид и играют важную роль в нашей иммунной системе. Тем не менее, мы изменяем эти сообщества разными способами, одним из наиболее важных из которых является использование антибиотиков. Как и пенициллин, один из первых открытых антибиотиков, и ципро, который исчез с прилавков после 11 сентября, это мощные и эффективные препараты для уничтожения бактерий. Однако они не эффективны против вирусов или грибковых инфекций, и тем не менее тревожно большое количество врачей признаются, что прописывают их при таких состояниях, как вирусы простуды, потому что пациенты или родители пациентов думают, что это улучшит их самочувствие. Эта практика, наряду с другими видами злоупотребления антибиотиками, приносит больше, чем пустая трата денег. Эти практики нарушают наш микробиом с последствиями для здоровья человека, которые мы только сейчас начинаем понимать.

Meet Your  Микробиом исследует эти последствия и возможные средства их устранения в рамках исследования доктора Мартина Блазера, директора программы микробиома человека Медицинского центра Лангоне при Нью-Йоркском университете и автора недавней книги « пропавших без вести микробов: как чрезмерное использование». антибиотиков подпитывают наши современные эпидемии .

Посмотреть крупнее

Микробиолог Сьюзен Перкинс, бывший младший куратор/профессор отдела зоологии беспозвоночных Музея, Института сравнительной геномики им. Саклера и Высшей школы Ричарда Гилдера.Она изучает паразитов, доминирующую форму жизни на Земле, уделяя особое внимание простейшим паразитам, вызывающим малярию.

Врач и микробиолог Мартин Блазер обсуждает, как изменения в микробиоме человека — например, из-за чрезмерного использования антибиотиков — могут способствовать увеличению хронических состояний, включая ожирение, аллергические заболевания и диабет.

Бактерии владели планетой около трех миллиардов лет, и они были заняты. Доктор Мартин Дж. Блазер прекрасно выразил это в своей книге 2014 года « Пропавшие микробы »: «Они создали кислород, которым мы дышим, почву, которую мы обрабатываем, пищевые сети, поддерживающие наши океаны. Медленно, неумолимо, методом проб и ошибок в глубине веков они изобрели сложные и надежные системы обратной связи, которые и по сей день поддерживают всю жизнь на Земле.Древние, но не примитивные бактериальные клетки, которые специалисты по инфекционным заболеваниям называют «законченными, автономными существами», бывают всех форм и размеров и приспособлены практически к каждой экосистеме на Земле.

Поэтому нас не должно удивлять, что они занимают большую часть Древа Жизни, представляющего эволюционные отношения между всеми живыми существами. Блазер использует пример двух распространенных бактерий, E. coli и Clostridium , чтобы показать это.Люди гораздо ближе по «дереву» к кукурузе, зеленому растению, чем две бактерии друг к другу. Другими словами, пишет он, «Человечество — всего лишь крупинка в огромном бактериальном мире. Нам нужно привыкнуть к этой мысли».

Посмотреть крупнее

На древе жизни люди гораздо ближе к кукурузе, зеленому растению, чем две обычные бактерии друг к другу.

Габи Д’Алессандро / © AMNH

На древе жизни люди гораздо ближе к кукурузе, зеленому растению, чем две обычные бактерии друг к другу.

Габи Д’Алессандро / © AMNH

«Человечество — всего лишь пятнышко в 90 331 массивном бактериальном мире.
Нам нужно привыкнуть к этой мысли.

Доктор Мартин Блазер Автор книги «Пропавшие микробы».

Посмотреть крупнее

Учитывая этот факт, нас не должно удивлять, что микробы также занимают большую часть нас . От семидесяти до девяноста процентов всех клеток в организме человека являются бактериями, представляющими около 10 000 различных видов. Генетически мы получаем еще меньше недвижимого имущества: 99 процентов уникальных генов в нашем организме являются бактериальными. Эта популяция из более чем 100 триллионов микроорганизмов составляет наш микробиом: набор микробных сообществ, которые эволюционировали вместе с homo sapiens , чтобы помочь организовать основные жизненные процессы, начиная с момента нашего рождения.

Поэтому нас не должно удивлять, что микробиом играет важную роль в здоровье, особенно в иммунитете и обмене веществ.И что нарушение этого древнего равновесия может иметь серьезные последствия. Но это было последним, о чем кто-либо думал, когда в 1940-х годах на сцену вышли антибиотики, уничтожающие бактерии или замедляющие их рост. «Мы только что выиграли Вторую мировую войну, мы сбросили бомбу, мы были непобедимы, и теперь у нас были эти невероятные наркотики», — говорит Блейзер. Ранее смертельные болезни можно было предотвратить или вылечить. Хирургия стала намного безопаснее. Побочные эффекты оказались немногочисленными и легкими.

Посмотреть крупнее

Приблизительно 30 триллионов клеток в вашем теле — менее трети — являются человеческими.Остальные 70-90% составляют бактерии и грибки.

, Габи Д’Аллесандро / © AMNH

Приблизительно 30 триллионов клеток в вашем теле — менее трети — являются человеческими. Остальные 70-90% составляют бактерии и грибки.

, Габи Д’Аллесандро / © AMNH

Посмотреть крупнее

Девяносто девять процентов уникальных генов в вашем теле являются бактериальными.Только около одного процента составляют люди.

, Габи Д’Аллесандро / © AMNH

Девяносто девять процентов уникальных генов в вашем теле являются бактериальными. Только около одного процента составляют люди.

, Габи Д’Аллесандро / © AMNH

Лекарства были настолько эффективны и, по-видимому, безвредны, что и врачи, и пациенты начали использовать их даже тогда, когда болезнь вряд ли была вызвана бактериями: например, для лечения инфекций верхних дыхательных путей. Подавляющее большинство ушных инфекций, ангины и кашля вызваны вирусами и проходят сами по себе. «Но если ваш ребенок принял амоксициллин, человеческая природа склонна доверять препарату», — говорит Блейзер.«Человеческой природе свойственно видеть то, что мы хотим и ожидаем увидеть». Трудность заключается в различении тяжелых и легких заболеваний, а также в учете риска для общества в целом. Независимо от того, помогает ли лекарство этому ребенку с ушной инфекцией, Блазер утверждает, что «в совокупности все эти дозы причиняют вреда».

В среднем американцы проходят около 30
курсов антибиотиков до 40 лет.  

Он также ясно говорит о том, что антибиотики бесценны для лечения многих серьезных инфекций и продолжают спасать бесчисленное количество жизней.Проблема не в использовании, а в чрезмерном использовании. В среднем американцы проходят около 30 курсов антибиотиков в возрасте до 40 лет. Они также попадают к нам в виде неорганического мяса, рыбы, выращенной на фермах, молока и яиц, потому что около 70 процентов всех продаваемых антибиотиков скармливают животным, выращиваемым на коммерческих фермах, для их откорма. . Они есть и в нашей водопроводной воде. Небольшие суммы, но, как отмечает Блазер, все сходится. Чрезмерное использование антисептиков и дезинфицирующих средств, а также рост числа кесаревых сечений также способствуют нападению на микробное разнообразие внутри нас и внутри нас.Мы только начинаем осознавать последствия для здоровья. Missing Microbes документирует связь между тем, что Блейзер называет «современной чумой» — ожирением, детским диабетом, астмой, сенной лихорадкой, пищевой аллергией, рефлюксом пищевода и раком, глютеновой болезнью, болезнью Крона, язвенным колитом, аутизмом, экземой — и широко распространенным антибиотиком. чрезмерное использование.

Оглядываясь назад, Блейзер спрашивает: «Как мы могли пропустить это так долго? Как мы могли использовать что-то настолько мощное, так широко и думать, что ничего не произойдет?» Он приписывает это «священным коровам повсюду» — идеям, часто необоснованным, но тем не менее не подвергающимся сомнению.«То, что антибиотики настолько эффективны и безопасны, по-прежнему верно, но это не на 100 процентов. Там — это биологических издержек, особенно для детей, чего мы не предвидели».

Скептики отмечают, что исследования, проведенные лабораторией Блазера, показывают корреляцию, а не причинно-следственную связь. Например, карты CDC 2010 года США показывают, что случаи ожирения и использования антибиотиков заметно выше на юге. Описывая свидетельство как «поразительно неслучайное», Блейзер говорит: «Если вы можете показать достаточное количество ассоциаций в достаточном количестве различных направлений, это начинает формировать причинно-следственный аргумент. «Возьмите курение, — предлагает он, — никогда не было доказано, что оно вызывает рак легких. Многие курильщики никогда не болеют раком, и есть некурящие, у которых он есть. «Дело в том, что курение является настолько сильным фактором риска, что мы теперь предполагаем, что это причина, но в техническом смысле это никогда не было показано на людях».

Блейзер быстро признает, что наука занимается проверкой гипотез, поэтому новым идеям уместно столкнуться со скептицизмом. Показательным примером является исследование роли Helicobacter pylori , бактерии, которая обитает в кишечнике человека не менее 100 000 лет.Медицинская догма долгое время считала, что желудок стерилен, а способ лечения язвы заключается в снижении кислотности с помощью питья молока и уменьшении стресса. Затем два австралийских врача заметили S-образную бактерию (которую мы теперь знаем как H. pylori ) в желудке и смогли установить новаторскую связь как с гастритом (воспалением желудка), так и с язвой — работа, которая принесла им Нобелевскую премию. для медицины в 2005 году. Лаборатория Блазера, которая начала изучать H. pylori в 1985 году, продолжила доказывать, что микроб может вызывать рак желудка, ведущую причину смерти от рака.

Посмотреть крупнее

Х.пилори

Фото любезно предоставлено JH Lee и KH Kim/Korea University

Х. пилори

Фото любезно предоставлено JH Lee и KH Kim/Korea University

Догма изменилась: «единственный хороший H. pylori — мертвый». Но когда Блейзер начал понимать, насколько глубоко изменилась микробиология человеческого желудка всего за несколько поколений, он начал задаваться вопросом, так ли это на самом деле. Эта бактерия, вероятно, стала менее распространенной в начале 20 ^-го века, когда вода стала чище, а семьи стали меньше, а широкое использование антибиотиков после 1940 года ускорило эту тенденцию.Эффект сохраняется на всю жизнь. Растет число новых заболеваний, связанных с исчезновением H. pylori  .

Начиная с 1996 года и перед лицом значительного и продолжающегося скептицизма, Блазер предположил, что H. pylori также играет положительную роль в здоровье человека. Он и его коллеги показали, что бактерия защищает от ГЭРБ (гастроэзофагеальной рефлюксной болезни), астмы и рака пищевода. «Хеликобактер — очень сложная проблема, — говорит он. «Все пытаются избавиться от него, но его исчезновение может быть не менее важным.Ко мне подходили в частном порядке люди и говорили: «Мы согласны с вами».

Еще одна проблема, связанная с чрезмерным использованием антибиотиков, и первая, которую необходимо признать, — это устойчивость к антибиотикам: появление «супербактерий», невосприимчивых к самым сильным лекарствам в нашем небольшом арсенале. Смертельные микробы, такие как C. difficile и MRSA, инфекция, вызванная устойчивым к антибиотикам стафилококком, впервые появились в больницах. В этом есть смысл, но почему они начали убегать в сообщество? Из-за давления антибиотиков, говорит Блазер, проводя аналогию с жизнью ниже уровня моря в Голландии.«Дайка, защищающая вас   , должна быть действительно прочной, потому что давление моря настолько велико, что любая небольшая утечка может привести к затоплению вас. Когда дело доходит до этих мощных патогенов, давление создается всеми антибиотиками, использовавшимися со времен Второй мировой войны, — не только антибиотиками, но и всеми антибактериальными средствами, которыми мы стираем одежду и надеваем ее. Мой коллега нашел объявление об антибактериальном степлере !»

Откровенно ужасающий рост и распространение этих смертоносных микробов может быть движущей силой перемен, и есть доказательства того, что мы можем изменить наши пути.Очевидно, что американцы пристрастились к антибиотикам, но другие общества менее зависимы. Шведы, например, используют только на 40 процентов больше антибиотиков, чем американцы (и, по крайней мере, так же здоровы). Точно так же было показано, что частота, с которой врачи назначают антибиотики, сильно различается в зависимости от одного типа медицинской практики. Блазер написал «Пропавшие микробы» , чтобы повлиять на общественность и практикующих врачей о всех рисках, связанных с использованием антибиотиков. Он хотел бы разработать программу для информирования людей о последствиях для здоровья детей, получающих антибиотики в раннем возрасте.И он хотел бы поощрять разработку антибиотиков узкого спектра действия, которые воздействуют только на несколько видов бактерий. Поскольку антибиотики гораздо менее прибыльны, чем лекарства от хронических заболеваний, фармацевтические компании прекратили их разработку. Блейзер предлагает людям сказать Конгрессу: «У меня есть дети и внуки, и я хочу, чтобы они получали антибиотики узкого спектра действия, и я хочу, чтобы они были в безопасности».

Посмотреть слайд-шоу лекции «Антибиотики и ожирение»

Многообещающим способом восстановления микробиома является ремедиация — замена некоторых организмов, которые теряются, когда кто-то принимает антибиотик.Одним из методов является фекальная трансплантация (FT): перенос стула здорового человека для замены полезных бактерий, которые были убиты или подавлены. ФТ оказалась очень эффективной в искоренении изнурительных инфекций C. difficile . Теоретически, чем разнообразнее образец микробиома, тем лучше, но на практике стул почти каждого здорового человека превращает странный микробиом в нормальный. «Это потрясающе», — комментирует Блейзер. «Мы думаем, что это потому, что существует фундаментальное равновесие».

Он также предупреждает, что это первые дни ФТ, а возможно, и последние дни, потому что более безопасные и более точные методы лечения находятся в разработке.Опять же, это вопрос оценки риска. «Есть тяжелобольные люди, которым это действительно нужно, но другие люди, которые легко больны, спрашивают меня, как они могут это получить». Blaser наблюдает хорошие результаты от пероральных коктейлей, содержащих гораздо более определенные бактериальные культуры. Эти являются научно разработанными пробиотиками, подчеркивает он, а не плохо изученными соединениями, которые заполняют полки в продуктовых магазинах, магазинах здоровой пищи и аптеках.

« Нам также необходимо усилить некоторые организмы, которые присутствуют, но истощены, с помощью пребиотиков», — говорит Блазер.(Пребиотики — это специальные химические вещества, которые способствуют росту полезных организмов — ваших собственных или тех, что даются в качестве пробиотиков. ) «Может быть, нам придется изменить ситуацию, заменить некоторые из этих исчезнувших организмов, возможно, изолятами из Амазонки или Африки. И, в конечном счете, мы должны контролировать». Границ медицины много. «Мы знаем, что антибиотики влияют на развитие обмена веществ (как при ожирении) и иммунитета (как при астме или диабете 1 типа), поэтому не будет преувеличением думать, что они влияют и на комплексное развитие мозга», — пишет доктор в Пропавшие микробы .Он также видит потенциальную связь со статусом эстрогена.

«Нам нужно усилить некоторые из существующих, но истощенных организмов… Возможно, нам придется заменить некоторые из этих исчезнувших организмов, возможно, изолятами из Амазонки или из Африки. И, в конечном счете, мы должны контролировать».

Доктор Мартин Блазер Автор книги «Пропавшие микробы».

Посмотреть крупнее

Все биологических систем потенциально подвержены влиянию микробиома? Блейзер считает, что это, вероятно, играет роль почти во всех аспектах здоровья и болезней, и что более важный вопрос — это вопрос масштаба. «Участвует ли микробиом в одном проценте биологического процесса — будь то развитие, например, или сердечная недостаточность — или в большей его части?» Почти любое заболевание заслуживает изучения, потому что все они различаются по течению и исходу, а также по тому, насколько хорошо или плохо люди реагируют на терапию. Врачи уделяют много времени изучению этой человеческой вариации, и Блазер считает разумным приписать некоторые из этих вариаций метаболическому статусу индивидуального микробиома. Его и его коллег особенно интересует почечная недостаточность, из-за которой некоторые пациенты переходят на диализ быстрее, чем другие.«Мы находимся на очень ранних этапах определения того, играет ли метаболическая активность микробов в нашем кишечнике роль в этом изменении».

Это захватывающая область исследований. «У нас есть ранние доказательства того, что там есть золото», — говорит Блейзер. — Мы еще не знаем, где он. Что он действительно знает, так это то, что хорошо аргументированные научные аргументы, подкрепленные данными, заставляют глаза загораться.

Этот проект поддерживается программой Награды Партнерства в области научного образования (SEPA) Национальных институтов здравоохранения (NIH).

Программа микробиома — Центр индивидуализированной медицины

Программа микробиома

Изобретение микроскопа давно позволило ученым понять, как бактерии могут вызывать и передавать инфекции в организме человека.Теперь, используя геномное секвенирование, исследователи обнаруживают, что сообщества бактерий внутри и на теле каждого человека, известные под общим названием человеческий микробиом, делают для людей гораздо больше, чем мы могли себе представить.

Количество бактерий человеческого микробиома и их генетического материала намного превышает количество человеческих клеток и генов, и эта популяция бактерий играет важную роль в поддержании здоровья. При его нарушении могут возникнуть серьезные проблемы со здоровьем.

Например, рассмотрим, что может произойти, когда люди подвергаются воздействию антибиотиков.У некоторых людей антибиотики могут вызвать дисбаланс нормальных бактериальных сообществ и привести к чрезмерному росту Clostridium difficile и сильному воспалению в кишечнике. Восстановление нормального микробиома путем прямой трансплантации микробиома может восстановить здоровье.

В рамках программы «Микробиом» исследователи изучают гораздо больше вопросов о взаимосвязи между микробиомом, здоровьем и болезнями, в том числе:

• Что микробиом может рассказать о здоровье?
• Могут ли микробные сообщества в толстой кишке быть причиной симптомов раздраженного кишечника?
• Как кишечные микробы влияют на другие части тела, такие как суставы, печень и иммунная система?
• Могут ли кишечные микробные метаболиты быть причиной того, что диета влияет на развитие рака толстой кишки?
• Могут ли методы геномного секвенирования помочь исследователям идентифицировать организмы, вызывающие вагиноз и проблемы с репродуктивным здоровьем?
• Может ли дисбаланс в микробиоме привести к аутоиммунным заболеваниям?
• Как ученые и клиницисты используют свои знания о микробиоме в новых диагностических и прогностических подходах?

Проекты

Изменение состава кишечной микрофлоры связывают с расстройствами желудочно-кишечного тракта, включая чувствительность к глютену и риск симптомов, подобных синдрому раздраженного кишечника (СРК).

Это исследование характеризует кишечную микрофлору пациентов с глютеновой болезнью и подгруппы пациентов с СРК для выявления и разработки новых методов лечения, а также профилактических вмешательств для лиц с высоким риском развития чувствительности к глютену и СРК -подобного симптомы.

Инфекция Clostridium difficile является основной причиной внутрибольничной диареи в США. Несмотря на успехи в лечении, инфекция Clostridium difficile по-прежнему связана с неблагоприятными исходами: некоторым пациентам требуется срочная операция по поводу угрожающих жизни инфекций, а у других наблюдаются рецидивы и хронические симптомы инвалидности.

В рамках этого проекта исследуется микробный состав фекалий в толстой кишке с целью разработки инструментов, позволяющих прогнозировать ответ на лечение и риск рецидива.

Устойчивые изменения нормального кишечного микробиома в сочетании с нарушенным барьером слизистой оболочки кишечника могут оказывать продолжительное влияние на системный иммунный ответ. Это может быть предшественником хронических воспалительных и аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит.

Характеристика состава кишечной микрофлоры больных ревматоидным артритом и здоровых членов их семей позволяет определить конкретные микробные виды или экологические свойства, такие как биоразнообразие, которые могут быть причиной микробного дисбаланса (дисбактериоза) у пациентов.

Это поможет улучшить прогностические и диагностические протоколы для лиц с высоким риском развития ревматоидного артрита и может привести к новым стратегиям лечения.

Известно, что пищевые факторы влияют на риск развития рака толстой кишки, но точный способ, которым пищевые факторы вызывают повреждение клеток и ДНК, не установлен. Без информации об этих лежащих в основе механизмах доступны только эмпирические подходы к коррекции диетических эффектов, и, к сожалению, такие профилактические стратегии не увенчались успехом.

Этот проект предполагает, что диета людей и возникающие в результате сообщества кишечного микробиома создают метаболиты, которые могут повредить клетки кишечника и привести к повреждению ДНК, что приводит к развитию рака. Исследователи тестируют два метаболических пути с токсическим потенциалом, включая сульфатредуцирующие бактерии и метаногены.

Бактериальный вагиноз — это состояние, которое может иметь важные последствия для репродуктивного здоровья на многих уровнях. Все больше данных свидетельствует о том, что это может быть результатом критических изменений в местном микробиоме.

В этом исследовании исследователи используют современные методы геномного секвенирования для оценки роли микробных сообществ и отдельных микробных вкладов в заболевание, с планами разработать как новые диагностические, так и терапевтические подходы на основе этой новой информации.

Ранняя диагностика заболевания и долгосрочный терапевтический мониторинг могут привести к своевременной корректировке интервенционных стратегий для каждого пациента. Этот проект направлен на разработку устройства для оказания медицинской помощи для быстрого выявления бактериальных инфекционных заболеваний для быстрого своевременного лечения, а также портативной микрофлюидной платформы для мониторинга иммунно-опосредованного ответа на терапию.

Цель состоит в том, чтобы развернуть эти платформы в отделениях интенсивной терапии, операционных и дома, чтобы помочь медицинским работникам принимать решения в индивидуальной медицине.

Этот проект направлен на разработку и проверку набора инструментов для вывода причинно-следственных связей, искусственного интеллекта и машинного обучения для расширенного прогнозирования рисков с использованием мультиомных данных. Инструменты прогнозирования риска для целенаправленной идентификации конкретных генотипов и фенотипов будущих злокачественных новообразований дополнят индивидуализированное клиническое управление в профилактике и лечении рака.

Эти мультиомные алгоритмы прогнозирования риска будут предоставлять персонализированные оценки риска развития рака для принятия клинических решений на основе генетических, эпигенетических, микробиомных, протеомных, метаболомных и транскриптомных данных о факторах риска.

Руководители программ

Индивидуальная медицина — История Дайанны

Трансплантация микробиома избавляет пациента от резистентной к антибиотикам кишечной инфекции.

Анимация программы микробиома

Программа «Микробиом» исследует генетический код микроорганизмов в организме с использованием новейших методов анализа микробиома человека для выявления, предотвращения и диагностики инфекций и других заболеваний.

.

Микробиом

Микробная среда

Микроорганизмы имеют различные потребности в питании, различный метаболизм, ингибируются различными соединениями и часто могут быть обнаружены только с помощью специальных индикаторных систем. Селективные среды позволяют выращивать только определенные виды или штаммы с определенными свойствами, в то время как неселективные питательные среды способствуют росту широкого круга организмов.Среды с системой дифференциации можно использовать для идентификации или, по крайней мере, для дифференциации микроорганизмов друг от друга. Для характеристики микробного сообщества и подготовки ДНК мы предлагаем широкий спектр микробных сред и сырья.

Стандарты микробиома

упростила секвенирование микробной ДНК в больших объемах, что позволяет выполнять комплексный анализ образцов микробиома. Чтобы избежать систематической ошибки и добиться воспроизводимости в анализе микробиома, стандартизация имеет решающее значение.Стандартизация является ключом к будущему микробиомных и метагеномных исследований, которые могут генерировать точные и достоверные данные.

Мы предлагаем растущий список стандартов микробиома ДНК отдельных микробов и инактивированных бактерий, которые подходят для ПЦР, секвенирования и NGS. Эти удобные, готовые к использованию отдельные стандарты повышают ценность, обеспечивая специфический, индивидуальный контроль. Эти экономичные стандарты поддерживают рабочие процессы микробиомики или метагеномики, повышая воспроизводимость и позволяя надежно сравнивать результаты, полученные в других лабораториях.

Антитела для исследования микробиома

Наш портфель антител для анализа микробиома включает высокоспецифичные антитела, которые связывают бактерии или бактериальные компоненты (например, токсины, уникальные белки и липополисахариды), подходящие для различных применений для обнаружения и выделения определенных бактерий. Основные приложения для иммунодетекции включают ИФА, вестерн-блоттинг (ВБ), визуализацию и изоляцию.

Ферменты без ДНК для исследования микробиома

Изучение микробных сообществ в последние годы произвело революцию благодаря широкому внедрению независимых от культуры аналитических методов, таких как секвенирование гена 16S рРНК и метагеномика.Поскольку загрязнение ДНК во время подготовки образца является существенным препятствием для этих подходов, основанных на последовательностях, необходимы реагенты для выделения ДНК, не содержащие ДНК-загрязнителей. Очищенные ферменты проходят строгий контроль качества, чтобы убедиться, что они не содержат ДНК-загрязнителей и, следовательно, подходят для исследований микробиома.

Наборы для очистки ДНК микробиома

Для изучения роли микробиоты в здоровье человека, животных и окружающей среды необходимо получить точные и воспроизводимые микробиологические данные.Поэтому жизненно важно применять соответствующую методологию для выделения микробной ДНК. Настройка оптимальной процедуры выделения ДНК имеет решающее значение для надежности и воспроизводимости результатов, поскольку неэффективное извлечение ДНК может привести к неправильной характеристике микробного сообщества. Наши наборы для очистки ДНК обеспечивают удобные и быстрые методы выделения высококачественной и высокопродуктивной микробной ДНК из различных образцов.

УСЛУГИ ПО МУЛЬТИОМИКС-АНАЛИЗУ МИКРОБИОМОВ

Наш конвейер сервисов микробиома включает:

• Универсальное решение для услуг мультиомики: включая услуги метагеномики и метаболомики
• Способность обнаруживать и количественно определять образцы из различных исходных сред : Фекалии, слюна, мазки, слизистые оболочки, кожа, почва и многие другие типы микробных сообществ.
• Комплексное обслуживание: от нашего уникального процесса извлечения ДНК с малым смещением до результатов биоинформации, анализ одним нажатием кнопки
• Разрешение бактериальных сообществ на уровне видов
• Точность с гарантией качества: В разработанных нами протоколах используются внутренние стандарты для обеспечения минимальной погрешности рабочего процесса.
• Биоинформатический инструмент M-CAMP™ : Удобная облачная биоинформатическая интерактивная платформа. Попробуйте прямо сейчас, бесплатно и без каких-либо обязательств для вас.
• Партнерство в области исследований: наши ученые консультируются и помогают вашим ученым, чтобы удовлетворить ваши потребности и получить точные, воспроизводимые результаты от вашего экспериментального дизайна микробиома и протоколов

Изучение микробиома человека и его связи с раком

Микробиом состоит из микроорганизмов, которые живут в нас и на нас и вносят свой вклад в здоровье и болезни человека.

Авторы и права: Дэррил Лейя, NHGRI

Под микробиомом понимается совокупность всех последовательностей генов сообщества микробов в организме человека. Высокопроизводительные технологии амплификации ДНК и секвенирования для характеристики микробных сообществ предоставляют данные для исследования микробных ассоциаций с заболеваниями человека. Наша цель — создать когорты с фекальными и оральными образцами для проспективной оценки связи между микробиомом человека и риском развития рака.

Несмотря на то, что за последние несколько лет количество исследований микробиома выросло в геометрической прогрессии, результаты было трудно воспроизвести в разных исследованиях. Изменчивость, вызванная сбором и обработкой проб, систематически не оценивалась. Исследователи DCEG используют многосторонний подход для решения методологических проблем микробиома.

Разработка методов

Сбор проб : Исследователи DCEG оценивают и стандартизируют протоколы сбора фекальных и оральных проб для надежного измерения микробиома человека в контексте крупномасштабных популяционных исследований.Рассматриваются несколько вопросов, таких как сохранение микробной сигнатуры, стабильность образцов в полевых условиях и сохранение образцов для максимизации мультиомных анализов.

Стандартные эталонные материалы : Крайне важно разработать соответствующие стандартные эталонные материалы для контроля качества образцов в крупных эпидемиологических исследованиях. Исследователи DCEG разработали два типа стандартов: хемостат, производимый в системе искусственного кишечника, также называемой «Robogut», и искусственные сообщества с известными бактериальными смесями.Отрицательный контроль одинаково важен; также оценивается необходимость их включения в исследования.

контроля качества микробиома (MBQC): степень стандартизации измерения микробиома, необходимая для перехода к крупномасштабным исследованиям, находится на ранней стадии разработки. Необходимо оценить и оптимизировать источники изменчивости микробного профиля, чтобы можно было объединить независимые эпидемиологические исследования. Исследователи DCEG помогли скоординировать и провести исследование MBQC, совместную работу, направленную на всестороннюю оценку методов измерения микробиома человека. В исследовании MBQC оценивалось влияние различных методов выделения ДНК, секвенирования и биоинформатики на образцы фекалий.

Возможность проведения когортных исследований : Большие проспективные популяционные когорты хорошо подходят для решения многочисленных важных эпидемиологических вопросов о патофизиологии заболеваний человека. Учитывая растущее понимание роли микробиома человека в различных состояниях здоровья, крайне важно реализовать соответствующую стратегию сбора образцов.Исследователи DCEG проводят многочисленные технико-экономические обоснования, чтобы оценить, можно ли собирать фекальные и оральные образцы в существующих когортах, предоплаченных планах медицинского обслуживания или скрининговых популяциях.

Этиологические исследования

Проспективное исследование микробиома полости рта и рака : Плохое здоровье полости рта и пародонтальные патогены связаны с рядом раковых заболеваний, смертностью и другими хроническими заболеваниями, что предполагает роль микробиома полости рта в развитии этих состояний. Исследователи DCEG оценивают связь между микробиомом полости рта и возникновением рака бронхов/легких, толстой кишки, пищевода, головы/шеи, гепатобилиарного тракта, поджелудочной железы, тонкой кишки и желудка, используя когортный дизайн в рамках ряда существующих когорт. Этот мультиканцерогенный многогрупповой проект позволит нам одновременно проверить несколько гипотез, даст более полное представление о роли микробиома полости рта в развитии рака в нескольких локализациях и позволит нам оценить общие механизмы в различных локализациях рака.

Исследования рака нижних отделов желудочно-кишечного тракта : Связь между микробиомом кишечника человека и колоректальным раком (КРР) является важным направлением нашего исследования. В исследовании случай-контроль с данными и образцами фекалий, ранее собранными в DCEG, мы обнаружили, что у случаев CRC было снижено альфа-разнообразие фекального микробиома, увеличено носительство Fusobacterium и Porphyromonas таксонов, а также снижено количество Clostridia таксонов. Метаболический анализ тех же образцов выявил 41 малую молекулу, которая различалась между случаями и контролем, что обеспечило потенциально улучшенные методы диагностики или понимание канцерогенеза.Метагеномный анализ ассоциаций с CRC и фекальными метаболитами подтвердил анализ 16S.

Исследования рака верхних отделов желудочно-кишечного тракта : Рак желудка в настоящее время является моделью бактериально-ассоциированного рака; Helicobacter pylori был классифицирован Международным агентством по изучению рака как канцерогенный для человека. Исследования DCEG оценили, как факторы риска развития рака, такие как табак, индекс массы тела и уровень пепсиногена, связаны с микробным разнообразием с использованием образцов, собранных в Китае.Мы обнаружили, что среди участников с плоскоклеточной дисплазией пищевода участники с более высоким риском развития рака желудка (низкое соотношение пепсиногена I/II) имели более низкое микробное богатство, чем участники с более низким риском развития рака желудка.