что такое микробиоценоз в биологии

Микробиоценоз желудочно-кишечного тракта: современное состояние проблемы

Определите значение слов, и вы избавите свет от половины его заблуждений. Декарт Афоризм, вынесенный в эпиграф данной статьи, как нельзя лучше отражает состояние проблемы по дисбиозам, поскольку до сих пор остается множество вопросов.

Определите значение слов,
и вы избавите свет от половины его заблуждений.
Декарт

Афоризм, вынесенный в эпиграф данной статьи, как нельзя лучше отражает состояние проблемы по дисбиозам, поскольку до сих пор остается множество вопросов. Врачи нередко используют в качестве синонимов термины «дисбактериоз», «дисбиоз», «микроэкология кишечника», «микробиоценоз кишечника», которые, в строго научном плане, не эквивалентны. Принципиальный вопрос даже не в используемых терминах, а в понимании сути проблемы и ее общебиологического значения. Его решение позволит более обоснованно и нацеленно проводить терапию, направленную на коррекцию микробиоценоза.

Общие представления о нормальном микробиоценозе ЖКТ

Однако бактерии неравномерно распределены в ЖКТ. Если в желудке плотность микробной колонизации невелика и составляет всего около 103–104 КОЕ/мл, а в подвздошной кишке — 107–108 КОЕ/мл, то уже в области илеоцекального клапана в ободочной кишке градиент плотности бактерий достигает 1011–1012 КОЕ/мл [15]. Несмотря на столь обширное разнообразие видов бактерий, обитающих в ЖКТ, большинство могут идентифицироваться только молекулярно-генетически [13].

Среди бактерий-комменсалов, культивированных из ЖКТ, более 99,9% являются облигатными анаэробами, из которых доминирующими представителями являются: Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Lactobacillus, Clostridium, Fusobacterium, Peptococcus, Peptostreptococcus, Escherichia и Veillonella [16]. Состав обнаруживаемых бактерий в различных отделах ЖКТ весьма вариабелен. В зависимости от частоты и постоянства обнаружения бактерий, вся микрофлора подразделяется на три группы (табл. 1).

Индивидуальность и стабильность микробиоценоза ЖКТ в физиологических условиях у человека является одной из характерных черт. Механизмы поддержания стабильности качественных и количественных параметров индигенной микрофлоры, несмотря на перманентное поступление экзогенных микроорганизмов с водой и пищей, пока до конца не выяснены. Среди ведущих факторов, обеспечивающих такую стабильность, традиционно рассматривают естественные природные защитные системы, которые обеспечивают в том числе и неспецифическую противоинфекционную резистентность (табл. 2).

Хотя структурно-функциональное значение этих систем в обеспечении стабильности микробиоценоза изучено не в равной степени, имеющиеся клинические наблюдения наглядно свидетельствуют о том, что нарушения их функ­циональной активности закономерно сопровождаются изменением состава флоры. Особенно велико влияние нормальной кислотности желудочного сока, обеспечивающего минимальное поступление экзогенных микроорганизмов в тонкую кишку [17].

Кроме этого, развитие концепции микробного сообщества (микробиоты) подразумевает наличие между микроорганизмами регуляторных влияний, позволяющих им координированно участвовать в процессах, происходящих в определенных биотопах (в частности, в ЖКТ). Одним из ключевых механизмов межклеточного взаимодействия между бактериями является механизм quorum sensing («чувство кворума»), впервые описанный в 1999 г. [18], но фактически совершенно не изученный в индигенной микрофлоре ЖКТ.

Клинические аспекты нарушений микробиоценоза ЖКТ

Современные исследования свидетельствуют, что облигатная микрофлора ЖКТ непосредственно участвует во многих жизненно важных процессах макроорганизма внутри самого пищеварительного тракта, а также оказывает многочисленные и разнообразные системные регулирующие функции, в силу чего индигенную микрофлору (нормальный микробиоценоз) кишечника нередко рассматривают в качестве составной части макроорганизма или как экстракорпоральный орган (табл. 3).

Нарушение микробиоценоза ЖКТ, характеризующееся снижением качественных и количественных показателей облигатной и факультативной микрофлоры, способно оказывать и негативное влияние на здоровье человека. Помимо «выпадения» физиологических функций, связанных со снижением плотности присутствия индигенной микрофлоры, развитие дисбиоза может быть сопряжено: а) с транслокацией бактерий и развитием эндогенных инфекционных процессов (вплоть до гнойно-септических состояний); б) со снижением резистентности организма; в) с развитием аллергических и иммунопатологических состояний; г) формированием патогенных клонов бактерий, обусловленным обилием в просвете кишечника плазмидных и хромосомных генов.

Принципы коррекции дисбиотических нарушений ЖКТ

Проблема изучения микробиоценоза ЖКТ сводится к попыткам его коррекции с помощью микробиологических препаратов. Эти попытки предпринимались и на заре изучения данной проблемы (Л. Г. Перетц), и с нарастающей интенсивностью продолжаются сейчас. На сегодняшний день накоплен обширный опыт применения пробиотиков. Обычно их используют в качестве профилактических препаратов и с целью коррекции дисбиотических нарушений. Однако имеется немало статей, в которых описывают и их терапевтический эффект при ряде патологических состояний [19–24].

Поскольку развитие дисбиоза характеризуется не банальным дефицитом представителей облигатной и/или факультативной микрофлоры, а является индикатором, свидетельствующим о нарушении микроэкосистемы, простого назначения пробиотиков с целью коррекции микробиоценоза бывает явно недостаточно. Главной целью врача должно стать не «засевание» слизистой кишечника пациентов нормальной микрофлорой, а восстановление микробиоценоза ЖКТ и плотности колонизации индигенной микрофлоры. Достижение данной цели возможно:

Пребиотики представляют собой химические компоненты (микробного и немикробного происхождения), способные избирательно стимулировать рост и/или метаболическую активность одной или нескольких групп бактерий, входящих в состав нормальной индигенной микрофлоры. Комбинированные препараты, в состав которых входят бактерийные препараты и стимуляторы роста, обозначают как синбиотики.

Согласно современным представлениям [10], штаммы, используемые в качестве пробиотиков, должны отвечать следующим критериям: а) быть безопасносными для человека; б) быть резистентными к действию кислого содержимого желудка, желчи и ферментам поджелудочной железы; в) обладать выраженными адгезивными свойствами в отношении эпителиальных клеток слизистой оболочки ЖКТ; г) проявлять антимикробную активность; д) ингибировать адгезию патогенных бактерий; е) быть резистентными к действию антибиотиков; ж) сохранять стабильность при хранении препарата.

Наиболее часто в качестве пробиотиков используют различные виды лакто- и бифидобактерий (табл. 4).

Предпочтение, отдаваемое препаратам, содержащим молочнокислые бактерии Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp., обусловлено тем, что они резистентны к действию желудочного сока, желчи и ферментам поджелудочной железы, легко адгезируются и колонизируют слизистую оболочку кишечника.

В целях повышения клинической эффективности пробиотиков в настоящее время предпочтение отдается разработке и использованию комплексных препаратов, в состав которых входит несколько штаммов бифидо- и лактобактерий, витаминные комплексы, пектины, что, как полагают, способствует повышению их адгезивности и колонизации слизистой оболочки кишечника. Капсульные формы также имеют определенные преимущества как в стабильности препарата, так и в сохранении активности штамма при прохождении через кислотный барьер желудка.

К таким препаратам относятся Линекс, Бификол, Ацилакт, Аципол, Бифистим и др. Длительность курса лечения пробиотиками обычно составляет от 2 нед до 1–2 мес. Прием пробиотиков целесообразно сочетать с употреблением щелочных растворов (столовые минеральные воды).

Клиническая эффективность пробиотиков связана с колонизацией слизистой оболочки кишечника и заместительным восстановлением функций нормальной индигенной микрофлоры кишечника (табл. 3), что обеспечивает создание микроэкологической среды, способствующей восстановлению индигенной микрофлоры. Хотя штаммы бактерий, используемые в производстве пробиотиков, отобраны из состава микрофлоры ЖКТ человека, они все же не обладают длительной колонизационной резистентностью и элиминируются из кишечника в течение 3–7 нед.

В последние годы широкое распространение в качестве пробиотиков получил препарат Энтерол, в состав которого входят дрожжи Saccharomyces boulardii. Данные дрожжи не входят в состав нормальной индигенной микрофлоры ЖКТ, однако обладают выраженными антагонистическими свойствами в отношении широкого спектра патогенных и условно-патогенных бактерий, сохраняют жизнеспособность при транзите по ЖКТ, абсолютно резистентны к действию любых антибактериальных препаратов (чувствительны только к противогрибковым препаратам). Спектр их ферментативной активности, по данным современных исследований, обеспечивает им участие в процессах пищеварения и обмена веществ. Saccharomyces boulardii относят к самоэлиминирующимся штаммам, поскольку их элиминация происходит в течение 3–4 дней после прекращения приема препарата. Обычный курс лечения Энтеролом составляет 7–10 дней.

Все большее внимание при восстановлении микробиоценоза кишечника уделяется относительно новому классу препаратов — пребиотикам, важнейшим требованием к которым является селективность действия только на индигенную микрофлору без усиления роста и размножения токсинпродуцирующих клостридий, токсигенных штаммов кишечной палочки и протеолитических бактероидов. Использование этих препаратов возможно только в случае доминирования в составе индигенной микрофлоры кишечника бифидо- и лактобактерий.

Наиболее часто используемыми пребиотиками являются Хилак форте и различные препараты пищевых волокон (кукурузные хлопья, крупы, хлеб).

Хилак форте содержит субстраты продуктов обмена индигенной микрофлоры кишечника, способствующих регенерации эпителиальных клеток слизистой оболочки кишечника и быстрому восстановлению нормофлоры. Препарат обычно назначают по 40–60 капель 3 раза в день в небольшом количестве жидкости (за исключением молока). Дозы и длительность приема препарата определяются индивидуально.

Клиническая эффективность комбинированных препаратов пробиотиков и пребиотиков (синбиотиков) пока остается малоизученной ввиду недостаточно накопленного опыта.

Вопросы безопасности использования пробиотиков

Длительный опыт клинического применения пробиотиков способствовал распространению и укреплению мнения их безопасности. Однако публикуемые в медицинской печати (особенно в последние годы) данные клинических наблюдений свидетельствуют о необходимости более глубокого анализа вопросов безопасности применения пробиотиков [32].

В настоящее время полагают, что оральный прием живых бактерий теоретически может быть ответственен за четыре типа побочных эффектов: а) развитие инфекционных процессов, обусловленных штаммами, входящими в состав пробиотиков; б) развитие метаболических расстройств; в) чрезмерная иммуностимуляция лимфатического аппарата кишечника; г) формирование новых клонов бактериальных штаммов за счет передачи генов, ответственных за экспрессию факторов патогенности.

Наибольшую настороженность вызывает возможность развития инфекционных процессов. Поскольку пробиотические штаммы бактерий отобраны из числа представителей индигенной микрофлоры, риск развития инфекционных процессов оценивается как очень низкий, но возможный. Данный тезис подкреплен целым рядом клинических наблюдений и обзорных статей, в которых описываются случаи развития бессимптомной бактериемии, тяжелого сепсиса, эндокардита, пневмонии и абсцессов, вызванных лакто-, бифидо- или другими бактериями [33, 34]. Поступление бактерий в кровоток возможен вследствие их транслокации через слизистую оболочку кишечника. Чаще всего факторами риска, связанными с бактериемией Lactobacillus, являются патологические процессы ЖКТ, обусловливающие снижение защитных барьерных функций, повышающих проницаемость слизистых оболочек кишечника (опухоли ЖКТ, травмы, операции) и иммуносупрессивные состояния.

Многие авторы отмечают, что бактериемию Lactobacillus очень трудно диагностировать, поскольку данный тип бактерий тяжело культивировать и идентифицировать, а в тех случаях, когда получают рост, это нередко расценивается как контаминация. Наиболее часто инфекционные процессы были обусловлены Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus fermentum и Lactobacillus casei.

Enterococcus faecium и E. faecalis тоже могут обусловить развитие инфекционных процессов. Кроме этого, уже имеются указания на появление ванкомицин-устойчивых штаммов энтерококков.

Определенное беспокойство вызывает и широкое применение препаратов, содержащих дрожжи — Saccharomyces boulardii, что связано с диагностируемой фунгемией [35]. Большинство исследователей отмечают, что развитие фунгемии обусловлено воздействием Saccharomyces boulardii на сосудистые катетеры.

Итак, дисбиотические нарушения ЖКТ — актуальная проблема практического здравоохранения, требующая глубокого теоретического, экспериментального и клинического исследования. Несмотря на то, что применение пробиотиков и является важной составной частью коррекции микробиоценоза, оно не должно являться самоцелью.

По вопросам литературы обращайтесь в редакцию.

В. А. Малов, доктор медицинских наук, профессор
Н. М. Гюлазян, кандидат медицинских наук
ММА им. И. М. Сеченова, Москва

Источник

микробиоценоз

Смотреть что такое «микробиоценоз» в других словарях:

Микробиоценоз — (микробное сообщество, ассоциация) совокупность популяций разных видов микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе (напр., в полости рта, в водоеме). В биотопах окружающей среды, а также у здоровых людей и животных М., как правило, состоит… … Словарь микробиологии

МИКРОБИОЦЕНОЗ — микробоцен, сообщество микробов одинакового местообитания и с одинаковыми потребностями. Входят в группу редуцентов. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

микробиоценоз — сущ., кол во синонимов: 1 • ценоз (41) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

микробиоценоз метантенка — Сообщество анаэробных микроорганизмов, осуществляющее метановое брожение органических веществ биоотходов. [ГОСТ Р 52808 2007] Тематики энергетика биоотходов Обобщающие термины понятия по метановому брожению биоотходов EN digester… … Справочник технического переводчика

микробиоценоз метантенка — 27 микробиоценоз метантенка: Сообщество анаэробных микроорганизмов, осуществляющее метановое брожение органических веществ биоотходов. Источник: ГОСТ Р 52808 2007: Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 52808-2007: Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52808 2007: Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения оригинал документа: 40 бензанол; газохол: Автомобильное моторное топливо, представляющее собой смесь нефтяных бензинов и этанола. Определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

биоценоз бактериальный — см. Микробиоценоз … Большой медицинский словарь

Бурмистрова, Александра Леонидовна — Декан биологического факультета Челябинского государственного университета (ЧелГУ) с 1998 г., заведующая кафедрой микробиологии ЧелГУ с 1997 г.; родилась в 1946 г. в Монголии; окончила с отличием Челябинский государственный медицинский институт… … Большая биографическая энциклопедия

Биоцено́з бактериа́льный — см. Микробиоценоз … Медицинская энциклопедия

Источник

Микробиоценоз

Смотреть что такое «Микробиоценоз» в других словарях:

МИКРОБИОЦЕНОЗ — микробоцен, сообщество микробов одинакового местообитания и с одинаковыми потребностями. Входят в группу редуцентов. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 … Экологический словарь

микробиоценоз — сущ., кол во синонимов: 1 • ценоз (41) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

микробиоценоз — (микро + биоценоз; син. биоценоз бактериальный) совокупность микроорганизмов в составе определенного биоценоза … Большой медицинский словарь

микробиоценоз метантенка — Сообщество анаэробных микроорганизмов, осуществляющее метановое брожение органических веществ биоотходов. [ГОСТ Р 52808 2007] Тематики энергетика биоотходов Обобщающие термины понятия по метановому брожению биоотходов EN digester… … Справочник технического переводчика

микробиоценоз метантенка — 27 микробиоценоз метантенка: Сообщество анаэробных микроорганизмов, осуществляющее метановое брожение органических веществ биоотходов. Источник: ГОСТ Р 52808 2007: Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 52808-2007: Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 52808 2007: Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Термины и определения оригинал документа: 40 бензанол; газохол: Автомобильное моторное топливо, представляющее собой смесь нефтяных бензинов и этанола. Определения… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

биоценоз бактериальный — см. Микробиоценоз … Большой медицинский словарь

Бурмистрова, Александра Леонидовна — Декан биологического факультета Челябинского государственного университета (ЧелГУ) с 1998 г., заведующая кафедрой микробиологии ЧелГУ с 1997 г.; родилась в 1946 г. в Монголии; окончила с отличием Челябинский государственный медицинский институт… … Большая биографическая энциклопедия

Биоцено́з бактериа́льный — см. Микробиоценоз … Медицинская энциклопедия

Источник

Микробиота человека

МИКРОБИОТА

Современные представления о микробиоте человека

1. Введение

С момента первых исследований бактерий кишечника, описанных более 300 лет назад в работах Антони ван Левенгука, а впоследствии Л. Пастера, Р. Коха, И.И. Мечникова, представления о роли микроорга­низмов, составляющих внутреннюю среду организма человека, за по­следние годы во многом изменились. Прежде всего, прогресс в понима­нии микробного сообщества человека стал возможным благодаря иссле­дованиям в области состава генома. В работах Нормана Пэйса была вы­двинута идея выделения ДНК из океанической среды, в 1991 г. он с кол­легами опубликовал работу о выделении и идентификации последова­тельностей гена 16S рРНК из образца воды Тихого океана [1, 2]. Следу­ющей исторической вехой в развитии метагеномики стала 2-летняя Глобальная океаническая экспедиция по сбору метагеномных образцов (GOS) в 2003 г., учрежденная Крэйгом Вентером. Состав собранных об­разцов был определен по результатам секвенирования генов 16S рРНК, и в одном только Саргассовом море было найдено свыше 2000 новых ви­дов бактерий [3].

По мере изучения генов в условиях современного окружения челове­ка, формирующегося под влиянием научно-технического прогресса, сте­реотипов в питании, гигиене, общекультурных ценностей, накапливается все больше данных, многие из которых имеют высокодостоверные дока­зательства [4, 5], что биологическая среда человека изменчива и представ­лена различными типами микроорганизмов, заселяющих все экологиче­ские ниши организма. Микробиом, сформировавшийся в процессе эво­люции, имеет огромное значение как для контроля оптимального уровня метаболических процессов в организме, так и для создания высокой ко­лонизационной резистентности к условно-патогенным микроорганиз­мам. Микробные элементы человека становятся барьером на пути экзо­генной инфекции — участвуют в обеспечении реакций обезвреживания токсинов, ограничивают патогенную активность бактерий и их колониза­цию в различных органах и системах [6].

2. Микробиота как отдельный орган в организме человека

(эволюция представлений, терминология)

Бактерии, обитающие в одной экологической нише, образуют слож­ную систему межвидового обобщенного метаболизма, наиболее эффек­тивно используют имеющиеся ресурсы питательных веществ, кислород, свет. Кожа, полость рта, влагалище и желудочно-кишечный тракт обеспе­чивают среду жизнедеятельности для колоссального числа микробных единиц. Даже легкие и плацента, ранее считавшиеся стерильными, пред­полагают определенную колонизационную активность, что было показа­но в результате изучения микросред у здорового человека [1].

Понятие « микробиом » было впервые внедрено в 2001 г. для обозначения коллективных геномов микробных популяций человека. Микробиом чело­века состоит не только из бактерий, но также из археев и эукариот, таких как простейшие, грибов и нематод, вирусов, коллективно называемых virome [7]. Изучают микробиом на метагеномном уровне с использованием методик, основанных на секвенировании не только последовательности генов 16S рР­НК, но и всех генов и некодирующих участков (так называемое шотган-секве­нирование, англ.: shotgun sequencing). Вследствие этого стало возможным по­лучать информацию о таксономическом составе микробиоты различных ло­кусов организма, ее функциональном потенциале — через определение отно­сительной представленности генов, кодирующих те или иные белки, в част­ности гены ферментов метаболических путей. Количество работ по метаге­номике постоянно растет, появляетс я все больше данных о значении микро­биоты различных локусов организма в норме и патологии [8].

Широкое распространение генные исследования микроорганизмов получили только в первом 10-летии XXI века благодаря появлению высо­копроизводительных приборов для секвенирования. Первая работа по метагеному кишечника человека была опубликована американскими уче­ными в 2006 г., в ней был проведен функциональный анализ двух наборов метагеномных прочтений, полученных из образцов кала. Вслед за ней вы­шла статья группы ученых из Японии с описанием уже 13 новых образцов. В обоих исследованиях применялось полногеномное шотган-секвениро­вание с последующей de novo сборкой контигов и предсказанием откры­тых рамок считывания, а таксономическая принадлежность определялась путем поиска ближайшего сходства этих контигов с базой геномных последовательностей NCBI, в частности посредством построения генных карт и последовательностей [10].

Изучение микробиоты различных сообществ имеет фундаментальное значение. Исследования общих и частных взаимосвязей внутри микро­биоты в различных организмах и средах, значение и вклад различных ти­пов микроорганизмов в поддержание гомеостаза, механизмы ответа на раздражители внешней среды необходимы для оптимизации исследова­ний в области экологии и молекулярной биологии [11].

Медицинские и клинические аспекты изучения микробиоты затраги­вают, прежде всего, уточнение взаимосвязи вариативности микроорга­низмов с риском развития заболеваний — сердечно-сосудистых, аллерги­ческих, онкологических и т.д. Предметом наибольшего числа работ явля­ется микробиота кишечника человека как наиболее многочисленная и разнообразная по сравнению с другими локусами организма [12].

Хотя изучение микробиоты человека стало возможным только за по­следние 20 лет благодаря развитию геномных исследований, биоинфор­матики, термин «микробиота» был использован еще в середине 40-х годов прошлого века при описании микробной контаминации бактериями по­лости рта, а «микробиомом» обозначили коллекцию микробных генов в конкретной экосистеме [12, 13].

Было установлено, что связанная с человеком микробиота состоит из не менее чем 40 000 бактериальных штаммов в 1800 родах, которые содержат до 10 млн отличающихся от человека генов [10]. Современное описание микро­биоты как генетического сообщества микроорганизмов человека принадле­жит нобелевскому лауреату Joshua Lederberg (1925—2008) и рассматривается как единый организм с индивидуальными генетически признаками. Микро­биота стала предметом интенсивного изучения в области протеомики и мета­боломики, близких направлений современной биомедицины, связанных с расшифровкой нарушений синтеза и структуры белков, липидов, активно­сти ферментов. Это создает перспективы для индивидуального подбора ле­карственной терапии и раннего прогнозирования развития заболеваний [14].

Сейчас идентифицировано более 5000 видов микроорганизмов, из них 90% не культивируемы в лабораторных условиях [http://www.ensembl.org]. С этих позиций человек вместе с живущими в его кишечнике генетически совместимыми микроорганизмами представляет единый «суперорганизм» с организованной работой ферментов, кодируемых не только геномом соб­ственно человека, но и геномами всех симбиотических микроорганизмов. Суммарная масса бактерий, ассоциированных с желудочно-кишечным трактом (ЖКТ) здорового человека, достигает 2,5—3 кг [15] и сравнима с массой головного мозга у взрослого человека (около 1,5 кг). При этом ки­шечник является первым органом иммунной системы организма, он содер­жит 80% всех иммуноглобулинов и 10 6 лимфоцитов в 1 г лимфоидной ткани (M. Sun, 2015). В этой экосистеме существуют разнообразные механизмы и типы взаимоотношений как между бактериями, так и между бактериями и клетками хозяина (комменсализм, мутуализм, паразитизм).

В состав микробиоты кишечника входит более 3 млн генов. Треть ми­кробиоты кишечника человека является общей для большинства людей, в то время как 2/3 индивидуальны, создавая своеобразное «удостоверение личности» [16]. Разнообразие микробиоты кишечника определяет гене­тическую вариацию среди индивидуумов, повышая толерантность к нега­тивным факторам окружающей среды [17]. Считают, что недостаточная вариативность микробиоты кишечника у матери неблагоприятно сказы­вается на риске заболеваний у новорожденных детей [18].

В то же время появились данные о том, что вариации генома макро­организма могут влиять на видовой состав кластеров бактерий. Данная закономерность была выявлена для 15 областей тела человека включая поверхностные и глубокие слои кожи, ротовую полость, кишечник, лег­кие и влагалище [19]. Таким образом наблюдается взаимное влияние ге­нетического материала макроорганизма на микробиоту, и наоборот. Микробиота человека включает облигатные возбудители, постоянно присутствующие в организме человека и выполняющие важную роль в метаболизме хозяина и защите его от возбудителей инфекционных забо­леваний. Вторая составляющая нормальной микрофлоры — транзитор­ная микрофлора (аллохтонная, случайная). Представители факульта­тивной части микрофлоры достаточно часто встречаются у здоровых людей, но их качественный и количественный состав непостоянен и время от времени меняется. Количество характерных видов относитель­но невелико, зато численно они всегда представлены наиболее обильно.

Функции нормальной микрофлоры кишечника:

Важнейшей функцией нормальной микрофлоры является ее участие в создании колонизационной резистентности (сопротивляемость, устойчи­вость к заселению посторонней микрофлорой). Механизм создания коло­низационной резистентности комплексный. Колонизационная резистент­ность обеспечивается способностью некоторых представителей нормаль­ной микрофлоры адгезироваться на эпителии слизистой оболочки кишеч­ника, образуя на ней пристеночный слой и тем самым препятствуя прикре­плению патогенных и условно-патогенных возбудителей инфекционных заболеваний. Другой механизм создания колонизационной резистентно­сти связан с синтезом микроорганизмами ряда веществ, подавляющих рост и размножение патогенов, прежде всего органических кислот, перекиси водорода и других биологически активных субстанций, а также с конкурен­цией с патогенными микроорганизмами за источники питания.

Состав микрофлоры и размножение ее представителей контролируются прежде всего макроорганизмом (колонизационная резистентность, связанная с организмом хозяина) с помощью следующих факторов и механизмов [26]:

3. Деятельность международных организаций и научных объединений по изучению микробиоты человека

(основные проекты в разных странах мира, базы данных)

Значительный прогресс в области изучения микробиоты и биологии стал возможным благодаря внедрению метода секвирования генов с ис­пользованием консервативной 16S рРНК. Эти исследования раскрыли перспективы для обнаружения некультивируемых бактерий, и уже сегод­ня значительно продвинули понимание кишечного микробиома (бакте­рии и их геном. Фундаментальные исследования были инициированы в рамках создания двух крупнейших консорциумов по изучению микро­биоты человека: MetaHIT (Metagenome of Human Intestinal Tract) в Европе и HMP (Human Microbiome Project) в США. В 2008 г. Национальный ин­ститут здравоохранения США начал финансирование проекта «Микро­биом человека» (Human Microbiome Project — НМР http://hmpdacc.org/).

Целями проекта стали:

Параллельно инициирована программа MetaHIT, продолжающаяся до настоящего времени, целью которой является «создать взаимодействия между генами микробиоты кишечника человека у здоровых и больных» (http://www.metahit.eu/) [7]. Ученые, участвующие в рамках проекта MetaHIT совместно с BGI (Beijing Genomics Institute, Китай), установили каталог из 3,3 млн преобладающих бактериальных генов в метагеноме ки­шечника человека [15].

В 2007 г. проект «Микробиом человека» получил статус приоритетного пути к открытиям в науке, активно поддерживается и сегодня, продолжает­ся до настоящего времени. Изучение человеческого микробиома также проводится на международном уровне под эгидой Международного кон­сорциума микробиомов человека в других странах. Канадские институты исследований здоровья через Институт инфекционных заболеваний и им­мунитета возглавляют «Канадскую инициативу по анализу и характеристи­кам микробов», которые колонизируют организм человека и потенциально влияют на изменение микробиоты при хронических заболеваниях.

В системе проекта «Микробиом человека» первоначально участвова­ли около 200 ученых из 80 мультидисциплинарных исследовательских ин­ститутов. Общая стоимость исследований составила 173 млн долларов. Изучены образцы тканей из 15 мест на теле 129 мужчин и 18 мест у 113 женщин. Все добровольцы — здоровые люди в возрасте от 18 до 40 лет — предоставили по три образца слизистой с внутренней стороны щек, носа, кожи за ухом и локтевого сгиба, а также фекальные пробы. Результаты опубликованы в ведущих по рейтингу журналах — Nature и др.

По результатам генетического анализа биоматериала было установле­но, что в человеческом организме обитает свыше 10 тыс. видов различных микробов. Так, если в геноме человека содержится 22 тыс. генов, кодиру­ющих белки для регуляции метаболизма, микробиом добавляет еще око­ло 8 млн уникальных бактериальных генов. В это же время исследователя­ми из США был опубликован список секвенированных геномов бактерий и архей, найденных в микробиоте человека. Эти две работы стали отправ­ными пунктами для дальнейших исследований, в частности высокоза­тратных и трудоемких методов шотган-секвенирования для качественной и количественной характеристики метагенома.

На веб-сайте проекта «Микробиом человека» за период с июня 2009 г. по август 2012 г. зарегистрировано более 190 рецензируемых публика­ций по геномным исследованиям. В настоящее время информационное поле постоянно наполняется новыми базами данных. К ним относятся IMG, база данных Integrated Microbial Genomes и система сравнитель­ного анализа IMG/M, связанная система, которая объединяет наборы метагеномных данных с изолированными микробными геномами из си­стемы IMG; CharProtDB, база данных экспериментально охарактеризо­ванных аннотаций белка и базы данных Genomes OnLine (GOLD) для мониторинга состояния геномных и метагеномных проектов во всем мире и связанных с ними метаданных. В России также ведутся исследо­вания, но главным образом в составе международных групп.

Информационные базы связаны с биомедицинскими технологиями передачи и хранения информации, активно разрабатываются инструменты для сравнительного анализа, которые облегчают выявление общих моде­лей, основных тем и тенденций в сложных наборах данных. К ним относят­ся RAPSearch2, быстрый и эффективный с точки зрения памяти метод по­иска сходства с белком для данных секвенирования следующего поколе­ния; Boulder Alignment Editor (ALE), инструмент для выравнивания РНК; WebMGA — настраиваемый веб-сервер для быстрого анализа метагеном­ной последовательности и DNACLUST, инструмент для точной и эффек­тивной кластеризации филогенетических маркерных генов, разработки новых методов и систем для сбора массивных наборов данных последова­тельности. Ни один алгоритм сборки не разрешает все известные проблемы сборки коротких последовательностей, поэтому программы сборки следу­ющего поколения, такие как AMOS, являются модульными, предлагая ши­рокий набор инструментов для сборки. Разработаны новые алгоритмы для улучшения качества и практической значимости проектов геномов.

Сборка каталога секвенированных эталонных геномов чистых бакте­риальных штаммов производилась из нескольких участков тела, с кото­рыми можно сравнивать метагеномные результаты. Первоначально це­лью было определение 600 геномов. В настоящее время планируется определение 3000 геномов и создание упорядоченного каталога, по край­ней мере в черновом варианте. По состоянию на март 2012 г. было зареги­стрировано 742 генома. Создан Центр анализа данных и координации (DACC), который служит в качестве центрального хранилища для всех данных Проекта. Изучаются юридические и этические вопросы, связан­ные с целыми исследованиями секвенирования генома.

4. Основные концепции и тренды научных и клинических исследований в изучении микробиоты

Основными концептуальными положениями, позволяющими сфор­мулировать тренды научных и клинических исследований (согласно про­екту «Микробиом человека»), следует считать [7]:

5. Заключение

Таким образом, за последние 10 лет достигнут значительный прогресс в понимании микробиоты человека как экосистемы, выполняющей функции отдельного органа в макроорганизме.

Микробиом — это совокупность генов микроорганизмов в организме человека, тогда как микробиота — экосистема с генетическими признака­ми, сформировавшимися в определенное время на определенной геогра­фической территории. Микробиота взаимодействует с остальными органа­ми и системами, определяя функционирование организма в целом как у здорового человека, так и при заболеваниях. Изучением микробиоты зани­маются крупнейшие консорциумы («Микробиом человека» — США, МetaHIT — Европа). Доказана генетическая гетерогенность, или вариатив­ность микробиоты у здорового человека, определяющая устойчивость к не­благоприятным факторам, инфекциям, изучается участие микробиоты ки­шечника как наиболее генетически разнообразной и многочисленной в раннем формировании иммунного ответа как у здоровых людей различного возраста, так и при заболеваниях. Накапливается все больше данных о зна­чении применения пробиотиков и трансплантатов микробиоты в лечении иммуноопосредованных заболеваний и при метаболическом синдроме, за­болеваниях полости рта, синдроме раздраженной толстой кишки и синдро­ме избыточного бактериального роста (СИБР).

Наиболее перспективными для изучения эффективности пробиоти­ков в настоящее время следует считать следующие направления:

«Метагеномика и кишечный микробиом»

Дополнительно см.:

Список литературы

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

Источник