Что мы уже знаем?

Онкологические заболевания — одна из ведущих причин смертности в мире. На онкогенез, прогрессирование и результаты лечения опухолей влияют различные взаимодействия между иммунной системой хозяина и бактериями в микробиоте. Однако роль грибов (микобиота) в этих процессах остается в значительной степени неизученной. Грибы и бактерии совместно колонизируют желудочно-кишечный тракт, эпителий кожи, дыхательные пути и репродуктивные органы млекопитающих, образуя сложную экосистему, где микроорганизмы взаимодействуют друг с другом и макроорганизмом, а результаты этого взаимодействия могут значительно влиять на здоровье. Хотя на грибковые инфекции приходится более 1,5 миллиона смертей во всем мире ежегодно, они составляют лишь 0,1% от всей микробной ДНК в кишечнике, что свидетельствует о непропорциональном влиянии видов из этого царства на общий микробиом кишечника и иммунитет. хозяина. Независимо от того, идет ли речь о вирусах, бактериях или грибах, все больше научных данных указывает на связь между микробиомом человека, онкологическими заболеваниями и результатами их лечения. В последние годы накопились данные, показывающие связь меж ду видами бактерий и развитием/прогрессированием онкологических заболеваний. Helicobacter pylori отвечает примерно за 75% риска, связанного с раком желудка, в то время как генотоксические Escherichia coli, Bacteroides fragilis, Streptococcus bovis/gallolyticus и Fusobacterium nucleatum задействованы в колоректальном канцерогенезе [2]. Общей чертой этих бактерий является способность вызывать хроническое воспаление, что способствует канцерогенезу. Недавно ученым удалось обнаружить внутриклеточные бактерии во многих типах опухолей [3].

Микобиом играет ключевую роль в активации врожденного иммунитета в кишечнике. С канцерогенезом связаны микотоксины и биологически активные амины. Недавние эксперименты подтвердили участие грибов в развитии некоторых ви дов з лок аче с твенных опухолей [4].

Данные секвенирования материала из банков опухолей показали наличие микробных последовательностей, однако их грибковой компонент еще не был изучен.

Что главное в этом исследовании?

Анализируя несколько типов злокачественных опухолей с помощью «Атласа генома рака» ( TCGA), авторы выделили профили микобиома, ассоциированные с опухолью, с разрешением на уровне вида. После устранения контаминации и поправки на ложноположительные сигналы авторы пришли к выводу, что грибковый состав варьирует в зависимости от типа опухоли, а некоторые грибы являются специфичными для ряда новообразований ЖК Т и за его пределами (рисунок 1А). Плотность грибковой популяции составляла до одной клетки на 104 опухолевых клеток, что согласуется с наблюдением, что грибы составляют 0,1-1% микробиома. В свою очередь, плотность бактерий составляла менее 1 клетки на 100 опухолевых клеток [2,3]. В опухолях ЖКТ в основном преобладали Candida, Saccharomyces cerevisiae и Cyberlindnera jadinii, а в опухолях легкого и молочной железы — Blastomyces и Malassezia. Далее удалось показать жизнеспособность 
и транскрипционную активность некоторых видов Candida в опухолевой ткани. Наконец, содержание некоторых грибов в опухолевой ткани позволяло предсказать уровень экспрессии опухолевых генов, статус заболевания и выживаемость (рисунок 1B), однако эти результаты все еще нуждаются в подтверждении. В целом, полученные данные свидетельствуют об участии грибов, особенно Candida, в патогенезе злокачественных новообразований желудочно-кишечного тракта, но также подчеркивают их потенциал в качестве терапевтической мишени и прогностического инструмента.

Каковы практические последствия?

Результаты исследования показали, что наряду с бактериями, во многих опухолях желудочно-кишечного тракта и других локализаций также присутствует грибковая флора, характеристики которой отчасти коррелируют с типом и агрессивностью опухоли. Можно предположить, что грибы влияют на развитие и течение опухолевого процесса. Все это открывает возможности разработки новых биомаркеров или методов лечения онкологических заболеваний, нацеленных на грибковый компонент.

В исследованиях кишечной микробиоты грибы долгое время упускались из виду, вместо этого основное внимание уделялось бактериям, основным микроорганизмам, обнаруженным в кишечнике. Мы все еще недостаточно хорошо понимаем, как грибы взаимодействуют с бактериальными сообществами в кишечной микробиоте и как антибиотики влияют на его микобиоту. Французские исследователи попытались пролить свет на этот вопрос, изучая влияние амоксициллина/клавулановой кислоты (АМК) на бактерии и грибы в микробиоте кишечника мышей и младенцев. 

Неожиданное антибиотико-зависимое снижение грибковой нагрузки кишечника  

В исследовании на мышах было установлено, что АМК, вводимый в течение десяти дней, ожидаемо уменьшал количество бактерий, присутствующих в кале и кишечнике. Гораздо более удивительно, что препарат также значительно уменьшил общую популяцию грибов по сравнению с контролем. Тот же эффект оказывал «коктейль» антибиотиков широкого спектра действия (ампициллин, метронидазол, неомицин и ванкомицин...). У мышей, которым была выполнена трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) от здоровых взрослых людей, наблюдался зависимый от антибиотиков ответ со стороны микобиоты: грибковая нагрузка вновь была ниже при применении амоксициллина/клавулановой кислоты, однако она увеличивалась при применении ванкомицина. Исследователи параллельно проанализировали 19 образцов микробиоты кишечника, взятых у 7 младенцев в возрасте от 2 до 4 месяцев, получавших амоксициллин для лечения среднего отита. Этот антибиотик, очень похожий на АМК, также снижал бактериальную и грибковую нагрузку во время лечения. 

Трансформация баланса между бактериями и грибами под действием амоксициллина/клавулановой кислоты 

Исследователи обнаружили, что у мышей, получавших АМК, альфа- и бета-разнообразие грибковой популяции в кале уменьшилось, а доля Aspergillus, Cladosporium и Valsa увеличилась по сравнению с контрольными мышами.  Бактериальное альфа-разнообразие также уменьшилось, но при дифференциальном анализе был установлен сдвиг семейств бактерий в микробиоте кишечника после лечения с увеличением доли Enterobacteriaceae. 

Подозревая связь между увеличением доли этого семейства бактерий и снижением грибковой нагрузки, исследователи выделили из кала мышей, получавших АМК, 13 бактерий и инкубировали их вместе с S. cerevisiae. Девять из них ингибировали рост данных дрожжей, и все эти бактерии принадлежали к семейству Enterobacteriaceae. Эти энтеробактерии, и в частности E. hormaechei, также снижали рост Candida albicans. Кроме того, при добавлении колистина, антибиотика, действующего на Enterobacteriaceae, мышам после ТФМ человека, в кишечнике мышей увеличивалось количество грибов. После дальнейших испытаний in vitro и in vivo для наблюдения за взаимодействием между кишечными бактериями и грибами исследователи пришли к выводу, что Enterobacteriaceae по крайней мере частично вовлечены в дисбиоз микобиоты кишечника, вызванный АМК. Это может быть связано с несколькими механизмами, включая конкуренцию за определенные питательные вещества между этими бактериями и грибами.  

Смена парадигмы?  

Несмотря на то, что это исследование проводилось на мышах и небольшой группе младенцев, оно ставит под сомнение сложившееся мнение о том, что все антибиотики способствуют пролиферации грибов в микробиоте кишечника. Амоксициллин/клавулановая кислота, широко применяемый антибиотик, уменьшает общую численность грибковой популяции кишечника и изменяет состав грибковых и бактериальных видов в микробиоте кишечника. На тесную связь между бактериями и грибами в микробиоте кишечника указывают установленные в исследовании сложные изменения баланса их популяций, спровоцированные антибиотиками. Подтверждение этих результатов на более крупных когортах может привести к изменениям в медицинской практике, особенно в ситуациях, когда микобиота играет важную роль в здоровье пациента. 

Нервной анорексией (НА) страдает 1% населения, и около 95% случаев приходится на женщин. При этом заболевании наблюдается высокая частота осложнений и смертность, а лечение приводит к ремиссии менее чем в половине случаев. Причины НА неизвестны, но считается, что они включают как генетические факторы, так и факторы окружающей среды. Влияя на регуляцию аппетита, поведение и эмоции при помощи оси кишечник — головной мозг, микробиота кишечника и ее метаболиты могут играть определенную роль в развитии заболевания. В небольших исследованиях уже был установлен дисбиоз кишечной микробиоты у пациентов с этим заболеванием.  

Выраженные нарушения микробиоты кишечника у женщин с анорексией 

Группа ученых из Копенгагенского университета в Дании использовала методику дробного секвенирования (другое название — шотган-секвенирование) образцов кала и профилирование метаболома сыворотки для сбора данных у 77 пациенток с НА, а затем сравнила результаты с данными, полученными у 70 здоровых женщин того же возраста. Исследователи обнаружили, что состав микробиоты кишечника у женщин с НА и у здоровых женщин отличается. В частности, было снижено число бактерий видов Roseburia intestinalis и R. inulinivorans, которые участвуют в переваривании растительных полисахаридов и полезны для здоровья.

Кроме того, присутствие Clostridium положительно коррелировало с расстройствами пищевого поведения и психическим здоровьем. Это позволяет предположить, что они играют определенную роль в регуляции пищевого поведения и развитии нейропсихиатрических симптомов. Наконец, микробиота кишечника этих пациентов характеризовалась более высоким вирусным разнообразием, в частности это касается фагов Lactococcus.  

Метаболом сыворотки пациенток с НА также значительно отличался от метаболома здоровых женщин. Исследователи обнаружили увеличение нескольких желчных кислот, включая индол-3-пропионовую кислоту —  метаболит, влияющий на секрецию глюкагоноподобного пептида 1, который стимулирует насыщение и замедляет опорожнение желудка.Анализ причинно-следственных связей, проведенный учеными, позволяет предположить, что некоторые эффекты дисбиоза кишечника при расстройствах пищевого поведения реализуются посредством бактериальных метаболитов.  

Снижение прироста массы тела и нарушение энергетического обмена у мышей  

Затем исследователи взяли безмикробных (sidenote: бактериальной флоры Выращены в стерильных условиях ) мышей (т.е. организм которых не содержит микроорганизмов), получающих корм с ограничением калорий, и выполнили им трансплантацию фекальной микробиоты либо от женщин  с НА, либо от здоровых женщин (контрольные мыши). После трех недель снижения потребления корма на 30% (чтобы имитировать пищевое поведение пациентов с анорексией) у мышей, которым были трансплантированы образцы кала от женщин с НА, наблюдалась более выраженная начальная потеря веса и медленное восстановление массы тела, чем у контрольных мышей. Кроме того, у мышей, которым была трансплантирована микробиота женщин с НА, наблюдалась более высокая экспрессия генов-супрессоров аппетита в гипоталамусе и генов, связанных с термогенезом, в жировой ткани. 

Нам уже известно, что микробиота профессиональных спортсменов отличается от микробиоты людей, ведущих малоподвижный образ жизни, и что интенсивная физическая активность оказывает значительное влияние на кишечную микрофлору.  

Но как более умеренная физическая активность влияет на наше здоровье? Более того, одинаково ли воздействие независимо от массы тела? 

В исследовании участвовали несколько сотен добровольцев 

Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи из канадских и европейских исследовательских институтов отобрали 350 мужчин и женщин в возрасте от 38 до 65 лет и разделили их на две группы: одна состояла из добровольцев с нормальным весом (ИМТ от 18,5 до 25), а другая — только из людей с избыточным весом (ИМТ от 25 до 30, то есть не страдающих ожирением). 

Ученые спрашивали их, какими видами физической активности они занимаются ежедневно: скорее легкими (ходьба, личная гигиена, приготовление пищи и т. д.), умеренными (быстрая ходьба, садоводство, езда на велосипеде, бадминтон и т. д.) или интенсивными (тяжелая работа, бег, силовые тренировки, баскетбол, футбол и т.д.). 

Они также записывали количество часов, которое уделял этим занятиям каждый участник (менее 2,5 часов, от 2,5 до 8 часов или более 8 часов). 

Наконец, исследователи взяли образцы кала у всех участников для анализа их кишечной микробиоты.

Полезно для всех, но у стройных людей положительный эффект выше 

Согласно полученным результатам, улучшение разнообразия и богатства микробиоты в большей степени коррелирует с общим количеством часов физической активности, чем с интенсивностью этой активности. Независимо от вашей массы тела, по крайней мере 2,5 часа физической активности в неделю достаточно для здоровья кишечника.  

Тем не менее, только у добровольцев с нормальной массой тела (ИМТ <25) наблюдались изменения состава микробиоты. Чем больше времени эти добровольцы уделяли физической активности, тем больше в их микробиоте становилось представителей следующих видов: 

• Actinobacteria, группа бактерий, с множеством положительных эффектов в отношении кардиометаболического здоровья, например, снижение уровня холестерина, синтез ацетата (короткоцепочечной жирной кислоты (КЦЖК) (sidenote: КЦЖК короткоцепочечные жирные кислоты являются источником энергии (топливом) для клеток человека. Они взаимодействуют с иммунной системой и участвуют в коммуникации между кишечником и мозгом Silva YP, Bernardi A, Frozza RL. The Role of Short-Chain Fatty Acids From Gut Microbiota in Gut-Brain Communication. Front Endocrinol (Lausanne). 2020;11:25. ) ), расщепление сложных углеводов, таких как устойчивый к перевариванию крахмал; 

• Collinsella, бактерии, принадлежащие к семейству Actinobacteria, которые снижают проницаемость стенок кишечника и продуцируют бутират, еще одну КЦЖК с противовоспалительными свойствами. 

Эффект также зависит от пола 

Другой вывод заключался в том, что у мужчин с нормальным весом и у женщин с избыточным весом от силы хвата зависит высота содержание Faecalibacterium prausnitzii, бактерий, известных своими противовоспалительными свойствами и эффектами, противодействующими дисбиозу (sidenote: Дисбиоз Изменение состава и функции микробиоты, вызванное сочетанием экологических и индивидуальных факторов. Дисбиоз не является четко очерченным состоянием и варьируется в зависимости от состояния здоровья каждого человека. Levy M, Kolodziejczyk AA, Thaiss CA, et al. Dysbiosis and the immune system. Nat Rev Immunol. 2017;17(4):219-232. ) . 

Поэтому ИМТ и пол влияют на эффект физической активности в отношении микробиоты. Это еще один важный шаг вперед в нашем понимании того, как работает ось кишечник-мышцы.  

Болезнь Альцгеймера является самым распространенным нейродегенеративным заболеванием. Почти не осталось сомнений в том, что микробиота кишечника участвует в развитии данного заболевания, хотя точные механизмы этого пока не известны. Поскольку на кишечную,микробиоту в свою очередь, влияет то, что мы едим, идея предотвратить это заболевание с помощью определенного рациона быстро набирает популярность. По-видимому, особенно показаны средиземноморская и кетогенная диеты, известные своим влиянием на микробиоту кишечника и головной мозг. Однако сначала нужно понять, как они влияют на прогрессирование заболевания.

Комбинированная диета

Американские исследователи попытались идентифицировать связанные с микробиомом и головным мозгом маркеры ранних стадий заболевания, чтобы оценить влияние диеты на его развитие. С этой целью в исследование было включено 17 человек – 11 пациентов с умеренно выраженным когнитивным расстройством (ранняя стадия заболевания) и 6 здоровых добровольцев, которым попеременно назначали два вида диеты: одну, сочетающую принципы средиземноморской и кетогенной диеты, и другую — с низким содержанием жиров и высоким содержанием углеводов. Авторы также сравнили микробиоту кишечника у участников до и после соблюдения этих диет.

Бактериальные «профили», связанные со снижением когнитивной функции

Несмотря на то, что микробное разнообразие у здоровых добровольцев и пациентов до и после соблюдения одной из двух диет было относительно схожим, исследователи определили в группе пациентов несколько маркеров (включая активность различных кишечных бактерий), которые можно было использовать для распознавания умеренно выраженного снижения когнитивных способностей. Они также отметили, что обе диеты изменили микробиоту кишечника у участников, но с очень разными эффектами, в зависимости от типа диеты и когнитивного состояния участников. Ученые пришли к выводу о том, что эти результаты открывают путь к дальнейшим исследованиям для определения новых маркеров снижения когнитивной функции, связанных с микробиотой кишечника, и понимания того, как эти взаимодействия с диетой могут улучшить состояние пациентов с высоким риском.

Специалисты давно подозревали об участии микробиоты носа в развитии аллергического ринита. Но что такое аллергия? Это хроническое заболевание, вызванное чрезмерной реакцией клеток иммунной системы на обычно безвредные чужеродные вещества в нашем организме, такие как шерсть животных, пища или пыльца. 

Ранее исследования показали уменьшение разнообразия микробиоты носа у тех, кто страдает аллергией, что связано с выработкой антител, типичных для этого состояния. Но какие роды или виды бактерий ответственны за дисбиоз носа? И какую роль они играют при респираторных заболеваниях, связанных с аллергией? Ученые решили подробно сравнить микробиоту носа 55 человек, страдающих аллергическим ринитом, с микробиотой 105 здоровых людей. Интересные результаты не заставили себя долго ждать. 

Streptococcus salivarius чувствует себя как дома в носу аллергиков 

Авторам исследования удалось подтвердить снижение микробного разнообразия у пациентов с аллергическим ринитом по сравнению со здоровыми людьми. Род Streptococcus вносил в это наибольшую лепту, особенно вид Streptococcus salivarius, который был очень распространен у пациентов с аллергией. Напротив, Staphylococcus epidermidis, вид, считающийся полезным для микробиоты носа, доминировал у здоровых добровольцев. Тем не менее, S. salivarius регулярно обнаруживался в полости рта и в горле. Его даже считают пробиотиком, ведь он полезен для здоровья благодаря производству антимикробных веществ, известных как бактериоцины. Итак, присутствует ли эта бактерия в носу аллергиков, помогая бороться с вредными микробами? Нет, потому что, когда исследователи сравнили S. salivarius от пациентов с аллергией с бактериями, колонизирующими нос, оказалось, что первый выделяет лишь небольшое количество бактериоцинов.  

Липкая и провоспалительная... можно ли избавиться от аллергии, вытеснив эту бактерию из носа?  

Чтобы лучше понять роль S. salivarius, исследователи в течение трех дней колонизировали носовые ходы мышей этой бактерией, взятой от пациентов с аллергией, вместе с Alternaria alternata, аллергеном, вызывающим аллергический ринит. Организм сенсибилизированных мышей реагировал путем секреции нескольких провоспалительных белков. Более того, когда S. salivarius от пациентов с аллергией и S. epidermidis от здоровых добровольцев контактировали с клетками слизистой оболочки носа мышей, только S. salivarius стимулировал воспаление и биохимический каскад, связанный с аллергическими реакциями. Отмечалась гиперэкспрессия гена муцина-5АС, «липкого» вещества, защищающего слизистые оболочки, что является признаком гиперреактивности дыхательных путей. Наконец, в отличие от S. epidermidis, S. salivarius сильнее прилипал к слизистым клеткам при воздействии аллергена, чего не происходило только у генетически модифицированных мышей, не продуцирующих этот муцин. Эта адгезия увеличивает контакт между провоспалительными веществами, выделяемыми бактерией, и провоспалительными рецепторами в слизистой оболочке носа.   

С возрастом в микробиоте кишечника уменьшается разнообразие и содержание полезных микроорганизмов, увеличивается содержание условно-патогенных микроорганизмов. Но касается ли это тех, кому удалось прожить дольше, избежав множества хронических заболеваний и инфекций? Чтобы изучить связь между кишечной микробиотой и продолжительностью жизни, ученые из китайского научно-исследовательского института сравнили кишечную микробиоту 1575 человек в возрасте от 20 до 117 лет, проживающих в провинции Гуанси в Китае, возраст 314 участников был в диапазоне 20-44 года, 277 участников - 45-65 лет, 386 участников  -  66-85 лет, 301 - в возрасте 90-99 лет и 297 - в возрасте 100-117 лет. Результаты этого нового исследования процесса старения микробиоты были опубликованы в Nature Aging. 

Долгожители с микробиотой 20-летнего 

Известно, что видовое разнообразие микробиоты кишечника снижается с возрастом, достигая самого низкого уровня у людей в возрасте 66-85 лет. Удивительно, что оно снова возрастало у тех, чей возраст превысил девяносто и сто лет, причем последние имели самую богатую флору, не уступающую таковой у молодых людей. Однако исследователи считают, что долголетие связано не столько с видовым разнообразием, сколько с балансом относительной численности различных видов. 

Другим признаком молодости и хорошего здоровья микробиоты людей старше ста лет было повышенное содержание потенциально полезных бактерий Bacteroidetes, чего не наблюдалось у возрастных людей, не достигших столетней отметки, а также уменьшение содержания потенциально патогенных бактерий, в первую очередь ассоциированных с воспалением. 

Особенность, которая становится сильнее после 100 лет 

Поскольку это были первые результаты в пользу того, что определенная сигнатура может характеризовать микробиоту кишечника долгожителей, было выполнено продольное исследование с оценкой микробиоты кишечника в динамике (в среднем в течение 1,5 лет) у 45 из 297 долгожителей. Обнаружилось, что микробиота кишечника долгожителей характеризуется большей равномерностью относительной численности видов, снижением межиндивидуальных вариаций и стабильностью популяции Bacteroidetes. Равномерность численности в начале исследования коррелировала со стабильностью кишечной микробиоты долгожителей в течение 1,5 лет, позволяя предположить, что этот видовой баланс может защитить кишечную флору от разрушения и старения.

У долгожителей наблюдались специфические профили микробиоты, включая межвидовой баланс, который был не только высоким для их возраста, но и продолжал расти, а также стабильное количество Bacteroidetes. Несмотря на то, что эти люди перешагнули столетний рубеж, их кишечная флора продолжала напоминать микрофлору молодых людей. 

Говорят, что старение — это состояние души. Однако новое исследование китайских ученых показывает, что секрет долгой и здоровой жизни тех, кто живет сто и более лет, кроется в их животе. А точнее, в микробиоте кишечника, то есть микробном сообществе из миллиардов бактерий, вирусов, грибков, включая дрожжи, и паразитов, живущих в тепличных условиях пищеварительной системы. 

Микрофлора как у 20-44-летних людей 

Разнообразие нашей микробиоты уменьшается с возрастом, и этого нельзя избежать. Однако долгожители (sidenote: Долгожители люди, достигшие возраста 100 лет и более.  ) являются исключением из этого правила, поскольку их кишечная микробиота остается необычно богатой для их возраста. В действительности, она даже богаче, чем у 44-65-летних и 66-85-летних людей. Удивительно, эти люди живут более ста лет, но их микробиота может соперничать с таковой молодых людей.  

Еще одна особенность микробиоты долгожителей — значительное преобладание бактерий фила Bacteroidetes (sidenote: Bacteroidetes  Bacteroidetes, наряду с Actinobacteria, Firmicutes и Proteobacteria, являются одной из четырех основных бактериальных групп (фил) микробиоты кишечника. Одним из наиболее распространенных Bacteroidetes во флоре кишечника является род Bacteroides.  Zafar H, Saier MH Jr. Gut Bacteroides species in health and disease. Gut Microbes. 2021 Jan-Dec;13(1):1-20. ) по сравнению с пожилыми людьми в возрасте от 66 до 99 лет. Нужно сказать, что эти полезные бактерии обычно встречаются только у людей до 40 лет, и далее их число снижается в пользу других бактерий, не всегда полезных для здоровья. В то же время флора долгожителей относительно бедна потенциально патогенными бактериями. Больше полезных и меньше вредных бактерий: может в этом кроется секрет долголетия и невосприимчивости к болезням? Возможно. В любом случае, многочисленные специфические характеристики, по-видимому, являются сигнатурами их исключительного долголетия и здорового старения. 

Долголетие — это вопрос баланса 

Одна из последних особенностей, выявленных исследователями, заключалась в том, что микробиота кишечника долгожителей очень сбалансирована с точки зрения распространения видов, при этом ни одна бактерия не преобладает над другими. Вместо того, чтобы уменьшаться со временем, эта относительная однородность в количестве представителей различных видов бактерий, почти невероятная, если посмотреть на возраст ее обладателей, еще более укрепляется. Это может обеспечить стабильность кишечной флоры с течением времени у долгожителей и ее богатство представителями Bacteroidetes. Может ли это быть ключом к долгой и здоровой жизни?