О микробиоте кишечника нам известно почти все — без сомнения, это самое важное и изученное микробное сообщество. Однако оно не единственное в нашем организме. Бактерии, вирусы и дрожжевые грибки населяют все жидкости нашего тела, даже те, о которых не принято говорить вслух. С помощью метода, обычно используемого для оценки функциональной активности генов, группа американских ученых провела исследование по выявлению и анализу микроорганизмов, присутствующих в сперме. Цель исследования состояла в том, чтобы определить, можно ли применять данный подход для оценки разнообразия микробиоты спермы.

Разнообразие микробиоты

Микроорганизмы, обитающие в мужских половых путях, попадают туда в основном во время полового акта. Чаще всего в сперме можно обнаружить бактерию Escherichia coli, которая может вызывать инфекции половых и мочевыводящих путей. Мужская генитальная микрофлора на 85% совпадает с вагинальной микрофлорой. Она не такая обильная, но при этом более разнообразная.

Инфицированный образец

Исследователи изучили сперму 85 мужчин, находившихся в гетеросексуальных отношениях. Используемый метод позволил выявить основные бактерии, колонизирующие мужские половые пути. Только один образец содержал совершенно иное сообщество микробов, в котором преобладал Streptococcus agalactiae. Этот вид бактерий вызывает половые инфекции у обоих полов и может приводить к выкидышам или мертворождениям. Его обилие трудно объяснить, однако наиболее вероятной причиной является инфицирование через партнера.

Эффективный метод диагностики

Авторы пришли к выводу, что новый метод столь же эффективен в диагностике бактериальной колонизации или инфицирования спермы, как и традиционно используемые методы анализа микробиоты человека.

Голодание и его влияние на состав микробиоты, или микрофлоры кишечника было предметом очень немногих исследований по причине сложности его моделирования. Но поскольку питание является одним из основных средовых факторов, определяющих микробиоту кишечника, нетрудно представить, что длительное лишение пищи может изменить состав этого микробного сообщества. Группа турецких ученых провела исследование с участием 9 мусульман (7 женщин и 2 мужчин), которые постились во время Рамадана. Участники исследования воздерживались от еды и питья от восхода до заката солнца в течение 29 дней. В ходе исследования, которое проводилось с 18 июня по 16 июля 2015 г, участники ежедневно голодали в течение 17 часов.

Оздоровление микрофлоры кишечника

В конце Рамадана в образцах стула участников была выявлена более высокая численность полезных бактерий Bacteroides fragilis и Akkermansia muciniphila. Данная группа бактерий составляет 3-5% микробного сообщества у здоровых людей, но их доля ниже у тех, кто страдает ожирением. В то же время отмечалось уменьшение содержания других бактерий, хотя и в незначительной степени. Голодание также привело к снижению уровня общего холестерина и глюкозы крови натощак, что согласуется с результатами другого исследования. Авторы не отметили значимого снижения ИМТ участников (sidenote: Индекс массы тела Oтношение массы тела в килограммах к росту в метрах, возведенных в квадрат. ) , наблюдаемого в других исследованиях. Вероятно, это связано с небольшим числом участников.

Устойчивость к изменениям

Авторы предположили, что улучшение состава микрофлоры кишечника после голодания обусловлено высокой устойчивостью полезных видов бактерий, таких как Bacteroides и Akkermansia, к изменениям питания. Эти результаты являются предварительными и требуют подтверждения в более крупных исследованиях, но они позволяют лучше понять связь между голоданием и кишечной микрофлорой.

Потребление омега-3 жирных кислот, которые содержатся в лососе, скумбрии, яйцах, шпинате, авокадо и других продуктах, благоприятно сказывается на здоровье матери плода: снижается риск преждевременных родов, улучшается настроение матери, активизируется развития зрения, мозга, моторики, сердечной и иммунной системы у новорожденного. Именно поэтому органы здравоохранения рекомендуют беременным женщинам потреблять от двух до трех порций рыбы в неделю. Верхний предел установлен в связи с рисками, связанными с потреблением ртути, содержащейся в рыбе в различных количествах. Как рекомендованная диета влияет на микрофлору кишечника новорожденных?

Питание матери влияет на микрофлору

Чтобы выяснить это, группа ученых проанализировала образцы кала 100 младенцев в возрасте около 4 месяцев. Это позволило выделить 3 типа микрофлоры кишечника: 1) с преобладанием бифидобактерий, 2) с преобладанием Escherichia spp. и 3) с преобладанием другой специфической бактерии Enterobacter. В микрофлоре детей, чьи матери следовали диетическим рекомендациям в течение третьего триместра, потребляя не менее 2 порций рыбы в неделю, в 5 раз чаще преобладали бифидобактерии, чем Escherichia. Может ли это защитить детей от каких-либо заболеваний? Результаты ряда исследований указывают на то, что микрофлора с низким содержанием бифидобактерий чаще встречается у людей с синдромом раздраженного кишечника, воспалительными заболеваниями кишечника, целиакией и другими проблемами.

Обоснованность диетических рекомендаций

Авторы считают, что результаты данного исследования подтверждают обоснованность диетических рекомендаций, касающихся употребления рыбы в третьем триместре беременности, который является критическом периодом для развития плода. По мнению авторов, понимание влияния рациона питания матери на микрофлору кишечника младенца должно помочь лучше определить диетические рекомендации для беременных женщин.

Несмотря на успехи профилактики, зубной кариес остается одним из самых распространенных заболеваний в мире. Он возникает при разрушении зубной эмали кислотой, которая образуется в ходе ферментации пищевых сахаров микробами, содержащимися в зубном налете. Несмотря на то, что патогенные бактерии, участвующие в этом процессе, хорошо известны, роль грибковой микрофлоры полости рта изучена мало.

Candida dubliniensis определяет степень тяжести кариеса

Чтобы лучше понять особенности взаимодействия микроорганизмов при развитии кариеса, группа американских ученых исследовала микрофлору зубного налета на разных стадиях этого процесса. В исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Applied and Environmental Microbiology (Прикладная и экологическая микробиология), участвовали 33 ребенка с различными стадиями кариеса: одни не имели кариозных полостей, у других кариес поражал только эмаль, а у третьих полости достигали дентина.

Исследователи обнаружили 139 видов грибков. Два наиболее распространенных вида принадлежали к семейству Candida. Это были Candida albicans и Candida dubliniensis. Авторы установили, что состав микрофлоры зубного налета значительно отличался в зависимости от стадии кариеса: у детей с кариесом преобладали 4 вида одних микробов, а у детей со здоровыми зубами – 12 видов других. Отмечалось, что содержание C. dubliniensis прямо коррелировало с тяжестью кариеса. Некоторые полезные виды бактерий способствуют образованию ксилита и антимикробных соединений и таким образом ослабляют пагубное воздействие на ткань зубов бактерии Staphylococcus mutans, участвующей в образовании кариозных полостей.

Каковы перспективы?

Авторы заключили, что C. dubliniensis играет существенную роль в развитии кариеса и обусловливает его интенсивность, поэтому может выступать в роли хорошего предиктора риска возникновения кариеса. Проведенная работа должна обозначить новые перспективы в профилактике и лечении кариеса.

Атопический дерматит (атопическая экзема) — хроническое воспалительное заболевание кожи, характеризующееся местной сухостью, очагами покраснения кожи и периодически возникающим зудом. Эти изменения барьерной функции кожи могут быть обусловлены генетическими факторами и факторами окружающей среды, что может иметь последствия для микробиоты кожи. Ранее проведенные исследования показали, что микробиота кожи у пациентов с атопическим дерматитом отличается от микробиоты здоровой кожи. В частности, золотистый стафилококк может колонизировать поврежденную кожу пациентов, что, вероятно, способствует обострениям экземы.

Влияние лазерного излучения на микрофлору кожи

Одним из методов лечения этого типа дерматоза является использование лазерного излучения. Эффективность этого лазерного излучения была продемонстрирована, но остается вопрос: влияет ли оно на состав микробиоты кожи, и как это отражается на атопическом дерматите? Японские ученые ищут ответ на этот вопрос, оценивая развитие микрофлоры, динамику поражений кожи и барьерную функцию кожи у 11 пациентов после еженедельного применения лазерной терапии в течение 2 месяцев.

Цель воздействия — золотистый стафилококк

Согласно первым наблюдениям после лечения, уменьшилась тяжесть поражения, повысился индекс гидратации (увлажнения) кожи и улучшилась барьерная функция кожи. Что касается микробиоты кожи, исследователи отметили увеличение количества некоторых бактерий, что свидетельствует об улучшении гидратации кожи и, в частности, об уменьшении количества вредных бактерий, то есть золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Таким образом, лазерное лечение может оказать положительное влияние на микробиоту, особенно за счет уменьшения содержания золотистого стафилококка, что может привести к улучшению состояния участков поражения кожи у пациентов с атопическим дерматитом.

Высокая температура, кашель и дыхательная недостаточность — это три главных, но не единственных симптома инфекции, вызванной COVID-19. Результаты первого исследованияa показали, что у половины пациентов с положительным результатом теста на коронавирус также присутствуют симптомы со стороны пищеварительной системы, такие как потеря аппетита, диарея и, в меньшей степени, рвота или боль в животе.

Симптомы со стороны пищеварительной системы

Помимо потери аппетита, которая не является специфичной для кишечных расстройств, примерно у каждого пятого пациента, участвующего в этом исследовании, были симптомы именно со стороны пищеварительной системы, которые усиливались по мере ухудшения инфекции, вызванной COVID-19^a. Частота диареи широко варьировала в различных исследованиях (2-34%),^a,b однако в фекалиях пациентов^c-e определялся генетический материал вируса или даже активный, то есть способный к распространению вирус. Это свидетельствует о том, что он может развиваться в нашей пищеварительной системе. В другом исследовании отмечался дисбаланс кишечной флоры (дисбиоз) у двух пациентов в возрасте 65 и 78 лет, которые впоследствии скончались от COVID-19^f; однако связь между дисбиозом кишечника и COVID-19, по-видимому, здесь не имеет большого значения, поскольку хорошо известно, что у пожилых людей как правило имеется дисбаланс кишечной флоры^g. И, наконец, недавно начались дискуссии^h о потенциальном влиянии бактерии Prevotella на инфекцию, однако до настоящего времени нет подтвержденных научных данных о подобном влиянии.

Пациенты группы риска

Следует признать, что эти первичные результаты открыты для критики, поскольку исследования проводились при участии ограниченного количества пациентов^f и некоторые из них не проходили внешнее рецензирование до публикации^f. Тем не менее, выводы свидетельствуют, что необходимо соблюдать меры предосторожности. Например, 16 марта 2020 года ANSM (sidenote: ANSM Французское агентство по безопасности лекарственных средств и медицинских товаров )  усилило меры предосторожности касаемо трансплантации фекальной микробиоты с целью предотвращения кишечных инфекций, вызванных передачей других патогенных микроорганизмов при лечении Clostridium difficile. Усиленные меры предосторожности будут также касаться пациентов, страдающих воспалительными заболеваниями кишечника, в особенности пациентов, получающих терапию иммунодепрессантами, которые более восприимчивы к вирусным инфекциям, даже несмотря на то, что конкретные данные^b по-прежнему отсутствуют. И хотя им не рекомендуется прекращать терапию иммунодепрессантами (риск обострения намного превосходит прочие риски), они должны тщательно соблюдать меры профилактикиb.

К 2003 году был полностью расшифрован геном человека. В 2008 году была начата расшифровка геномов популяций микроорганизмов, населяющих организм человека (проекты MetaHIT и HMP (sidenote: Проект «микробиом человека» (Human Microbiome Project) ) ), а впоследствии — анализ их вклада в состояние здоровья (IHMC (sidenote: Международный консорциум «Микробиом человека» (International Human Microbiome Consortium) ) ). Информация, содержащаяся в этих базах, очень важна для понимания структуры и функций микробных сообществ, а также их роли в развитии заболеваний, однако преимущественно она относится к микрофлоре кишечника. Ситуация изменилась в начале 2020 года после публикации VIRGO - каталога генов микрофлоры влагалища (sidenote: Интегрированный каталог неизбыточных генов влагалища (Vaginal integrated non-redundant gene catalog) ) .

VIRGO — самый полный каталог генов микрофлоры влагалища

VIRGO содержит метагеномные данные (n = 264) и данные полных геномов (n = 308), полученные при анализе образцов и изолятов бактерий мочеполовой системы. В основном база содержит данные о бактериях, а также генетические последовательности нескольких вирусов и грибков. Каталог включает почти миллион неизбыточных* бактериальных генов, классифицированных по таксономическому разряду и функции. VIRGO хранит информацию о 95 процентах микрофлоры влагалища, и его можно использовать при работе с представителями различных этнических групп (sidenote: Северная Америка, Африка и Азия ) , что позволяет давать характеристику генам микрофлоры, анализировать их распространенность и экспрессию. Уже доказано, что внутривидовое разнообразие представителей микрофлоры влагалища значительно больше, чем считалось ранее. Полученных данных достаточно для того, чтобы усомниться в идее доминирования основного штамма лактобактерий (Lactobacillus).

VOG — семейства белков, сгруппированные по функциям

После введения в VIRGO гены транслировали и группировали по семействам образуемых ими белков и их функциям во втором каталоге – VOG (ортологические группы влагалища). Ученые использовали этот каталог для поиска новых вариантов белков. В результате была выявлена ранее неизвестная замена аланина на валин в аминокислотной последовательности токсина, выделяемого гарднереллой (Gardnerella vaginalis). Таким образом каталог позволяет идентифицировать различные варианты одного и того же белка, формулировать предположения о биологической значимости таких вариантов и выдвигать новые гипотезы.

Быстрый и точный инструмент

VIRGO — быстрый, точный и многогранный инструмент для описания микрофлоры влагалища: он позволяет всесторонне изучить группы бактерий влагалища и имеет генно-ориентированную структуру, позволяющую составлять описание по функции и таксономическим характеристикам. Для него также характерна высокая масштабируемость, высокая чувствительность, позволяющая описывать малочисленные бактерии, и простота при оценке генетического многообразия и внутривидового разнообразия. VIRGO будет особенно полезен пользователям с ограниченными навыками владения компьютером, при работе в условиях большого объема данных для секвенирования и/или ограниченной вычислительной инфраструктуры.

^{*не создающих повторный код для одного и того же белка}

Мочевой пузырь не является стерильным органом, а недавнее обнаружение микрофлоры мочевыводящих путей породило новую область научных исследований. В свете этого было проведено поперечное исследование у 224 взрослых пациенток крупного медицинского центра в США. Средний возраст участниц составил 48 лет, большая их часть (66%) принадлежала к европеоидной расе и имела избыточную массу тела (средний ИМТ* 29,96 кг/м2). Участницы прошли физикальное обследование на предмет возможного генитального пролапса и заполнили опросник (гиперактивный мочевой пузырь, качество жизни, масса тела, возраст и т.п.). Полученные с помощью катетера образцы мочи использовали для характеризации микрофлоры мочевых путей.

Два метода выбора

Авторы сравнили 3 метода анализа: стандартный метод, посев мочи для расширенного количественного определения микрофлоры или протокол EQUC (большой объем мочи, инкубация в различных условиях, увеличенный период инкубации) и секвенирование РНК. С помощью стандартного метода бактерии удалось выявить в 13 образцах (6%), с помощью протокола EQUC – в 115 образцах (51%), а с помощью секвенирования РНК – в 141 образце (63%), в 89 из которых положительный результат был получен и с помощью метода EQUC. Таким образом, протокол EQUC и/или секвенирование РНК являются методами выбора, тогда как стандартный метод не рекомендован по причине большого количества ложноотрицательных результатов.

Различные уротипы

Полученные результаты свидетельствуют о разнообразии микрофлоры мочевого пузыря, что позволяет определять уротипы по преобладанию (>50%) того или иного таксона. В наиболее распространенном уротипе доминировали лактобактерии (19%), причем это не зависело от возраста, менопаузального статуса, количества родов, сексуальных отношений и даже этнической принадлежности (несмотря на известный факт преобладания лактобактерий в микрофлоре влагалища женщин негроидной расы). Далее следовали стрептококковый (Streptococcus) и смешанный (без доминирующего таксона) уротипы и уротипы, в которых доминировали гарднереллы (Garnerella) и эшерихии (Escherichia). Уротип с доминированием Garnerella чаще встречали у более молодых женщин (средний возраст 36 лет), а с доминирование Escherichia – у женщин старшего возраста (средний возраст 60 лет). Смешанный уротип часто выявляли у женщин афроамериканского происхождения (46%).

Каковы причины и следствия?

Эти различия в уротипах можно объяснить эффектами гормонов, так как известно об их положительном влиянии на рост лактобактерий во влагалище и нижних отделах мочевыводящих путей. Биологическое значение этого еще предстоит установить. Различные уротипы могут обеспечивать защиту или, наоборот, вызывать предрасположенность к различным нарушениям со стороны почек и мочевыводящих путей, в том числе недержанию мочи, гиперактивности и инфекциям. В любом случае, специалисты настаивают на том, что медикаментозное лечение должно быть направлено на сохранение или восстановление исходной микрофлоры мочеполовых путей, в особенности лактобактерий, так как нарушения этого микробного сообщества могут повышать восприимчивость к инфекциям.

^{* Индекс массы тела}

Пациенты с почечной недостаточностью часто страдают тяжелыми метаболическими нарушениями. Сахарный диабет – ведущая причина развития терминальной стадии почечной недостаточности и последующей трансплантации почки. Однако у 20% пациентов с нормогликемией до трансплантации почки в течение года после операции развивается посттрансплантационный сахарный диабет (ПТСД). Основной причиной этого является получаемая пациентами после трансплантации почки иммуносупрессивная терапия, индуцирующая резистентность к инсулину, однако это не объясняет того, что одни пациенты менее восприимчивы к развитию ПТСД, чем другие.

Причем здесь микрофлора кишечника?

Группа французских ученых сравнила микрофлору кала 50 пациентов с почечной недостаточностью до (за 3 и 9 месяцев) и после транспланации почки. У 16 пациентов был сахарный диабет 2 типа (СД2) до трансплантации, у 15 развился посттрансплантационный сахарный диабет, а у остальных 19 участников (контрольная группа) не было сахарного диабета ни до, ни после трансплантации. Исследователи подробно изучили 9 бактериальных маркеров*, ассоциированных с сахарным диабетом или метаболическими нарушениями по данным исследований на мышах и/или у пациентов, которым не выполняли трансплантацию почки.

Различия до и после трансплантации

Перед трансплантацией почки лактобактерии у контрольных участников выявляли реже (60%), чем у пациентов с посттрансплантационным сахарным диабетом (87,5%) и пациентов с сахарным диабетом 2 типа до трансплантации (100%). После трансплантации относительная частота их выявления в группах ПТСД и СД2 выросла в 20 и 25 раз соответственно. Частота выявления Akkermansia muciniphila в группах ПТСД и СД2 снизилась в 2 500 и 50 000 раз соответственно. Однако у контрольных пациентов таких изменений после трансплантации почки не наблюдалось. Наконец, относительная частота выявления Faecalibacterium prausnitzii до трансплантации почки у пациентов с диабетом была в 30 раз ниже, чем у контрольных пациентов.

Может ли предтрансплантационный дисбиоз быть причиной развития посттрансплантационного сахарного диабета?

Авторы пришли к выводу, что предтрансплантационный дисбиоз, для которого, помимо других показателей, характерно присутствие лактобактерий, может обуславливать предрасположенность пациентов к развитию посттрансплантационного сахарного диабета в контексте применения способствующих его возникновению иммуносупрессивных препаратов. Данные крупномасштабных проспективных исследований, не ограниченных упомянутыми здесь девятью бактериальными маркерами, позволят более подробно описать роль кишечной микрофлоры в развитии посттрансплантационного сахарного диабета.

^{* Соотношение фирмикуты/бактероиды (Firmicutes/Bacteroidetes), бактероиды: превотеллы (Prevotella group), лактобактерии (Lactobacilli), бифидобактерии (Bifidobacteria), аккермансия муцинифила (Akkermansia muciniphila), Faecalibacterium prausnitzii, кишечная палочка (Escherichia coli) и клостридии (Clostridium coccoides и Clostridium leptum).}

Каждый год во всем мире у 20 из 10 000 девочек диагностируется раннее половое созревание, риск которого повышается у детей с ожирением. С 2010 года все большее внимание уделяется влиянию микрофлоры кишечника на энергетический обмен и возникновение ожирения. Несмотря на то, что микрофлора кишечника подвержена влиянию множества факторов, в числе которых применение антибиотиков, основная роль в ее формировании с большой вероятностью принадлежит грудному вскармливанию. Поэтому исследователи вносили изменения в рацион питания кормящих самок мышей для изучения влияния диеты на риск развития ожирения и раннего полового созревания у их детенышей. На протяжении трех недель после появления детенышей самок содержали на рационе с нормальной калорийностью (12% жира) или с повышенным содержанием жира (60%). Через 21 день после рождения всех мышат отняли от груди, перевели на нормальный рацион и случайным образом поместили в 3 клетки: с четырьмя молодыми мышами, матери которых получали нормальный рацион, с четырьмя молодыми мышами, матери которых получали рацион с повышенным содержанием жира или с комбинацией (2 + 2) молодых животных, матери которых содержались на разных рационах. Целью эксперимента была оценка влияния совместного проживания и его способности устранять влияние богатого жирами рациона матери на ее детенышей.

Влияние рациона матери в период грудного вскармливания

Содержание самок на рационе с высоким содержанием жира в период грудного вскармливания оказывало влияние на формирование микрофлоры их детенышей. Например, в микрофлоре кишечника молодых мышей не наблюдалось увеличения относительного содержания бактерий семейств Streptococcaceae и Peptostreptococcaceae. Кроме того, для микрофлоры детенышей матерей, содержавшихся на рационе с большим количеством жира, было характерно значительно меньшее видовое разнообразие. Содержание самок на рационе с большим количеством жира также приводило к раннему ожирению, раннему половому созреванию, нерегулярности менструального цикла и проявлениям нарушений метаболизма глюкозы у детенышей женского пола. В то же время, у молодых самцов не наблюдалось раннего полового созревания.

Влияние формирования совместной микрофлоры

Так как мыши являются копрофагами, у них происходит фекально-оральный обмен микрофлорой. При совместном проживании с детенышами самок, содержавшихся на нормальном рационе, у детенышей самок, содержавшихся на рационе с большим содержанием жира, происходил рост численности микрофлоры, что устраняло эффекты рациона питания матери. Это также предотвращало раннее половое созревание самок и развитие у них резистентности к инсулину. Однако положительного влияния на массу тела и количество жира в организме у потомков матерей, содержавшихся на рационе с большим количеством жира, не наблюдалось.

Найден новый терапевтический подход к лечению метаболических расстройств?

Авторы считают, что грудному вскармливанию принадлежит ключевая роль в развитии нормальной метаболической и репродуктивной функции у потомков. Ассоциированная с нарушениями микрофлоры резистентность к инсулину повышает вероятность раннего полового созревания, в случаях, когда это обусловлено большим содержанием жиров в рационе матери в период грудного вскармливания. Следовательно, микрофлора может стать новой терапевтической мишенью при лечении метаболических и репродуктивных нарушений.