У животных такие физические признаки, как «ожирение» и «худоба», могут передаваться путем трансплантации фекальной микробиоты с явно установленной причинной связью. В случае с людьми ситуация сложнее, и все же наличие дисбиоза, связанного с нарушениями обмена веществ, у людей с ожирением или артериальной гипертензией привело исследователей к выводу, что ТФМ может стать перспективным направлением терапии. В настоящий момент ведутся работы по оценке влияния изменения состава микробиоты кишечника у пациентов с метаболическим синдромом^17,14.

Неоднозначные преимущества

На пациентах с ожирением с метаболическим синдромом было проведено несколько клинических исследований. Первое проводилось на небольшой группе людей и продемонстрировало, что трансплантация фекальной микробиоты от худых пациентов улучшала метаболический профиль реципиентов. Во втором принимало участие большее число пациентов, и полученные результаты были более неоднозначными. Улучшение метаболического профиля после ТФМ произошло только у нескольких участников, а именно у тех, микробиота кишечника которых изначально не отличалась разнообразием. Таким образом, ответ на трансплантацию, по-видимому, зависит от изначального состава микробиоты кишечника пациента. Тем не менее положительные результаты не выдержали проверку временем... как и изменение кишечной микробиоты, которая быстро вернулась к своему изначальному составу.

Сложные взаимосвязи

В целом эти результаты подчеркивают сложность взаимосвязей между микробиотой кишечника и метаболическими функциями. По мнению некоторых ученых¹³, метаболический и микробный ответы на ТФМ могут быть основаны на взаимодействии микробиоты донора и реципиента. На данный момент в процессе несколько исследований, призванных оценить возможности данной методики по снижению выраженности нарушений обмена веществ, а также некоторых показателей, связанных с ожирением. С нетерпением ожидаемые результаты должны будут открыть путь к новым стратегическим подходам в лечении метаболического синдрома.

Микробиота пациентов с синдромом раздраженного кишечника менее разнообразна и более насыщена энтеробактериями, при этом бедна бифидобактериями и лактобактериями. Функциональные нарушения со стороны желудочно-кишечного тракта характеризуются сниженной выработкой бутирата и повышенной выработкой уксусной и пропионовой кислот; все три вещества связаны со вздутием живота. Другими симптомами данных заболеваний являются боли в животе, диарея и запор. В США доля населения, страдающего от них, оценивается в 20%¹⁴.

Спорный эффект

Синдром раздраженного кишечника является единственным, помимо язвенного колита, желудочно-кишечным расстройством, лечение которого трансплантацией фекальной микробиоты было изучено в рамках клинических исследований¹⁴. Одно из них продемонстрировало снижение дискомфорта кишечника, болей в животе и метеоризма у реципиентов трансплантатов. Тем не менее результаты отличались в зависимости от изначального состава микробиоты кишечника: лучше всего на трансплантацию фекальной микробиоты отвечали пациенты с изначально высоким содержанием стрептококков, также у них наблюдалось более существенное повышение биоразнообразия. Другие исследования подтверждают повышение разнообразия и обильности микробиоты после введения капсул с фекальным материалом; тем не менее более существенное облегчение симптомов пациенты отмечали, приняв... плацебо! Хотя данные результаты и не дискредитируют эффективность ТФМ у людей с функциональными нарушениями со стороны желудочно-кишечного тракта, необходимо подробное исследование микробиоты до и после трансплантации, считают ученые.

Что насчет запора?

Запор потенциально связан с дисбиозом кишечника, и ему посвящено несколько работ, исследующих пользу ТФМ в ле- чении данного нарушения кишечного транзита¹³. В исследовании, проведенном примерно на 60 взрослых, страдающих от задержки транзита кишечного содержимого, сравнивался эффект стандартного лечения и 6 курсов ТФМ, причем последние продемонстрировали существенное облегчение симптомов, улучшение кишечного транзита и в более общем смысле качества жизни¹⁵. Эти обнадеживающие результаты все еще требуют подтверждения: на данный момент в процессе находятся исследования по специфическим штаммам, лактобациллам и бифидобактериям¹³.

ХВЗК протекают в виде воспалительных обострений разной длительности и частоты в зависимости от особенностей организма пациента, и перемежаются периодами ремиссии. Они вызывают острую боль в животе, тяжелую диарею (от 5 до 10 опорожнений кишечника в день), ассоциированную с кровью и гноем при язвенном колите (ЯК); при тяжелых формах могут наблюдаться другие симптомы и осложнения, такие как повышение температуры, тахикардия, тошнота и рвота, потеря веса и обезвоживание. ХВЗК также провоцируют внекишечные симптомы, в особенности боли в суставах, поражения кожи и слизистых (изъязвление кожи, язвы полости рта, глоссит, т. е. воспаление языка...), а также заболевания печени и глаз¹³.

Дисбаланс микробиоты

Анализ микробиоты кишечника у пациентов с ЯК выявил пониженное разнообразие микробных видов¹⁴, в особенности сниженное содержание бактерий, относящихся к типам Firmicutes и Bacteroidetes. Но в первую очередь с данными ХВЗК ассо- циируется пониженное содержание Faecalibacterium prausnitzii и переизбыток Proteobacteria и Actinobacteria. Этот дисбаланс вызывает уменьшение продукции короткоцепочечных жирных кислот — полезных соединений, которые являются питательными веществами для клеток кишечника и играют важную роль в регуляции иммунной системы. Поэтому для лечения данного заболевания рассматривалось использование трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ).

Умеренные преимущества в лечении ЯК

Три из четырех опубликованных клинических испытаний по ЯК демонстрируют преимущества этого подхода. В целом преимущества были значительно более умеренными, чем при лечении колита, вызванного C. difficile, и зависели от донора — вот почему отбор донора так важен. И некоторые полученные результаты ставят новые вопросы: эффективны только определенные микроорганизмы? И если так, то какие именно? Должен ли пациент сначала получать клизму или терапию антибиотиками? Какой способ введения предпочтительнее? Является ли восстановление кишечной микробиоты долгосрочным, или необходимы повторные трансплантации? На эти вопросы необходимо ответить, прежде чем всерьез рассматривать трансплантацию фекальной микробиоты в качестве альтернативы лечению язвенного колита.

До 1990-х вызванный бактериями C. difficile колит был сравнительно редкой инфекцией, которая не считалась опасной для здоровья: для избавления от нее было достаточно лечения антибиотиками. Но за 20 лет заболеваемость им выросла более чем вдвое, в то время как показатель эффективности антибиотикотерапии упал до 20–30%^{8, 9}. Устойчивость бактерий к антибиотикам повышается. Только в начале 2000-х после секвенирования генома C. difficile был выявлен особо вирулентный штамм. Он обладает устойчивостью к антибиотикам и способен продуцировать в 10 раз большее количество токсина, чем обычно выделяет эта бактерия.

Опасайтесь рецидива при повторных курсах антибиотикотерапии!

Инфекция обычно возникает после разрушения кишечной микробиоты при повторных курсах антибиотикотерапии. C. difficile, присутствующая в кишечнике в виде покоящихся спор, размножается и изменяется для производства токсинов, вызывающих воспаление и диарею. Парадоксально, что эта инфекция лечится антибиотиками, которые все больше усугубляют нарушение кишечной микробиоты с каждым дополнительным курсом лечения³, таким образом приводя к показателю рецидивов в 35%².

В лечении повторных случаев заболевания предпочтение должно отдаваться ТФМ перед антибиотиками.

В 1958 году хирург Бен Эйсман опубликовал данные о 4 случаях псевдомембранозного колита, который был вылечен при помощи ТФМ, и пробудил интерес к этому методу. В нескольких статях была описана его эффективность в лечении рецидивирующей формы данного заболевания. Но настоящий поворотный момент настал в 2013 оду, когда были опубликованы данные первого клинического исследования на людях. Исследование было спроектировано на основе надежной методологии и продемонстрировало терапевтическое преимущество ТФМ перед терапией антибиотиками в лечении рецидивирующей и лекарственно-устойчивой форм инфекций C. difficile.

Является ли фекальная микробиота лекарственным препаратом?

Смотря в какой стране. Во Франции и США фекальную микробиоту относят к лекарственным препаратам. В Велико- британии, Дании и Нидерландах — нет. Французское национальное медицинское агентство (ANSM) в марте 2014 года опубликовало, а в 2016 году обновило нормативный документ о ТФМ, в котором описана эта процедура, в особенности процесс отбора доноров.

Специальная процедура

Во Франции за подготовку ТФМ отвечает внутренняя аптека при медицинском учреждении³. Собранные образцы кала разводят, перемешивают, фильтруют, а затем заполняют ими шприцы перед введением. Они также могут подвергаться заморозке, что дает возможность создавать банки с образцами кала, доступные в любой момент⁵. Во Французском Национальном Медицинском Агентстве добавляют, что «заморозка также может позволить снизить риск передачи воз- будителей инфекции и пропустить прескрининговый этап (скрининг затем можно проводить на самом трансплантате)».

Кишечная микробиота (или кишечная микрофлора) является самостоятельным органом, образованным миллиардом микроорганизмов (бактериями, грибами, вирусами...), непрерывно взаимодействующих друг с другом, а также с организмом, который они населяют (хозяином). В кишечнике между микроорганизмами существует жесткая конкуренция за доступное пространство и пищу, но они также работают в тесном взаимодействии для переваривания крупных молекул. Лечение инфекции Clostridium difficile при помощи ТФМ основано на четырех механизмах действия³.

Проникая в желудочно-кишечный тракт и собираясь атаковать клетки кишечника, вирус не оказывается в одиночестве: там уже есть миллиарды бактерий из микробиоты, и они могут изменить его патогенный потенциал. Ученые пришли к такому выводы случайно, работая с мышами Rag1-KO, моделями иммунодефицитных мышей с хронической ротавирусной (РВ) инфекцией.

Микробиота как барьер для ротавируса

Исследователи стали невольными наблюдателями рождения ряда мышей, устойчивых к ротавирусу, которых они назвали мыши GSU¹. Затем они попытались выяснить происхождение этого резистентного фенотипа. Когда мышей Rag1-KO стали кормить фекалиями мышей GSU, они стали проявлять устойчивость к ротавирусу, таким образом подтверждая роль микробиоты мышей GSU.

Участие сегментированных филаментных бактерий

Серия отделяющих воздействий (нагрев, фильтрование, несколько антимикробных средств), дополненных анализом микробиома мышей GSU показала присутствие вида Candidatus arthromitus, который является сегментированной филаментной бектерией² (СФБ). Присутствие этого вида было подтверждено путем электронной микроскопии на уровне подвздошной кишки. В лабораторных условиях штамм СФБ обладал такой же способностью уменьшать заражение эпителиальных клеток ротавирусом, что и фекалии мышей GSU. В естественных условиях и при изоляции от микробиоты он также обеспечивал (сам по себе) защиту от ротавируса для безмикробных мышей с ослабленным иммунитетом и снижал частоту возникновения диареи у новорожденных мышей без иммунодефицита, таким образом подтверждая свое защитное действие.

Новый неиммунный механизм

В противоположность изначальной гипотезе исследователей известных иммунных механизмов, опосредующих устойчивость к ротавирусу, задействовано не было (ни ИЛ-22/ИЛ-17, ни интерферона λ). Могло иметься сочетание нескольких неиммунных путей: СФБ могли разрушать поверхностное соединение ротавируса и препятствовать его взаимодействию с эпителием. Однако представляется, что основной механизм находится на стороне организма-носителя: обновление ворсинок эпителиальных клеток могло ускоряться под влиянием СФБ, вызывая таким образом быстрое удаление клеток, потенциально зараженных ротавирусом. Таким образом, микробиота может стать ключевым пулом для разработки новых стратегий борьбы с вирусными инфекциями.

^{1. GSU означает Государственный университет штата Джорджия, где родились эти мыши.}

^{2. Бактерии из семейства Clostridiales, которые колонизируют кишечник многих видов.}

В микробиоте нашего кишечника преобладают две группы бактерий,Bacteroidetes и Firmicutes, в достаточно устойчивом соотношении. Нарушение этого баланса (дисбиоз) создает возможность развития различных заболеваний (воспалений или инфекций) и даже ожирения. Напротив, сбалансированное содержание микроорганизмов является ключевой составляющей благополучия и крепкого здоровья человека. Из всех "архитекторов" нашей кишечной микрофлоры наиболее наиболее значимую роль играет употребляемая пища. Но то, что мы пьем, представляется не менее важным.

Ключевая роль полифенолов

Наряду с водой, наиболее потребляемым напитком в мире является чай. Благодаря высокому содержанию полифенолов он сокращает количество некоторых патогенных бактерий и предотвращает их рост. Для точного определения всего спектра воздействий чая на микрофлору кишечника два английских исследователя провели обзор научной литературы на эту тему. Согласно его результатам, ежедневное потребление зеленого чая (в объеме от 400 до 1000 мл) благоприятно влияет на состав нашей микробиологической экосистемы, обеспечивая изменения, которые поддерживают баланс Bacteroidetes/Firmicutes. Предотвращая дисбиоз, чай может противодействовать отрицательному эффекту ожирения или рациона с высоким содержанием жира, что объясняет увязывание его потребления в некоторых исследованиях с потерей веса. Хотя большинство исследований посвящено зеленому чаю, в работах, касающихся черного или менее известных сортов, таких как «фуцзянь», «пуэр» или «улун», отмечаются аналогичные преимущества.

Требуются дальнейшие исследования

Теперь необходимо выяснить, как различные сорта чая влияют на микробиоту кишечника и какие уровни регулярного потребления необходимы для здоровых взрослых людей с нормальным весом. По мнению исследователей, роль потребления чая в облегчении симптомов некоторых желудочно-кишечных расстройств требует дальнейшего анализа.

Источники:

Bond Timothy, Derbyshire Emma. Tea Compounds and the Gut Microbiome:Findings from Trials and Mechanistic Studies. Reproductive Health. Nutrients 2019, 11, 2364; doi:10.3390/nu11102364

Pекомендовано нашим сообществом

Способ вскармливания будет напрямую влиять на состав микробиоты кишечника новорожденных. Желудочно-кишечный тракт у новорожденных, получающих грудное молоко, содержит больше бифидобактерий и лактобацилл, чем у младенцев, питающихся детскими смесями. Но каким образом регулируется микробиота грудного молока? Некоторые исследования показывают, что на ее состав влияет рацион матери в период беременности и лактации. А другая, более свежая гипотеза, предполагает, что бактерии, имеющиеся в микробиоте кишечника матери, мигрируют в молочные железы.

Два доминирующих вида бактерий

Для большей ясности, группа бразильских исследователей проанализировала микробиологический состав грудного молока 94 недавно родивших женщин. Среди 85 идентифицированных видов бактерий, 3 присутствовали систематически, а 10 обнаруживались в составе не менее 90 % проанализированных проб молока. Доминировали главным образом два вида: стрептококки и стафилококки, считающиеся инициаторами колонизации желудочно-кишечного тракта новорожденных. Бифидобактерии и лактобациллы, изобилующие в микробиоте кишечника младенцев, находящихся на грудном вскармливании, также присутствовали, но в меньших количествах.

Влияние витамина С и полиненасыщенных жирных кислот

Далее исследователи изучили влияние рациона питания на микробиоту в период беременности и в течение первого месяца грудного вскармливания. Были выявлены два основных результата:

- только потребление витамина С в течение беременности ассоциировалось со специфическим бактериальным профилем, где преобладают стафилококки, что предполагает влияние потребления витамина С на микробиоту грудного молока;

- потребление полиненасыщенных жирных кислот(лосось, тунец...) в период лактации незначительно влиял на содержание бифидобактерий.

Различное влияние до и после родов

Рацион женщины, по видимому, влияет на микробное разнообразие в ее грудном молоке. Однако это влияние проявляется сильнее во время беременности, нежели в период лактации.

Каким образом обеспечить специфическое воздействие на патогенные бактерии без формирования устойчивости или попутного нанесения ущерба прочим членам бактериального сообщества, притом с помощью простого и в то же время эффективного инструмента? Группа ученых из Лондона нашла возможное решение, основанное на системе CRISPR-Cas9, т. е. «молекулярных ножницах», которые могут осуществлять генетические изменения: направляющая РНК распознает последовательность ДНК (под названием CRISPR), с которой связывается нуклеаза Cas9, разрезая последовательность-мишень. А, как известно, любое вмешательство в циклическую бактериальную ДНК препятствует ее репликации и вызывает смерть клетки.

Плазмидный вектор

В основе данного исследования лежит следующая идея: вместо врезки Cas9 в бактериальную ДНК исследователи вставили ее в плазмиду, небольшой компонент ДНК, дополняющий бактериальный геном. В чем преимущество? Бактерии распространяют эти плазмиды за счет процесса, называемого конъюгацией*, даже между разными видами. Но до настоящего момента ограничением для исследования выступала низкая частота этих плазмидных передач. Этот недостаток был преодолен за счет разработки плазмиды, содержащей не только нуклеазу Cas9, но и инструменты, необходимые для процесса конъюгации. Благодаря последовательности конъюгаций между бактериями (с превращением реципиента в донора и так далее) эта новая плазмида распространяется очень быстро, от популяции E. coli (донора) до почти 100 % популяции Salmonella enterica, учитывая, что чем теснее контакт клеток (например, в биопленке), тем выше частота конъюгации. Необходимо отметить, что такое размножение возможно вследствие контроля экспрессии Cas9: для экспрессии нуклеазы и, следовательно, для уничтожения бактерий требуется арабиноза. В отсутствие арабинозы плазмида может только распространяться.

Мишень: второстепенные гены

Эффективность плазмиды в отношении уничтожения бактерий еще необходимо изучать с помощью изменений одного параметра: гена, разрезаемого нуклеазой. Исследователи таким образом провели испытания 65 фрагментов направляющих РНК, каждый из которых распознает отдельные гены бактериальной ДНК S. enterica – некоторые основные и некоторые второстепенные. Снова используя E. coli в качестве первичного донора плазмиды, группа исследователей обнаружила, что показатель элиминации S. enterica меняется в пределах от 1 до 100 % в зависимости от гена-мишени. Хотя в объяснении этих различий остаются вопросы, таргетирование основных генов представляется менее эффективным: это вызывает внедрение фрагментов ДНК в плазмиду, которая затем теряет свою способность к уничтожению бактерий. Со второстепенными генами этого не происходит.

Решение для проникновения в биопленку?

Даже притом, что модель основывается только на 2 исследованных видах, плазмида может быть теоретически перенесена в комплексное микробиологическое сообщество: таким образом, конъюгация перестанет быть ограничением. Теперь исследователям необходимо сосредоточиться на эффективности плазмиды и параметрах, влияющих на ее активность. Данный процесс может получить широкий спектр применений, включая проникновение в биопленку, которого трудно достичь с помощью прочих векторов: собственная бактерия биопленки может быть первичным донором, таким образом позволяя плазмиде очень быстро распространяться и уничтожать бактерии-мишени, даже наиболее резистентные к антибиотикам.

^{* Бактерия-донор связывается с реципиентом, передает ему нить ДНК плазмиды, которая затем снова трансформируется реципиентами в двухнитевую плазмиду.}