Обнаружение бактериальной ДНК во внутриутробной среде положило конец давно существовавшему убеждению о том, что она стерильна. Однако остается вопрос: происходит ли выявленная ДНК от жизнеспособных и метаболически активных бактерий, исходящих от матери? Группа американских исследователей ответила на этот вопрос, объединив исследования на людях и мышах. Первый этап: описание свойств микрофлоры в парах «мать-дитя» (у 5 недоношенных и 5 доношенных детей) на основе образцов, взятых после кесарева сечения, в оптимальных условиях стерильности. Анализ позволил определить происхождение бактерий, обнаруженных во рту и меконии ребенка, на основе проб вагинальной, ректальной, маточной, плацентарной и амниотической микробиоты матери. В результате было подтверждено существование микробиоты плода уже на 24 неделе беременности. Она происходит из среды матки и в основном состоит из Escherichia и Acinetobacter.

Живые бактерии у плода... во втором триместре беременности

Второй этап: у мышей исследователи визуализировали кишечную микрофлору плода и наблюдали ее жизнеспособность, а также частые изменения, которые она претерпевает в течение беременности. Данные исследователей свидетельствуют о том, что во втором триместре беременности плод подвергается воздействию разнообразных жизнеспособных и культивируемых бактерий материнского происхождения. Напротив, в конце периода беременности (и несмотря на присутствие бактериальной ДНК в основном плацентарного и амниотического происхождения) образцы оказались некультивируемыми. Предполагаемая гипотеза состоит в том, что созревание иммунной системы (на позднем сроке) приводит к постепенному уничтожению микроорганизмов, которые проникли во внутриутробную среду.

Подтвердилась передача жизнеспособных бактерий

Группа исследователей подтвердила свои наблюдения за передачей бактерий во время беременности путем колонизации кишечника беременных мышей маркированной E. coli, выделив затем эти жизнеспособные бактерии у их потомства. Все эти результаты подтверждают существование у плода микробиоты материнского происхождения, которая изменяется в течение беременности и может оказывать влияние на развитие иммунной системы и микробиоту новорожденного после родов.

Вагинальная микрофлора является богатой и динамичной микробной экосистемой. По своему составу она подразделяется на пять больших групп: в четырех группах преобладает один штамм лактобацилл (L. crispatus, L. gasseri, L. iners или L. jensenii), а в пятой, гетерогенной, наблюдается наибольшее количество анаэробных штаммов, таких как Gardnerella vaginalis, Atopobium vaginae и Prevotella spp. Последнее явление свидетельствует о наличии бактериального вагиноза и связано с повышенным риском бесплодия и развития заболеваний, передающихся половым путем.

Учитывая влияние микрофлоры влагалища на интимное здоровье женщины, от которого зависит репродуктивная функция, американская команда заинтересовалась взаимосвязью между бактериальным профилем и колонизацией дрожжей рода Candida. Вдобавок, комменсал Candida, входящий в состав вагинальной флоры, провоцирует риск развития вульвовагинального кандидоза, характеризующегося агрессивной реакцией хозяина на чрезмерное развитие оппортунистических грибов. Образцы, взятые из влагалища у 255 женщин в возрасте от 14 до 45 лет, кавказского (53 %) или африканского (47 %) происхождения были использованы для выявления доминантных лактобацилл, а также для оценки и количественного определения колонизации штамма Candida.

Зависимость состава микрофлоры от этнической принадлежности и…

Результаты анализов: у 16 % женщин определился кандидоз (90 % C. albicans и около 10 % C. glabrata) с высоким преобладанием в микрофлоре L. iners по сравнению с L. crispatus (39 % и 20 % соответственно). Такое смещение зависит от этнической принадлежности, так как группа L. iners чаще наблюдается у женщин африканского происхождения, чем кавказского (46,7 % против 31,9 %). Такой результат исследования подтверждает данные литературы.

…регулирование уровня молочной кислоты

По мнению исследователей, корреляция между штаммом лактобациллы и риском развития кандидоза основана на способности каждого штамма подкислять вагинальную среду в большей или меньшей степени. Лабораторные испытания показали, что L. crispatus производит большее количество молочной кислоты, что приводит к местному снижению pH примерно до 4,0 по сравнению с L. iners, у которых pH равен 4,6, что достаточно для ингибирования роста С. albicans.

Таким образом, дифференциация бактериальных сообществ влагалища позволила бы выявить предрасположенность к кандидозу. Это первый шаг к разработке индивидуальной профилактики и лечения, основанного на модуляции микробиоты.

Бактериальный вагиноз является частым и трудно поддающимся лечению женским заболеванием, возникающим вследствие дисбаланса вагинальной микрофлоры, при котором наблюдается уменьшение количества лактобацилл и рост количества потенциально вредных бактерий, в частности Gardnerella vaginalis. Несмотря на лечение антибиотиками, в течение последующего года рецидив возникает почти у 60 % заболевших женщин.

Смена методики

Ввиду того, что исследователи подозревали наличие взаимосвязи между уровнем некоторых питательных веществ в крови и риском развития бактериального вагиноза, были проведены разнообразные исследования, которые привели к противоречивым результатам. Авторы нового исследования, опубликованного в «Reproductive Health», считают, что причина кроется в используемых методиках, основанных на взятии влагалищных мазков или на применении клинических критериев и сосредоточенных в основном на определении уровня витамина D. Чтобы исследовать связь между приемом пищевых добавок и бактериальным вагинозом, исследователи провели анализ состава микрофлоры влагалища 104 молодых женщин, четверть из которых имела данное заболевание, а также анализ их ежедневного потребления микро- и макроэлементов, описанного в соответствующих опросных анкетах. Исследователи также изучили соответствующую научную литературу.

Увеличить потребление бетаина?

Таким образом, исследователям удалось составить типовой портрет женщины, страдающей вагинозом: она часто применяет спринцевания влагалища, у нее повышенный индекс массы тела, она меньше использует гормональную контрацепцию по сравнению с женщинами со сбалансированным составом микрофлоры влагалища. В целом, женщины, которые потребляют меньшее количество пищи, менее всего подвержены риску развития вагиноза. Единственным исключением является бетаин, ограниченное потребление которого увеличивает такой риск. В лабораторных условиях данное вещество стимулирует выживание лактобацилл и производство молочной кислоты, чтобы предотвратить колонизацию патогенных микроорганизмов. По мнению авторов, бетаин действует непосредственно на микрофлору влагалища, способствуя бактериальному балансу, или воздействует на нее – косвенно через микрофлору кишечника. Данное открытие предоставляет новые способы снижения риска развития вагиноза, одним из которых является увеличение потребления бетаина путем изменения диеты или использования пищевых добавок.

Изучение эволюции микрофлоры кишечника подтолкнуло многих исследователей к сравнению людей и приматов. Их исследования, проведенные на ограниченном количестве видов, показали, что бактерии, обнаруженные в микробиоте кишечника человека и приматов, происходят от бактерий, которые колонизировали желудочно-кишечный тракт наших общих предков, и что они коэволюционировали. Однако, хотя люди генетически близки к крупным приматам (бонобо, шимпанзе), их пищеварительная система ближе к пищеварительной системе обезьян Старого Света (бабуинов, макак), среда обитания и пищевые привычки которых очень похожи на человеческие.

Микробиота, более близкая по составу к микробиоте обезьян Старого Света

Чтобы обосновать гипотезу о том, что эти два параметра оказывают гораздо большее влияние на состав микробиоты , чем принято считать, группа американских исследователей сравнила бактериальную микрофлору и ее различные функции у групп людей, живущих в промышленно развитых или неиндустриализированных странах, и 18 видов диких приматов. В то время как микробиота кишечника у людей, проживающих в промышленно развитых странах, сильно отличается от таковой у приматов, микробиота кишечника у людей, проживающих в промышленно неразвитых странах, наоборот, весьма схожа с таковой у приматов. Однако существуют различия: по сравнению с микробиотой приматов у человека имеются уникальные микробиологические характеристики (он обладает некоторыми видами микроорганизмов, которые у других отсутствуют), специфические функциональные пути и большая межиндивидуальная изменчивость. Последнее может объяснять более высокую приспосабливаемость людей к новым условиям. Что еще более удивительно, кишечная микрофлора людей имеет большее сходство с микробиотой бабуинов, чем с микробиотой их предков.

Влияние окружающей среды недооценивается

Эти результаты подчеркивают влияние окружающей среды, рациона питания и физиологических адаптаций на состав кишечной микробиоты, особенно на ее функциональные возможности, и опровергают идею о том, что это почти исключительно следствие коэволюции бактерий и хозяина. Авторы считают, что эти открытия представляют новую картину роли микробиоты кишечника в эволюции человечества.

Несколько исследований подтвердили ведущую роль микробиоты кишечника в иммунитете, хотя клинические данные по-прежнему ограниченны. Более тщательное изучение лежащих в основе механизмов имеет решающее значение для здравоохранения, в частности, для разработки методов лечения, ориентированных на микробиоту, в случаях с нарушениями иммунитета. В этом контексте и основываясь на наблюдении, что эффективность вакцины варьируется в той же степени, что и микробиота кишечника у людей в разных частях света, исследователи сосредоточились на влиянии антибиотиков в отношении иммунного ответа на вакцинацию.

Влияние антибиотиков на вакцинацию

С этой целью ученые изучили две группы людей с различным уровнем антител против гриппа перед началом исследования. В первой группе 22 здоровых взрослых испытуемых были вакцинированы против сезонного гриппа (вакцина, содержащая 3 штамма ослабленных вирусов); за 3 дня до вакцинации половина из них начала лечение антибиотиками продолжительностью 5 дней. Как и ожидалось, антибиотики оказали глубокое и длительное влияние на состав микробиоты кишечника. Но вопреки гипотезе исследователей, применение антибиотиков не влияло на выработку антител при ответе на вакцинацию. Эффект наблюдался только во второй когорте, состоящей из 11 испытуемых, не имевших ранее существовавшего иммунитета против гриппа (без недавно перенесенного гриппа или вакцинации*): антибиотики вызывали снижение выработки антител IgG1 и IgA против штамма вируса H1N1. Таким образом, антибиотики широкого спектра действия могут в некоторых случаях нарушать иммунный ответ на вакцинацию.

Желчные кислоты: вестники воспаления

Исследователи также отметили, что изменения на уровне метаболитов крови, вызванные вакцинацией, были различными в группе, получавшей антибиотики, и в контрольной группе, особенно в отношении веществ, полученных в результате метаболизма желчных кислот. Следует напомнить, что микробиота трансформирует первичные желчные кислоты, выделяемые желчным пузырем и поступающие в кишечник, во вторичные желчные кислоты. Затем происходит их частичное обратное всасывание. Но у испытуемых, получавших антибактериальную терапию, наблюдалось повышение уровня первичных желчных кислот в крови и значительное снижение уровня вторичных желчных кислот. Антибиотикотерапия может даже сократить в 1000 раз концентрацию наиболее важной из них - литохолевой кислоты. Данное сокращение вторичных желчных кислот было тесно связано с увеличением уровня провоспалительных веществ. Это говорит о том, что изменение соотношения желчных кислот, вызванное антибиотикотерапией, может быть одним из механизмов, регулирующих воспалительную реакцию.

Два разных вида реакции

Существует ли связь между реакцией с модулированием выработки антител, и реакцией, влияющей на желчные кислоты и воспаление? По словам исследователей, такой связи нет: они сопоставили разнообразные сигнальные пути, от нарушения микробиоты после введения антибиотиков, до изменений метаболитов крови; и пришли к выводу, что эти два пути независимы. В заключение следует отметить, что глубокое повреждение микробиоты, вызванное применением антибиотиков, может модулировать иммунную функцию с помощью двух различающихся механизмов: путем прямого взаимодействия с иммунными клетками или системным путем, за счет модулирования выработки некоторых ключевых метаболитов.

^{* Без недавней вакцинации или перенесенного гриппа, что подтверждается низким уровнем антител (1 когорта: уровни в сыворотке < 320 в отношении по меньшей мере 2 из 3 штаммов, включенных в вакцину; 2 когорта: уровни в сыворотке ≤ 320 в отношении 3 штаммов, содержащихся в вакцине).}

Неалкогольная жировая болезнь печени характеризуется появлением в печени жировых отложений, не связанных с употреблением алкоголя. Без надлежащего лечения печень воспаляется и болезнь быстро прогрессирует – данное расстройство называется неалкогольной жировой болезнью печени (НАЖБП), которая может перерасти в фиброз, цирроз и в конечном счете – в рак печени. Расстройство часто связано с такими заболеваниями обмена веществ, как ожирение, и с нарушениями в микробиоте кишечника. Однако нам неизвестен точный механизм появления данного заболевания.

Бактерии, вырабатывающие спирт

Благодаря исследованию случая пациента с НАЖБП и синдромом автопивоварни (sidenote: Синдром автопивоварни – или синдром ферментации кишечника – характеризуется состоянием опьянения после употребления пищи с высоким содержанием сахара, без употребления алкоголя. ) китайские ученые обнаружили, что данный синдром могут вызывать бактерии, что ранее приписывалось дрожжам. Анализ кала показал наличие бактерий Klebsiella pneumoniae, способных вырабатывать алкоголь в больших количествах. Их концентрация превысила норму в 900 раз. Диапазон исследования расширили до 43 пациентов с неалкогольной жировой болезнью печени. Было выяснено, что данные бактерии присутствуют в микробиоте кишечника у 60 % пациентов с данным заболеванием и лишь у 6 % здоровых людей. Исследование продолжилось – ученые вводили данные бактерии здоровым мышам, а спустя 4 недели у мышей развился стеатоз печени. По степени пагубного воздействия на печень стеатоз оказался сопоставимым с последствиями чрезмерного употребления алкоголя у мышей. Ученые обнаружили, что введение глюкозы больным мышам с данными бактериями приводит к появлению алкоголя в крови. Очевидно, что для выработки алкоголя бактериям необходим сахар – в этом и заключается принцип алкогольного брожения!

Тест на сахар?

Результаты исследований позволят создать простой и эффективный тест на сахар. По мнению исследователей, обнаружение алкоголя в крови после всасывания глюкозы может свидетельствовать о наличии избыточного количества данных бактерий, при этом представляется возможным разработка антибиотиков против K. pneumoniae.

Нам известно, меньшее разнообразие микробиоты кишечника связано с такими расстройствами, как сахарный диабет, злокачественное новообразование толстой кишки и хронические воспалительные заболевания кишечника (ХВЗК). Однако для использования микробиоты в качестве биомаркера необходимо ясное представление о данном разнообразии – фекальные метаболиты являются показателем состава микробиоты, но что по поводу метаболитов крови?

Были определены 40 прогностических метаболитов

Группа исследователей предприняла попытку оценить микробиоту кишечника на базе 1000 анализов крови у группы из 399 здоровых взрослых американцев, участвующих в оздоровительной программе. Согласно результатам, 40 метаболитов в крови пациентов, 13 из которых микробного происхождения, объясняют 45 % разнообразия микробиоты кишечника, а значит, могут помочь и в прогнозировании. Прогнозирующую способность метаболитов подтверждает другое исследование, в котором участвовали 540 человек с разным состоянием здоровья.

«Золотая середина» разнообразия

Все же результаты показали, что приоритет оптимального уровня разнообразия выше для поддержания здоровья, чем максимальное разнообразие. С одной стороны, связь между полифенольными микробными метаболитами и разнообразием микробиоты кишечника может наблюдаться в случае рациона с обилием фруктов, овощей и злаков (которые в свою очередь имеют высокое содержание полифенолов). С другой стороны, некоторые микробные метаболиты, прогнозирующие разнообразие микробиоты, связаны с сердечно-сосудистыми заболеваниями или нарушением функций почек. Таким образом, как недостаток, так и избыток разнообразия микробиоты может иметь неблагоприятные последствия – авторы говорят об идеальном уровне, представляющем собой «золотую середину», зависящую от индекса массы тела (ИМТ). Наконец, авторы подчеркивают, что связь метаболитов крови и разнообразия микробиоты кишечника менялась при постоянстве ИМТ, что дает основания предполагать, что ограничение анализа категориями «норма» и «ожирение» является излишне сужающим.

Нужны клинические испытания?

В целом данные результаты свидетельствуют о тесной взаимосвязи между физиологией организма-хозяина и микробиотой кишечника, а также говорят о том, что метаболом крови хозяина – это связующее звено между микрофлорой кишечника и здоровьем человека. Таким образом, способность показателей плазмы указывать на разнообразие микробиоты кишечника может открыть путь к разработке клинических испытаний для контроля здоровья микрофлоры кишечника путем простого анализа крови.

Терапия ингибиторами контрольных точек (ИКТ) – это форма иммунотерапии, представляющая собой возможный метод лечения некоторых опухолей, таких как меланома и немелкоклеточный рак легких (НМРЛ). Однако несмотря на эффективность, положительный эффект наблюдается лишь у небольшой доли пациентов. Именно поэтому столь важно точнее прогнозировать ответ на терапию и усовершенствовать стандартные инструкции по назначению. С этой целью группа исследователей изучила влияние времени приема антибиотиков широкого спектра действия (АШСД), которые главным образом используются для лечения респираторных инфекций до или одновременно с терапией ингибиторами контрольных точек, на эффективность лечения посредством модуляции микробиоты кишечника.

Выживаемость пациентов снизилась с 26 до 2 месяцев

Данное проспективное когортное исследование проводилось в 2 университетских больницах. В нем приняли участие 196 пациентов (137 мужчин и 59 женщин, средний возраст: 68 лет) с раком (119 с НМРЛ, 38 с меланомой и 39 с другими типами рака), которые проходили терапию ингибиторами контрольных точек не менее трех лет. Результаты показали, что лечение антибиотиками, проводимое за 30 дней до терапии ИКТ (т. е. предшествующее лечение антибиотиками) очевидным образом снижает общую выживаемость пациентов вне зависимости от типа рака (2 месяца у пациентов с предшествующим лечением антибиотиками и 26 месяцев у пациентов, не проходивших антибиотикотерапию). Процент опухолей, резистентных к терапии, также выше среди пациентов, получавших предшествующее лечение антибиотиками (81 % против 44% ). В заключение следует отметить, что время приема антибиотиков также имеет решающее значение – несмотря на то, что антибиотики не приводят к негативным последствиям при одновременном применении с терапией ИКТ, они все же ухудшают прогноз при предварительном применении.

Изучение роли кишечной микробиоты

Авторам исследования известно, что полученные результаты ограничиваются небольшой группой пациентов и отсутствием корреляционного анализа взаимосвязи лечения антибиотиками и составом микробиоты пациентов. Однако результаты соответствуют итогам предыдущих исследований, которые выявили, что дисбиоз кишечника связан со слабым ответом на противоопухолевую терапию с помощью ИКТ. Это может объясняться тем, что антибиотики могут привести к длительным нарушениям в экосистеме кишечника и поставить под угрозу эффективность противоопухолевых Т-клеток. Впрочем, данная гипотеза еще не подтверждена, а потому необходимы скорейшие механистические исследования, чтобы понять негативное влияние на эффективность терапии ИКТ изменений в микробиоте кишечника, возникших вследствие предшествующего приема антибиотиков.

Так как влияние микробиоты кишечника на наше здоровье описывается все подробнее, разрабатываются стратегии, способные благоприятно повлиять на нее, в частности посредством диеты. По этой причине некоторые исследователи сосредотачиваются на продуктах питания, специально предназначенных для воздействия на микробиоту, или MDF (нацеленные на микробиоту продукты питания), в данном случае – полисахариды (растительные волокна).

Было проанализировано 34 вида «волокон»

Использование лабораторных мышей позволило лучше изучить процессы взаимодействия кишечных бактерий человека с пищевыми полисахаридами, а также друг с другом: безмикробные мыши, колонизированные полезными штаммами кишечных бактерий (Bacteroides spp. от взрослого самца без ожирения, наличие которых отличает его от близнеца с ожирением) получали различные сочетания из 34 пищевых волокон в дополнение к рациону с низким содержанием волокон (представляющему типичный американский рацион). Применив совместно несколько передовых технологий, исследователи идентифицировали биологически активные вещества, которые способствуют развитию некоторых видов Bacteroides. Двадцать один из 34 протестированных полисахаридов значительно улучшили рост некоторых видов микроорганизмов, например цитрусовый пектин и волокна гороха улучшили рост Bacteroides thetaiotaomicron. Данные результаты впоследствии могут позволить нам увеличить содержание этих компонентов в нашем рационе.

Межвидовая конкуренция

Для исследования действующих механизмов и определения пищевых волокон, которые усваиваются либо не усваиваются, были проведены дополнительные эксперименты с использованием биосенсоров, т. е. магнитных микроносителей в полисахаридной оболочке, легко извлекаемых из экскрементов. Они подтвердили то, что 2 разных вида бактерий (например, Bacteroides cellulosilyticus и Bacteroides vulgatus) способны расщеплять один и тот же полисахарид, если у них есть необходимые гены. В результате различные штаммы конкурируют за пищевые ресурсы.

Путь к персонализированному медицинскому питанию?

Посредством анализа адаптации кишечных микроорганизмов к окружающей их среде (за счет восполнения отсутствия конкретных видов или конкуренции друг с другом) ученые заметили, что некоторые бактерии проявляли более высокую гибкость, чем остальные, в отношении использования субстрата. Это относится к Bacteroides ovatus, которая способна адаптироваться к присутствию B. cellulosilyticus, ее конкуренту в отношении арабиноксилана (основного составляющего стенок растительных клеток злаковых и гороха), в то время как B. vulgatus не обладает данным свойством. Определение наиболее гибких в плане адаптации организмов помогает понять, как некоторые штаммы могут сосуществовать с другими «жителями» кишечного бактериального сообщества. На основании данных результатов группа исследователей уже прогнозирует разработку персонализированного руководства по формированию рациона с опорой на микробиологические и физиологические данные организма-носителя, полученные при помощи биосенсоров.