Как в медицинских учреждениях воздействовать на пути передачи инфекций, вызванных возбудителями с высокой устойчивостью к антибиотикам, таких как ванкомицин-резистентный Enterococcus faecium (ВРЭ)? Перспективный подход основан на повышении сопротивляемости кишечника к колонизации путем введения защитных кишечных бактерий. У мышей бактериальный трансплантат, по-видимому, восстанавливает устойчивость к колонизации и уменьшает удельную массу ВРЭ в кишечнике. Это было достигнуто с помощью комбинации под названием «CBBP_SCSK», состоящей из 4 бактериальных штаммов, включая Blautia producta (BP_SCSK; где SCSK обозначает штамм Blautia). Тем не менее базовые механизмы еще предстоит выяснить. Частично эта задача была выполнена в работах, недавно опубликованных в журнале Nature американскими исследователями.

Лантибиотик, аналогичный консерванту E234

Результаты экспериментов показывают, что BP_SCSK может помочь уменьшить рост ВРЭ путем выделения лантибиотика, аналогичного низину A, который вырабатывается Lactococcus lactis и широко используется в пищевой промышленности в качестве консерванта (E234). Аналогичный... но более эффективный и избирательный способ.

Более эффективный и избирательный in vivo

Хотя рост ВРЭ ингибируется как BP_SCSK, так и L. lactis in vitro, все обстоит иначе in vivo: в толстой кишке обнаруживается только штамм BP_SCSK (где он составляет около 25 % бактерий, имеющихся в течение 5 дней после введения CBBP_SCSK); это снижает удельную массу ВРЭ и ингибирует грамположительные возбудители, сохраняя при этом другие кишечные комменсальные бактерии. Напротив, L. lactis не способен колонизировать желудочно-кишечный тракт и обладает более широким спектром действия за счет некоторых полезных бактерий.

Потенциальный пробиотический препарат

Результаты также особо указывают, что гены, кодирующие синтез лантибиотиков, присутствуют от природы в микробиоме человека у здоровых людей, а также что виды, продуцирующие лантибиотики, ингибируют ВРЭ. Кроме того, у 22 пациентов с высоким риском заражения инфекцией, обусловленной ВРЭ (поскольку они подвергались трансплантации гемопоэтических клеток), высокое содержание генов, кодирующих продуцирование лантибиотика, было связано со сниженной численностью E. faecium. Аналогично у безмикробных мышей, которым трансплантировали фекальные препараты от этих пациентов, устойчивость к колонизации ВРЭ коррелирует с большой распространенностью гена лантибиотика. Это подтверждает идею, что кишечные бактерии, продуцирующие лантибиотик, уменьшают колонизацию ВРЭ и являются потенциальными пробиотическими препаратами, которые могут восстанавливать сопротивляемость к колонизации этим болезнетворным микроорганизмом.

^{* Низкомолекулярный бактериальный пептид с антимикробным действием, продуцируемый большим количеством грамположительных бактерий.}

Родина тигровых комаров (также известных как Aedes albopictus) – Юго-Восточная Азия, но они быстро распространились по всем континентам. Только Антарктика смогла противостоять этому захватчику! Способность самки передавать не менее 19 вирусов (включая вирусы лихорадки денге, чикунгунья, зика) делает ее настоящей угрозой для здоровья людей, требующей принятия срочных мер.

Различная привлекательность кожи

Известно, что тигровых комаров, помимо прочего, привлекает человеческий пот. Но не всякий пот для них привлекателен: некоторых людей кусают систематически, в то время как других эти кровопийцы полностью игнорируют! Такая несправедливость может быть вызвана концентрацией в поте некоторых летучих соединений (молочная кислота, ацетон...), которые обуславливают запах кожи. Однако эти соединения выделяются как сальными железами, так и бактериями микробиоты кожи. Таким образом, состав последней может быть причиной привлекательности некоторых людей для тигровых комаров.

Изменчивая сила притяжения

Группа исследователей из Франции хотела определить соединения, связанные с уровнем привлекательности или непривлекательности для самок тигровых комаров, в бактериях микробиоты кожи 12 добровольцев. Во-первых, они обнаружили, что три вида бактерий, от природы присутствующих в кожной микрофлоре, привлекают насекомых (Staphylococcus saprophyticus, Klebsiella rhizophila и Kylococcus sedentarius), в то время как две другие отпугивают их (Corynebacterium tuberculostearicum и Staphylococcus hominis). Также они заметили, что с привлекающими видами были связаны два вещества, но только когда они выделялись в больших количествах; в меньших количествах они, напротив, были связаны с одним из двух отталкивающих видов бактерий.

Новые пахучие ловушки

По мнению авторов, эти открытия могут способствовать разработке новых способов предотвращения укусов тигровых комаров, ориентированных на остановку роста «привлекающих» бактерий или изменение их способности вырабатывать летучие соединения, привлекающих насекомых.

Инфекция Clostridioides difficile (sidenote: Clostridioides difficile Ранее – Clostridium difficile )  (CDI) поражает около 450 000 человек и ежегодно уносит жизни 30 000 человек в Соединенных Штатах. На нее приходится значительная доля смертельных исходов, связанных с антибиотикорезистентными бактериями. CDI возникает после проглатывания и закрепления спор, которые затем разрастаются и превращаются в вегетативные формы бактерий, образующих колонии и выделяющих токсины, которые вызывают широкий спектр симптомов – от диареи до угрожающего жизни псевдомембранозного колита. Но носительство также может быть абсолютно бессимптомным, и CDI может проявить свой патогенный потенциал только после приема антибиотиков.

Составление списка метаболитов

C. difficile считается условно-патогенным возбудителем, который может уничтожаться здоровой кишечной микробиотой. Считается, что некоторые метаболические функции способствуют этому уничтожению. Чтобы лучше изучить связь между кишечными метаболитами и CDI у людей, исследовательская группа изучила фекальные метаболомические профили 186 госпитализированных пациентов с симптомами диареи: 62 пациентов с CDI (положительная проба на токсигенную культуру и положительный результат иммуноферментного анализа), 62 пациентов с положительной пробой на токсигенную культуру, но отрицательными результатами иммуноферментного анализа, а также 62 соответствующих неколонизированных пациентов в контрольной группе (с отрицательной пробой на токсигенную культуру и отрицательным результатом иммуноферментного анализа). Описание свойств фекальных метаболитов выполнялось методом газовой хроматографии.

Две метаболические сигнатуры

Из 2463 метаболитов, обнаруженных в каловых массах, 43 можно использовать для распознавания пациентов с CDI и неколонизированных пациентов контрольной группы. Многие из них являются производными ферментативной реакции Стикленда (sidenote: реакции Стикленда Сопряженная окислительно-восстановительная реакция двух аминокислот, одна из которых играет роль акцептора водорода, другая – донора водорода. Встречается у многих видов Clostridium de Vladar HP. Amino acid fermentation at the origin of the genetic code. Biol Direct. 2012 Feb 10;7:6. ) , в рамках которой бактерии, такие как C. difficile, используют аминокислоты в качестве субстратов. Наиболее сильная связь была обнаружена в отношении короткоцепочечной жирной кислоты, получаемой в результате ферментации лейцина, которая проявилась в значительно больших количествах у пациентов с CDI. Исследовательская группа также определила ряд вторичных желчных кислот, значительно менее распространенных у пациентов с CDI и получаемых в результате дегидроксилирования кишечными бактериями первичных желчных кислот, которые синтезируются и конъюгируются организмом-хозяином. Остается неясным, являются ли эти дегидроксилированные желчные кислоты только биомаркерами пациентов с отсутствием CDI или их образование защищает их от CDI, например путем ингибирования разрастания спор.

На пути к более точной диагностике?

В итоге, эти результаты могут привести к определению специфического метаболомического профиля для CDI и уточнению диагноза у пациента путем уменьшения числа ложноположительных результатов, связанных с обнаружением неактивных спор токсигенной культуры, а также ложноотрицательных результатов, вызванных низкой чувствительностью иммуноферментного анализа.

Коалы – привередливые гурманы. Может быть, слишком привередливые, так как многие из них переносят листья только эвкалипта белого (Eucalyptus viminalis). Вот почему в случае их недостатка коалам угрожает голод. Тем не менее некоторые из них могут питаться другими видами эвкалипта, особенно листьями эвкалипта косого (Eucalyptus obliqua), который содержит больше волокон и менее питателен, но очень распространен. Это различие подтолкнуло австралийских исследователей к изучению потенциальной связи между составом кишечной микробиоты сумчатых и их способностью переваривать компоненты, содержащиеся в листьях этих двух деревьев.

Связь между микробиотой и рационом

Сравнение микробиоты кишечника коал, которые едят только листья белого эвкалипта или только листья эвкалипта косого, подтверждает наличие различий в составе их микробиоты кишечника: у последних имеется более высокое содержание видов из семейств Lachnospiraceae и Ruminococcaceae, о которых известно, что они способствуют расщеплению целлюлозы, более распространенной в кишечнике коал, питающихся листьями эвкалипта косого.

Неизмененная микробиота

Коалам, предпочитающим листья эвкалипта белого и проживающим в неволе, давали поочередно листья обоих видов эвкалипта. Цель заключалась в оценке, приведет ли изменение в рационе к изменению состава микробиоты кишечника. Это явление, часто встречающееся у любых видов животных и у людей, в данном случае не наблюдалось. Это является доказательством того, что коалы обладают низкой способностью микробиологической приспособляемости к изменениям рациона, что может объяснить их отказ от некоторых листьев.

Движение к пробиотику для выживания вида?

Однако введение капсул с фекальными трансплантатами от диких коал, питающихся эвкалиптом косым, коалам, питающимся исключительно листьями эвкалипта белого, изменило состав микробиоты кишечника реципиентов и позволило им питаться другими видами эвкалипта. Пищевые привычки со временем развились: по мере того как микробиота кишечника становилась все более схожей с таковой у доноров, эти сумчатые проявляли склонность есть больше листьев эвкалипта косого. Таким образом, пробиотический подход с применением трансплантации фекальной микробиоты может оказаться полезным в поддержке приспособления коал к новой среде или к растущей нехватке предпочитаемых ими листьев, тем самым обеспечивая их выживание.

Польза для здоровья от красного вина при умеренном употреблении будет в основном обусловлена содержащимися в нем полифенолами. Они являются природными компонентами, которые в основном содержатся в кожуре красного винограда и чьи антимикробные свойства могут оказаться полезными для микробиоты кишечника, согласно исследованиям, проведенным на животных. Наблюдалось ли аналогичное явление у людей? И что насчет других спиртных напитков?

Более разнообразная микробиота кишечника

Чтобы ответить на эти вопросы, группа лондонских исследователей изучила влияние пива, сидра, красного вина, белого вина и ликера на микробиоту кишечника 916 британских женщин-близнецов. По результатам анализа они обнаружили, что микробиота кишечника у женщин, пьющих красное вино, была значительно более разнообразной, чем у тех, кто пил другие виды алкогольных напитков. Высокое разнообразие бактерий является одним из признаков хорошего здоровья. Результаты были подтверждены еще в двух когортных исследованиях (в Америке и Голландии), в каждом из которых приняли участие около тысячи испытуемых.

Роль полифенолов

Более высокое разнообразие бактерий, которое было обнаружено только при употреблении красного вина, можно объяснить высоким содержанием полифенолов в этом алкогольном напитке: оно в 6–7 раз выше, чем, например, в белом вине. Более того, по мнению авторов, для получения данного эффекта достаточно употреблять очень небольшое количество. Еще один неожиданный результат, на первый взгляд, заключается в том, что во всех когортах потребители красного вина имели более низкий индекс массы тела.

Может ли «французский парадокс» вскоре разрешиться?

По мнению авторов, повышение разнообразия бактерий может частично способствовать благотворному влиянию от умеренного потребления красного вина за счет улучшения метаболизма холестерина или снижения уровня жира в организме. Много вина и чернил утечет в связи с этим открытием, поскольку прения о пользе этого популярного напитка продолжаются. Сможем ли мы таким образом скоро разрешить «французский парадокс»?

Как микробиота кишечника модулирует иммунные функции? На этот вопрос ответа у науки еще нет, хотя к этому может быть причастна разновидность Т-клеток, а именно клетки MAIT (ассоциированные со слизистой оболочкой инвариантные Т-клетки), которые участвуют в гомеостазе слизистой оболочки кишечника. Клетки MAIT – это особые Т-клетки, выполняющие функцию врожденного иммунитета, в основном расположенные в слизистой оболочке кишечника: они включают в себя инвариантный рецептор распознавания паттерна бактериальных метаболитов.

Предлагаемый механизм

В статье, опубликованной в журнале Science, группы французских ученых обобщили результаты различных проведенных ими исследований, которые показывают, что у мышей кишечные бактерии реагируют на развитие MAIT-клеток в тимусе, где созревают Т-клетки. Механизм, предложенный на основании экспериментов in vitro и in vivo, заключается в следующем: кишечные бактерии выделяют метаболит биосинтетического пути витамина B2 под названием 5-OP RU. 5-OP-RU быстро проникает через слизистую оболочку кишечника и перемещается в тимус, где распознается рецепторами незрелых клеток MAIT. Это распознавание может запускать размножение и созревание предшественников клеток MAIT. Зрелые клетки MAIT затем покидают тимус и достигают слизистой оболочки, особенно слизистой оболочки кишечника, где могут укреплять эпителиальный барьер, контролировать развитие микрофлоры и участвовать в защите от патогенов. Следует отметить, что 5-OP-RU может быть не единственным задействованным бактериальным метаболитом: исследователи подозревают, что другие медиаторы, индуцированные микробиотой кишечника, также играют роль в размножении и контроле созревания клеток MAIT.

Микробиота: неотъемлемая часть «своего» иммунитета?

Предлагая новый механизм, объясняющий, как микробиота кишечника может дистанционно влиять на органы организма-хозяина, эта публикация также участвует в расшифровке сложного диалога, который возникает между микробиотой и иммунной системой, и особенно между микробиотой кишечника и тимусом, рассматриваемым как место установления различий между «своим» (путем подавления лимфоцитов, способных распознавать «свое», избегая, таким образом, аутоиммунных заболеваний) и «чужим» (позитивная селекция лимфоцитов, распознающих чужеродные компоненты). Но согласно предлагаемому механизму, отличительной особенностью созревания клеток MAIT в тимусе является то, что оно основано на метаболитах микробиоты. Это дает основания полагать, что микробиота может быть неотъемлемой частью собственного иммунитета.

Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (PDAC) – страшное онкологическое заболевание. Так как она обычно диагностируется поздно, при общей выживаемости в 9 % в течение 5 лет прогноз неутешителен. По-видимому, микробиота опухоли имеет значение для данной выживаемости, что подтверждают многочисленные результаты, опубликованные в журнале Cell группой исследователей из Америки.

Больше разнообразие – больший процент выживаемости

Чтобы изучить влияние микробиоты опухоли и иммунной системы на выживаемость, эти исследователи проанализировали состав микробиоты резецированных опухолей у 68 пациентов с PDAC, распределенных на две группы: 36 пациентов с более чем 5-летней выживаемостью (среднее значение: 10,1 года), и 32 пациента, умерших в течение 5 лет после операции (среднее значение: 1,6 года). Результаты, полученные этими исследователями, свидетельствуют о большем видовом разнообразии бактерий, присутствующих в опухолевой микробиоте пациентов с выживаемостью более 5 лет. Эти результаты были подтверждены исследователями во второй когорте.

Иммуномодуляция

Кроме того, авторы подчеркнули, что каждая из двух групп пациентов демонстрировала специфическую сигнатуру внутриопухолевой микробиоты: наличие и высокая численность 3 видов бактерий (Pseudoxanthomonas, Streptomyces, Saccharopolyspora) и Bacillus clausii позволяли прогнозировать выживаемость в 97,51–99,17 % случаев (по данным исследования когорты). Дополнительные иммуногистологические анализы позволяют предположить, что состав микробиоты опухоли может влиять на развитие онкологического заболевания, модулируя противоопухолевый иммунный ответ посредством рекрутирования и активации CD8 Т-клеток.

Связь кишечника и опухоли

Одновременное исследование кала, резецированных опухолевых тканей и окружающих здоровых тканей у трех типов пациентов показал, что микробиота кишечника составляет около 25 % опухолевой микробиоты, притом что она отсутствует в окружающих тканях: таким образом, микробиота опухоли может быть колонизирована микробиотой кишечника. В итоге, трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) от трех типов пациентов (с долгосрочной выживаемостью, краткосрочной выживаемостью или из контрольной группы) была выполнена на мышах. В ходе этих работ подтвердилась способность кишечной микробиоты колонизировать опухоли поджелудочной железы. Они также позволили предположить ее способность модифицировать бактериальный состав опухоли и в свою очередь модулировать иммунную функцию, таким образом влияя на прогрессирование рака и выживаемость пациента. Помимо возможности прогнозирования на основе микробиоты опухоли, результаты ТФМ позволяют надеяться, что однажды мы сможем манипулировать этой микробиотой для повышения прогнозируемой продолжительности жизни пациентов с PDAC, для которых в настоящее время имеется очень мало терапевтических возможностей.

Для выявления бактерий, живущих в нашем кишечнике, чаще всего используется метод сбора образцов кала. Хотя этот метод имеет неоспоримое преимущество, заключающееся в простоте и неинвазивности, он также обладает очевидным ограничением: он обеспечивает лишь остаточное представление о микробиоте кишечника, но не дает описания всего разнообразия популяций, живущих на всей протяженности нашего желудочно-кишечного тракта.

Целевой отбор проб

Однако все может очень скоро измениться. В июле 2019 г. группа американских ученых объявила о разработке капсулы, распечатываемой на 3D-принтере, которая после приема внутрь могла бы собрать всю информацию о микробиоте кишечника или, точнее, о различных популяциях кишечных бактерий. После растворения защитного слоя в тонком кишечнике эта мини-лаборатория в капсуле собирает образцы бактерий, окружающих ее, на основе системы, которой не требуются аккумуляторы. Капсула проходит по тому же пути, что и пища, переносимая естественной перистальтикой кишечника, но с помощью магнита ее можно в точности поместить в конкретную изучаемую область. Чтобы не потерять это технологическое чудо «на выходе», его окрашивают специальным красителем, который флуоресцирует под УФ-излучением.

Вскоре должны быть проведены клинические испытания с участием людей

Конечно, капсула была тщательно изучена, сначала в лабораторных экспериментах (in vitro), а затем на свиньях и приматах (in vivo) для подтверждения ее способности идентифицировать различные популяции бактерий в различных отделах пищеварительной системы, а также их относительное содержание. Осталось только провести клинические испытания, чтобы определить, может ли капсула также использоваться в диагностических целях при работе с людьми.

Изучение распределения микробиоты

«Мы все больше узнаем о роли микробиоты кишечника для здоровья и в развитии заболеваний», – отметил Самир Сонкусале, профессор электроники и вычислительной техники в Университете Тафтса и соавтор исследования. «Тем не менее мы очень мало знаем о ее биогеографии», то есть о распределении по желудочно-кишечному тракту. «Эта капсула облегчит изучение роли пространственного распределения популяций бактерий в микробиоте кишечника в целях разработки новых терапевтических стратегий».

С учетом того, что от 50 до 75 % пациентов с болезнью Крона требуется хотя бы одна резекция кишечника в течение жизни, у 50 % из них через 5 лет после операции наблюдается рецидив. Эндоскопия является общепринятым стандартным методом диагностики рецидивов. Однако ее можно выполнять только через несколько месяцев после операции, что задерживает потенциально необходимое раннее терапевтическое воздействие. Таким образом, определение ранних прогностических факторов рецидива представляет исключительный интерес.

Стойкий дисбиоз

По данным многоцентрового исследования, опубликованного в журнале Gut и возглавляемого группой ученых под руководством проф. Гарри Сокола, микробиота подвздошной кишки вполне может быть одним из таких факторов. Такой вывод исследователи сделали, проанализировав состав микробиоты, полученной во время резекции кишечника (Tr), а затем во время последующей эндоскопии (Ts) у 201 пациента. Результат? Резекция кишечника вызвала значительное изменение микробиоты у всех пациентов и облегчение исходного дисбиоза, но ее влияние было менее выражено у перенесших рецидив. У последних между Tr и Ts произошло снижение альфа-разнообразия, более значительное увеличение численности некоторых видов из класса Alphaproteobacteria и менее значительное увеличение некоторых видов из семейства Firmicutes phylum, а также Lachnospiraceae и Ruminococcaceae, которые считаются маркерами здоровья кишечника.

Использование микробиоты для прогнозирования рецидива

В исследованиях на моделях (некоторые модели учитывают факторы, модулирующие риск рецидива: предшествующая резекция, табакокурение, принадлежность к мужскому полу являются ухудшающими факторами, в то время как использование ингибиторов ФНО* является защитным фактором) исследователи пошли дальше, выявив несколько таксонов, чрезмерно изобилующих при резекции, которые могут быть характерными маркерами рецидива, особенно бактерии класса Gammaproteobacteria, группы Ruminococcus gnavus и рода Corynebacterium. Несмотря на некоторые ограничения, это исследование предполагает, что по составу микробиоты во время резекции кишечника можно прогнозировать рецидив и определять терапевтический подход в послеоперационном периоде. Однако существуют препятствия для внедрения такого подхода, в особенности частое использование в предоперационный период антибиотиков, которые изменяют микробиоту и ставят под угрозу ее использование в качестве прогностического инструмента.

^{* Препараты против ФНО (фактор некроза опухоли) используются для контроля воспаления.}

Болезнью Паркинсона страдают более 1 % людей старше 60 лет. Это второе по частоте нейродегенеративное заболевание в мире. Предыдущие исследования установили связь между нарушением состава кишечной микробиоты (дисбиозом (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. ) ) и развитием этого заболевания через связь «кишечник-мозг», но не обеспечили однозначного вывода относительно конкретного состава бактериальной микрофлоры, связанного с заболеванием.

Дисбактериоз, наблюдаемый у пациентов с болезнью Паркинсона

В последних исследованиях, проведенных у 80 пациентов с болезнью Паркинсона в различных стадиях, их кишечная микробиота сравнивалась с таковой у 72 здоровых людей. Был выявлен дисбиоз: в кишечной флоре пациентов обнаружилось более высокое число видов бактерий, принадлежащих к семействам Lactobacillaceae, Enterobacteriaceae и Enterococcaceae, а также более низкая численность Lachnospiraceae. Чем тяжелее было заболевание, тем более очевидно было это различие в отношении Enterobacteriaceae и Lachnospiraceae и тем существеннее были двигательные расстройства. Вот почему исследователи полагали, что эти два семейства бактерий связаны с прогрессированием заболевания.

Нейротоксическое воспаление

У испытуемых пациентов на состав микробиоты кишечника влияли несколько параметров, связанных с заболеванием (длительность, стадия развития, применение антипаркинсонических препаратов), хотя они не воздействуют на одно конкретное семейство бактерий. У пациентов также наблюдалась нарушенная активность нейротрансмиттеров, то есть веществ, участвующих в регуляции настроения (серотонин, дофамин и норэпинефрин); они также вырабатывали больше липополисахаридов, веществ, вызывающих воспаление, которое может повредить нейроны после прохождения кишечного барьера и гематоэнцефалического барьера (который защищает мозг от окружающей крови). Хотя этот научный прорыв неоспорим, он все еще нуждается в дальнейшем изучении (связь между дисбиозом и воспалением кишечника, роль нейротрансмиттеров в коммуникации между кишечником и мозгом...).