Первые месяцы жизни являются ключевым периодом в процессах бактериальной колонизации в желудочно-кишечном тракте и развития нашей нервной системы. Поскольку мозг и кишечник «общаются», мы можем предположить, что состав нашей кишечной микробиоты играет ключевую роль в развитии нашего темперамента.

Бактериальное разнообразие: предпосылка хорошего эмоционального здоровья

Чтобы проверить эту гипотезу, группа исследователей проанализировала кишечную микробиоту 301 ребенка в возрасте двух с половиной месяцев, а затем оценила их темперамент в возрасте шести месяцев. Они использовали анкету, заполненную родителями, чтобы описать, как их ребенок выражает и регулирует свои эмоции. Мы знаем, что на полноту бактериального разнообразия у новорожденных влияют три фактора: способ родоразрешения (через естественные родовые пути или путем кесарева сечения), рацион (грудное молоко или молочная смесь) и возраст матери, в то время как численность бактерий зависит только от типа рациона. Это исследование показывает, что большее разнообразие связано с меньшей негативной эмоциональностью (страх, грусть) и меньшей реактивностью страха, которые являются двумя чертами темперамента, которые прогнозируют появление в последующем психологических расстройств.

Темперамент диктуется бактериями?

Исследование также выявило несколько специфических ассоциаций между некоторыми бактериальными родами и темпераментом новорожденных. Изобилие Bifidobacterium и Streptococcus и низкое содержание Atopobium, по-видимому, связаны, например, с положительной эмоциональностью, которая является прогностическим маркером экстравертной природы и хорошей эмоциональной регуляции. Напротив, негативная эмоциональность, по-видимому, связана с бактериями Erwinia, Rothia и Serratia; последнее также связано с предродовым материнским стрессом. Реактивность на страхе оказалась специфически связанной с повышенным содержанием бактерий Peptinophilus и Atopobium. Авторы указывают, что даже когда их микробиота одинакова, у мальчиков и девочек неодинаковый темперамент, что позволяет предположить, что мозг по-разному восприимчив к воздействию кишечной микробиоты в зависимости от пола.

Защита психического здоровья

Поскольку черты личности могут появиться за годы до развития психологических проблем, авторы считают, что эти результаты могут повлиять на их раннюю профилактику у детей. При условии, однако, что причинно-следственная связь установлена, что не имеет места в этом исследовании.

Болезнь Паркинсона является нейродегенеративным заболеванием, которым страдают более 1 % людей старше 60 лет во всем мире. Его лечение дает очень неоднородные результаты с точки зрения эффективности и побочных эффектов в зависимости от индивидуальных особенностей пациентов. Исходя из результатов исследования, опубликованного в журнале Science, микробиота кишечника может быть причиной такой неоднородности.

Лечение с неоднородным действием

Современное лечение основано на препарате леводопа (L-допа), который в процессе метаболизма в мозге заменяет дофамин, более не вырабатываемый нервными клетками. Проблема: значительная часть леводопы трансформируется в дофамин в кишечнике; однако дофамин, который таким образом вырабатывается на периферическом уровне, не может преодолеть гематоэнцефалический барьер и проникнуть в мозг, что не только снижает эффективность лечения, но также может вызывать серьезные побочные эффекты (желудочно-кишечные расстройства и нарушения сердечного ритма). Поэтому для блокировки данного процесса одновременно вводится другое вещество, карбидопа: несмотря на это, до 56 % леводопы не попадает в мозг.

Влияние кишечной микробиоты

Хотя уже существовало подозрение о влиянии микробиоты кишечника на эффективность лечения, механизм его действия оставался неясным до проведения данного исследования. Изучение бактериального метагенома впервые помогло идентифицировать вид – Enterococcus faecalis – с активностью тирозиндекарбоксилазы, которая преобразует леводопу в дофамин. Затем исследователи обнаружили преобразование дофамина в м-тирамин под действием другого фермента – молибден-зависимой дегидроксилазы, имеющейся в Eggerthella lenta. Различия в этих видах микробной активности могут потенциально способствовать гетерогенным реакциям на леводопу, наблюдаемым у пациентов, что объясняет снижение эффективности лекарственного вещества и его побочные эффекты, наблюдаемые у некоторых пациентов.

Блокирование декарбоксилирования леводопы в кишечнике

После этого исследователи попытались выяснить, почему карбидопа оказалась слабоэффективной в плане предотвращения периферического декарбоксилирования леводопы в кишечнике. Они пришли к выводу, что хотя это вещество действительно способно ингибировать человеческую декарбоксилазу, участвующую в метаболизме леводопы, оказалось, что оно не влияет на декарбоксилазу, имеющуюся в E. faecalis in vivo. Затем они определили ингибитор (AFMT¹), способный блокировать бактериальный фермент. Последняя фаза их работы показала, что применение стандартного лечения (леводопа + карбидопа) в сочетании с AFMT на безмикробных мышах² колонизированных E. faecalis, повышает концентрацию леводопы в сыворотке, тем самым демонстрируя in vivo ингибирование декарбоксилирования леводопы микробиотой кишечника. Это обнадеживающее открытие³ которое может проложить путь к новым методам лечения, ориентированным на микробиоту.

1 : (S)-α-fluoromethyltyrosine
2 : лабораторные животные, у которых присутствуют только определенные известные штаммы микроорганизмов.
3 : за данную работу, а также для поддержки будущих исследований на данную тему, профессор Е.Балькус в 2019 году получил Международную премию Фонда микробиоты Биокодекс.

Акне – настоящее бедствие, которого боятся подростки, и которое затрагивает до 85 % людей в возрасте от 11 до 30 лет. Это воспалительное заболевание кожи, тяжесть которого может варьироваться, поражает несколько частей тела, от лица до спины. Виновата микробиота кожи? Согласно исследованию это так, хотя бактерии, ответственные за тяжелую форму акне, еще не определены. Поэтому французские ученые провели собственное исследование... которое дало удивительные результаты!

Менее обильная и разнообразная микробиота

Образцы микробиоты кожи 24 пациентов, взятые в области спины (тяжелая форма угревой сыпи) и лица (угревая сыпь легкой и средней степени тяжести), сравнивались с образцами, полученными от 12 здоровых добровольцев. По сравнению с контрольной группой в образцах со спины пациентов численность бактерий была меньше, при этом отмечалось большее содержание Enterococcus; на коже лица стафилококки были значительно более распространенными, нежели бактерии семейства Propionibacteriaceae, которые были менее распространены у людей с акне, но более распространены у здоровых людей. Таким образом, семейство Propionibacteriaceae, по-видимому, является маркером здоровой кожи... Это настоящий парадокс, поскольку C. acnes, которая, как известно, является одной из бактерий, ответственных за развитие акне, является частью этого семейства!

Вопрос баланса

Таким образом, развитие акне связано с дестабилизацией микробиоты кожи (или дисбиозом), а тяжесть заболевания – с уменьшением бактериального разнообразия и распространенности. По мнению авторов, больше чем чрезмерная распространенность C. acnes, к изменению уровня pH кожи и развитию воспалительного процесса приводит именно дисбаланс между семействами Propionibacteriaceae и стафилококками, конкурирующими друг с другом. Данное исследование открывает путь к разработке новых способов лечения акне, основывающихся на восстановлении микробиоты кожи: кожа будет более здоровой и сможет противостоять колонизации условно-патогенными бактериями.

Лимфоидные и эпителиальные ткани пищеварительного тракта повреждаются вследствие первичной инфекции ВИЧ-1 (вирус иммунодефицита человека-1). Эти изменения приводят к хроническому системному и локальному воспалению, в числе прочего, а также к нарушению регуляции иммунной системы, которые являются ранними факторами риска развития возрастных заболеваний (диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания, синдром старческой астении...). Чтобы изучить влияние инфицирования в динамике, испанская группа ученых наблюдала в течение 9–18 месяцев, используя метод дробного секвенирования*, бактериальную и вирусную популяцию микробиоты кишечника у 49 испытуемых из Мозамбика, недавно инфицированных ВИЧ-1, а также у 54 испытуемых из контрольной группы. Затем результаты сравнивались с показателями 98 пациентов, находящихся в хронической фазе, с наличием (27) или отсутствием (71) антиретровирусной терапии.

Повышенное выведение аденовируса с каловыми массами и...

У недавно инфицированных пациентов наблюдалось быстрое повышение уровня выведения аденовируса с каловыми массами. Эта ситуация сохраняется в течение хронической фазы и не проходит у пациентов, получающих антиретровирусную терапию. Данные вирусы редко выделяются у испытуемых из контрольной группы. Более того, повышенный уровень выведения цитомегаловируса и энтеровируса с каловыми массами наблюдалась у пациентов с хроническим заболеванием, не проходивших терапию, что позволяет предположить, что это связано с длительным нарушением работы иммунитета.

...и снижение уровня бактерий с противовоспалительной активностью

Бактериальная популяция микробиоты кишечника со временем также претерпевает изменения. Хотя временное уменьшение численности и разнообразия, наблюдаемое после инфицирования, не является специфическим для заражения ВИЧ‑1, в хронической фазе наблюдалась характерная ситуация: снижение уровней Akkermansia, Anaerovibrio, Bifidobacterium и Clostridium. Данный дисбиоз, согласно научной литературе, связан с хроническим воспалением, анергией CD4 + Т-клеток и нарушениями метаболизма, которые могут ухудшить состояние пациента. Исследователи рекомендуют проведение долгосрочных исследований влияния антиретровирусной терапии для профилактики или коррекции изменений в микробиоте кишечника, которые вредны для людей,инфицированных ВИЧ-1.

^{* Метод дробного секвенирования является более точным, чем метод секвенирования 16S рРНК.}

Острые респираторные инфекции в виде обычной простуды или более тяжелых заболеваний очень часто возникают в первые годы жизни. Инфекции нижних дыхательных путей (особенно пневмония и бронхиолит) являются основной причиной госпитализации детей в возрасте до 5 лет. Но в то время как у некоторых детей выявляется одна инфекция за другой (от 5 до 7 случаев за год) или же инфекция проявляется тяжелыми формами, другие способны избегать микробов. Конечно, известные факторы риска (недоношенность, стационарное лечение, возраст) могут объяснить эту разницу в чувствительности, но лишь частично. Может ли микробиота полости носа этих детей играть в этом роль?

5 профилей микробиоты

Группа финских исследователей проанализировала результаты крупного исследования, включавшего 839 здоровых новорожденных, находившихся под наблюдением с рождения до двух лет. На основании проб микробиоты полости носа, которые были собраны в возрасте двух месяцев, было выявлено 5 различных профилей в соответствии с доминирующей группой бактерий: Moraxella (30,4 %), Streptococcus (22,4 %), Dolosigranulum (22,4 %), Staphylococcus (17,9 %) и Corynebacteriaceae (6,9 %). Исследователи отметили зависимость частоты возникновения острых респираторных инфекций от каждого из этих профилей.

Больше Moraxella – больше инфекций

Пробы микробиоты, где доминировали бактерии Moraxella, были менее многочисленными и менее разнообразными, чем другие, и были связаны с более высокой частотой острых респираторных инфекций, особенно инфекций нижних дыхательных путей, и с большей продолжительностью симптомов. У детей, имевших данный вид бактерий, отмечались и другие факторы: больше случаев наличия братьев и сестер, а также проявление умеренных симптомов респираторных заболеваний уже в двухмесячном возрасте. Подобное также наблюдалось у детей, в микробиоте которых преобладали бактерии Staphylococcus; дети с профилем, где доминируют бактерии Corynebacteriaceae, напротив, болели реже.

Выявление детей группы риска

Несмотря на признанные авторами некоторые ограничения, данное исследование все же подтверждает связь между микрофлорой полости носа и частотой возникновения/тяжестью острых респираторных инфекций. Чтобы выяснить сложные взаимодействия между этой экосистемой, иммунитетом и указанными заболеваниями для определения детей, наиболее подверженных риску, необходимы дальнейшие исследования.

Острый ишемический инсульт, диагностируемый почти в 25 миллионах случаев в год, является серьезной проблемой для здравоохранения во всем мире. Прогнозирование исхода заболевания в настоящее время представляет значительную трудность, при этом возможно повышение точности прогноза при выявлении фактора, приводящего к неблагоприятному исходу. Такое наблюдение привело к тому, что группа китайских ученых разработала индекс дисбиоза при инсульте (SDI), который устанавливает связь между инсультом и дисбиозом кишечника. Он используется для подтверждения диагноза инсульта и оценки степени поражения головного мозга, а также риска ранних осложнений.

Дисбиоз как фактор, определяющий исход инсульта

SDI был разработан на основе анализа популяций кишечных микроорганизмов у 104 пациентов, перенесших острый ишемический инсульт, а также у 90 участников в контрольной группе. В формуле учитываются изменения в численности 18 родов бактерий. Среди прочего, увеличение популяции Enterobacteriaceae и Parabacteroides, связанное с уменьшением численности Faecalibacterium, Clostridiaceae и Lachnospira, наблюдалось у пациентов с инсультом, у которых показатель SDI был значительно выше, чем у здоровых участников. Разрешающая способность такой модели была подтверждена второй когортой, состоящей из 83 пациентов с инсультом и 70 участников в контрольной группе. Статистический метод также продемонстрировал, что SDI является прогностическим индикатором как тяжести поражений головного мозга, так и риска ранних осложнений.

Сбалансированная микробиота = оптимальное выздоровление?

Вторая часть исследования проводилась на мышах, чтобы уточнить in vivo взаимосвязь между микробиотой кишечника и острым ишемическим инсультом. У животных, которые получали трансплантаты фекальной микробиоты от пациентов с низким или высоким SDI, была выполнена окклюзия средней мозговой артерии. Результат: было отмечено усиление церебральных нарушений и повышение уровней IL-17(провоспалительных цитокинов)-продуцирующих g-δT-клеток у животных, колонизированных бактериями, типичными для паттерна с высоким SDI, по сравнению с мышами, получающими трансплантаты от пациентов с низким SDI. Это доказывает, что дисбиоз кишечника оказывает негативное влияние на прогноз восстановления после инсульта. По мнению ученых, микробиота и ее модуляция с помощью пребиотиков или пробиотиков являются терапевтическим подходом, который необходимо дополнительно изучить, чтобы максимизировать шансы на выздоровление у пациентов после инсульта.

Способность кишечной микробиоты удаленно взаимодействовать с такими органами, как головной мозг, печень или легкие, часто упоминается в научной литературе, равно как и связь дисбиоза с некоторыми заболеваниями. Ввиду этих обстоятельств группа китайских ученых сосредоточилась на особенностях микробиоты кишечника у пациентов с туберкулезом, вызванным Mycobacterium tuberculosis. Чтобы описать их, исследователи сравнили микробиоту 46 пациентов с туберкулезом с микробиотой 31 пациента контрольной группы, применив дробное секвенирование*.

Меньшее разнообразие кишечной микробиоты

Первый вывод: микробиота пациентов с туберкулезом показала значительно более низкую численность и разнообразие бактерий (индекс Шеннона). Для нее также характерно пониженное или повышенное содержание некоторых видов бактерий по сравнению с контрольной группой. В совокупности в микробиоте пациентов с туберкулезом 23 вида бактерий показали более низкую численность, а 2 вида – более высокую (неклассифицируемые представители семейств Coprobacillus и Clostridum bolteae).

Снижение метаболизма КЦЖК

Еще один примечательный вывод: среди 23 видов бактерий, численность которых понижена у больных туберкулезом, 9 вырабатывают короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), компоненты, которые принимают существенное участие в воспалительных и иммунных реакциях. В частности, в уменьшенном количестве были представлены пять бутират-продуцирующих видов (Roseburia inulinivorans, R. hominis, R. intestinalis, Eubacterium rectale и Coprococcus), два вида лактат- и ацетат-продуцирующих бактерий (Bifidobacterium adolescentis и B. longum) и два ацетат- и пропионат-продуцирующих вида (Ruminococcus obeum и Akkermansia muciniphila). Наряду с указанными изменениями состава бактериальной микрофлоры у пациентов с туберкулезом отмечалась существенно более низкая ферментация с образованием КЦЖК.

Возможно ли выявление больных туберкулезом на основании анализа микробиоты?

Наконец, на основании модельных исследований ученые описали свойства трех видов бактерий (Haemophilus parainfluenzae, R. inulinivorans и R. hominis), наличие которых может отличать здоровых людей от больных туберкулезом. Наличие или отсутствие заболевания можно также определить по некоторым генетическими изменениям (ОНП, однонуклеотидный полиморфизм) у вида B. vulgaris. Как и ряд расстройств, охватывающих различные системы организма (диабет 2 типа, аутизм и т. д.), туберкулез, по-видимому, связан с дисбиозом микробиоты кишечника. Однако на данный момент невозможно определить, является ли это причиной или следствием заболевания, поскольку имеющиеся в настоящее время данные о механизмах заболеваний, полученные в ходе исследований на животных, соответствуют обеим гипотезам.

_{* Метод дробного секвенирования является более точным, чем метод секвенирования гена 16S рРНК.}

Инфекции нижних (цистит) и верхних (пиелонефрит) отделов мочевыводящих путей обычно объясняются миграцией вредных бактерий из ануса в направлении влагалища и затем в мочевой пузырь. Это настоящий бич для здоровья: ежегодно эти инфекции поражают не менее 150 миллионов женщин во всем мире. Женщины в период постменопаузы особенно подвержены риску: частота рецидивов (sidenote: Рецидивы определяются как более чем 3 случая заболевания без осложнений в год или не менее 2 в течение полугода. )  достигает 55 %, тогда как у женщин в период перед менопаузой это же значение колеблется в пределах 16–36 %. Единственный имеющийся способ лечения – это длительная антибиотикотерапия. К сожалению, она часто неэффективна и плохо переносится пожилыми женщинами, а также не предотвращает рецидивов и способствует развитию устойчивости к антибиотикам.

Необычные бактерии

Для того чтобы выяснить основные механизмы поражения, группа американских ученых исследовала анализы 14 женщин в период постменопаузы. Биопсия мочевого пузыря показала присутствие нескольких видов бактерий, в том числе в самых глубоких слоях стенки мочевого пузыря. Помимо известных патогенных микроорганизмов, которые часто присутствуют в моче женщин в период перед менопаузой (в основном Escherichia coli), исследователи обнаружили виды, редко указывающие на инфекцию мочевыводящих путей. Они считают их «коллектором рецидивов», потенциально ответственным за терапевтическую резистентность (устойчивость к лечению).

Более подходящий защитный механизм

Иммунный ответ организма, по-видимому, играет ключевую роль в предрасположенности женщин в период постменопаузы к рецидивирующим инфекциям мочевыводящих путей. Но вопреки результатам наблюдений, полученных при исследовании мышей, хроническое воспаление стенки мочевого пузыря человека запускает адаптивный иммунный ответ, то есть вторую линию защиты, которая более специфична и задействует клетки, специализирующиеся на распознавании мишеней.

Множество факторов

Хотя это исследование частично объясняет основные механизмы, роль бактерий, составляющих микробиоту мочевыделительной системы, еще предстоит выяснить, как и роль воспалительного процесса и приобретенного иммунитета. Также следует помнить о других факторах риска: это количество беременностей, связанные с менопаузой гормональные изменения (дефицит эстрогена) и наличие некоторых бактерий в микрофлоре влагалища.

Был ли прав Пифагор? Отцу вегетарианства (и веганства, полностью исключающего прием продуктов животного происхождения) еще не было известно, что для здоровой микробиоты кишечника необходим баланс между двумя крупными группами бактерий: бактериодетами (Bacteroidetes) и фирмикутами (Firmicutes). Сбалансированную микрофлору обычно ассоциируют с рационом питания, богатым фруктами, овощами и злаками, с низким содержанием сахара, жиров и животных белков. Западный тип питания, которое заключается в противоположном распределении продуктов рациона, может быть неблагоприятным для микробиоты и способствовать ожирению.

Опасайтесь расхожих убеждений!

На практике все не так просто: масштабная работа по изучению бактериодет и фирмикут показала, что в то время как некоторые виды этой группы бактерий (Prevotella и Ruminococcus) действительно присутствуют в большем количестве у вегетарианцев и веганов, содержание других (например, Bacteroides) выше у людей, часто употребляющих в пищу животные белки и жиры. Поэтому несколько исследований продемонстрировали, что нарушение баланса между бактериодетами и фирмикутами влияет на индекс массы тела и полноту... но с противоречивыми результатами!

Благотворное влияние пищевых волокон

Пищевые волокна оказывают положительное влияние на «хорошие» бактерии и микробиоту кишечника. Они также способствуют увеличению популяции видов, расщепляющих пищевые волокна до короткоцепочечных жирных кислот, т. е. молекул с противовоспалительными свойствами. Полифенолы – антиоксиданты, в изобилии содержащиеся в растительной пище, например яблоках и винограде, – также вызывают рост некоторых видов бактерий, обладающих защитными свойствами (Bifidobacterium и Lactobacillus). Вывод: микробиота кишечника вегетарианцев и веганов, более обильная и разнообразная, может предотвращать развитие воспалительных и сердечно-сосудистых заболеваний и ожирения.

Аспекты этого взаимодействия требуют дальнейшего изучения

Вероятно, долгосрочный вегетарианский и веганский рацион может считаться наиболее эффективным рационом, чтобы способствовать разнообразию и обилию кишечной микробиоты, которая является необходимым условием хорошего здоровья. Тем не менее авторы пришли к заключению, что в связи с различиями среди индивидов (этническая принадлежность и т. д.) и сложностью темы необходимо провести дополнительные исследования, чтобы охарактеризовать взаимодействие между рационом питания и кишечной микробиотой и точнее оценить влияние на здоровье.

Несмотря на то что роль микробиоты легких в патогенезе рака легких (РЛ) уже была исследована ранее, до настоящего момента не было работ о роли микробиоты кишечника. Был проведен анализ кишечной микробиоты 30 пациентов с РЛ и 30 здоровых людей из контрольной группы с помощью методов высокопроизводительного секвенирования рРНК 16S.

Существенные различия состава

У пациентов с РЛ не было выявлено значимого снижения разнообразия микроорганизмов (индекс Шеннона) в сравнении с контрольной группой. Тем не менее было обнаружено существенное отличие этих двух групп по составу микробиоты (бета-разнообразие): у контрольной группы существенно повышено содержание актинобактерий (тип Actinobacteria) (7,74 % в сравнении с 3,14 % у пациентов с РЛ) и бифидобактерий (род Bifidobacterium) (4,70 % в сравнении с 1,51 %). Более того, у пациентов с РЛ был зафиксирован повышенный уровень энтерококков (род Enterococcus) (4,26 % в сравнении с 0,23 %).

Нарушение функционирования микробиоты

Исследователи также наблюдали функционирование микробиоты у двух групп испытуемых путем определения функциональных спектров разнообразия. Показатели уровней экспрессии функциональных белков и специфическая метаболическая емкость микробиоты продемонстрировали существенное снижение 24 метаболических путей у пациентов с РЛ в сравнении с контрольной группой. Среди измененных путей наблюдалась более чем на 80 % сниженная экспрессия белков, задействованных в структуре и динамике хроматина (основного компонента хромосом эукариот), а также в процессинге и модификации РНК.

Возможные биомаркеры рака легких

Авторы подтвердили существование кишечной микробиоты, специфичной для рака легких, а также влияние дисбиоза на прогрессирование заболевания. Возможные причины: снижение содержания бактерий, известных своими противораковыми свойствами (Actinobacteria) и/или пробиотическим действием (Bifidobacterium), увеличение содержания бактерий (Enterococcus) с провоспалительной ролью в развитии других видов рака; общее снижение функционирования кишечной микробиоты, особенно на фоне ослабленной возможности восстановления поврежденной ДНК. Исследователи подчеркивают, что эти результаты согласуются с выводами последних двух лет о роли кишечной микробиоты в этиологии многих видов рака и призывают продолжать исследования в этом направлении. Какова задача? Выявить вид бактерий кишечника (например, из рода Bifidobacterium и Enterococcus), которые могут служить диагностическими и терапевтическими биомаркерами.