Раздел для
специалистов
здравоохранения
ОБЩИЙ ДОСТУП

Микробиота кишечника

Кишечная микробиота состоит из большого количества разнообразных анаэробных бактерий. Рассмотрим ее состав подробнее.

Уже около ста лет известно, что система пищеварения заселена бактериями, которые необходимы для нормального пищеварения, обмена веществ и иммунитета. Качественный и количественный состав этой бактериальной экосистемы, называемой кишечной микробиотой (или микрофлорой кишечника) уникален для каждого человека. Кишечная микробиота каждого человека состоит примерно из 100 тысяч миллиардов бактерий; их количество превышает общее количество нервных клеток организма. Эти бактерии принадлежат к нескольким сотням различных видов, в основном анаэробных или крайне чувствительных к кислороду, но только 15–20 видов из 7 типов (таксонометрических единиц классической классификации живых организмов) образуют общую основу.

Особенные организмы

Кишечная микробиота крайне разнообразна, но преобладают в ней типы Firmicutes и Bacteroidetes, которые являются наиболее важными составляющими1, а также представлены типы Actinobacteria, Proteobacteria, Verrucomicrobia, Fusobacteria и Cyanobacteria. Тип Firmicutes в основном представлен видами, относящимся к Clostridia групп XIVa и IV (Ruminococcus и Faecalibacterium prausnitzii), а тип Bacteriodetes представляют Bacteroides fragilis, Bacteroides ovatus и Bacteroides caccae. Также в кишечной микрофлоре представлены другие субдоминантные (энтерококки, лактобациллы, стрептококки) и транзиторные виды (дрожжи и т. д.)2,3. Этот состав зависит от возраста, питания и состояния здоровья и достигает зрелости к 2–3 годам жизни. Любой состав вызывает нарушение обмена веществ, иммунитета или пищеварения у человека4.

 

кривая распределения микробиот


Источники
1. Qin et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing, Nature,2010;464(7285):59-65. http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7285/full/nature08821.html
2. Chen J. et al. Contribution of the intestinal microbiota to
human health: from birth to 100 years of age. Curr Top Microbiol Immunol 2013 ; 358 : 323-346. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22094893
3. Lay C et al. Colonic microbiota signatures across five northern european countries. Appl Environ Microbiol 2005 ; 71 : 4153-5.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16000838
4. Cherbuy et al. Le microbiote intestinal : une composante santé qui évolue avec l'âge. Innovations agronomiques, 2013 ; 33 37-46 https://www6.inra.fr/ciag/content/download/5203/40683/file/Vol33-4-Cherbuy.pdf  

Дополнительные источники
- Dossier INSERM http://www.inserm.fr/thematiques/physiopathologie-metabolisme-nutrition/dossiers-d-information/microbiote-intestinal-et-sante
- Article CNRS https://lejournal.cnrs.fr/articles/microbiote-des-bacteries-qui-nous-veulent-du-bien

 

Изменения

Несмотря на то, что ученым уже давно известно о существовании микробиоты, предметом успешных геномных исследований она стала только сейчас.

Около 100 000 миллиардов бактерий различных видов, а также грибы, дрожжи и вирусы населяют человеческий кишечник. Ряд ученых сходится во мнении, что это своего рода отдельный орган весом около 2 кг, т. е. он тяжелее мозга и при этом так же сложно устроен. И хотя мы знаем об их существовании уже более сотни лет, соответствующие исследования начались относительно недавно. Долгое время единственным способом описания микробиоты было ее выращивание in vitro и изучение биологических свойств, но далеко не все виды можно было вырастить в лабораторных условиях. Теперь же, благодаря геномным исследованиям, у ученых появилась возможность досконально изучить все особенности микробиоты in situ с помощью методов высокопроизводительного секвенирования и метагеномики.

Новые возможности исследования с помощью ДНК

В итоге идентификация этих бактерий не стоит на месте, и мы узнаем все больше с помощью генома. Международный проект MetaHIT1, запущенный Национальным институтом сельскохозяйственных исследований Франции (INRA), идентифицировал по геному уже примерно 800 видов бактерий. Из них 85 % бактерий являются «новыми образцами» ранее неизвестных видов. Также в рамках проекта методом секвенирования генома удалось полностью идентифицировать 238 видов бактерий. MetaHIT работает над созданием генетической карты кишечной микробиоты, которая позволит использовать микробиоту как средство диагностики заболеваний на ранних стадиях3. Дальнейшее изучение микробиоты также связано с развитием метатранскриптомики3 и метапротеомики4. Оба направления занимаются изучением продуктов транскрипции и трансляции у бактерий, что позволяет выполнить общий структурно-функциональный анализ.


Источники:
1. http://www.metahit.eu : le consortium rassemble 13 centres de recherches de 8 pays.
2. Li J et al. An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. Nat  Biotechnol. 2014 ; 32 : 834-41. http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n8/full/nbt.2942.html
3. Turnbaugh PJ, et  al. Organismal, genetic, and transcriptional variation in the deeply sequenced gut microbiomes of identical twins. PNAS 2010 ; 107 : 7503-8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20363958
4. Wilmes P, Heintz-Buschart A, Bond PL. A decade of meta-proteomics: Where we stand and what the future holds. Proteomics 2015 ; 15 (20) : 3409-17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26315987

 

Кишечная микробиота формируется с самого рождения под воздействием различных факторов и стабилизируется в первые годы жизни ребенка.

У человека формирование микробиоты начинается в момент рождения: ребенок покидает безопасную утробу матери и встречается с многочисленными бактериями, которые и определяют состав его кишечной микробиоты. Недавние исследования показали, что колонизация кишечника микроорганизмами начинается еще до рождения, что полностью опровергает идею стерильных условий внутри утробы1. Если при естественных родах микробиота новорожденного формируется от контакта с микрофлорой влагалища и кишечника матери, то кишечная микрофлора ребенка, рожденного через кесарево сечение, формируется медленнее под воздействием внешней среды и ее микроорганизмов2. Гестационный возраст на момент рождения, внешняя среда и форма питания (грудное молоко или молочная смесь) также влияют на развитие микробиоты. Колонизация кишечника – это постепенный и отлаженный механизм, хотя и не до конца изученный. Первыми кишечник заселяют факультативные анаэробы – энтерококки и стафилококки, которым для размножения необходим кислород. Они создают новую среду, в которой впоследствии могут прижиться облигатные анаэробы, такие как Bacteroides, Clostridium и Bifidobacterium3.

 Внешние факторы

Затем количественный и качественный состав микробиоты меняется под воздействием питания, гигиены, возможных медицинских вмешательств и окружающей среды. Одним из хорошо изученных факторов является грудное вскармливание, которое играет важную роль в создании благоприятной микрофлоры с преобладанием Bifidobacterium3 и задержкой колонизации Clostridium и Bacteroides по сравнению с молочной смесью. Также доказано, что применение антибиотиков в раннем возрасте4, 5 отрицательно влияет на развитие кишечной микрофлоры (появление аллергии, астмы, диабета, избыточного веса впоследствии и т. д.). Сформированная микробиота постепенно развивается, меняется по составу под воздействием окружающей среды и питания и стабилизируется примерно к трем годам6. При этом на протяжении всей жизни человека она остается чувствительной ко многим внутренним (генетика, циркадный ритм) и внешним (питание) воздействиям, даже к приему антибиотиков, который является причиной стресса для организма и может спровоцировать дисбиоз.


Источники:
1. JM Rodriguez et al. The composition of the gut microbiota throughout life, with an emphasis on early life. Microbial Ecology in Health and Disease 2015; [S.l.]26 : 26050
2. Jakobsson HE et al. Decreased gut microbiota diversity, delayed Bacteroidetes colonisation and reduced Th1 responses in infants delivered by caesarean section. Gut,
2014 ; 63 : 559-66.
3. Guaraldi Fet al. Effect of breast and formula feeding on gut microbiota shaping in newborns. Front Cell Infect Microbiol 2012 ; 2 : 94.
4. Tanaka S et al. Influence of antibiotic exposure in the early postnatal period on the development of intestinal microbiota. FEMS Immunol Med Microbiol 2009 ; 56 : 80-7.
5. Fouhy F et al. High-throughput sequencing reveals the incomplete, short-term recovery of infant gut microbiota following parenteral antibiotic treatment with ampicillin and gentamicin. Antimicrob Agents Chemother 2012 ; 56 : 5811-20.
6. Yatsunenko T et al. Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature 2012 ; 486 : 222-7.

 

Младенец

От 0 до 3 лет микробиота детей всесторонне развивается

Взрослый

До взрослого возраста кишечная микробиота всесторонне развивается, затем стабилизируется

Старший возраст

С возрастом микробиота становится немного беднее

функции

Кишечная микробиота необходима для правильного развития и работы наших органов, особенно за счет образования большого количества метаболитов.

Кишечная микробиота имеет огромное значение для правильного развития организма новорожденного, в частности, его незрелого кишечника. Это доказывают многие исследования, в основном проведенные на грызунах без кишечных бактерий.

Созревание желудочно-кишечного тракта

ЖКТ этих так называемых «аксенических» животных во многом отличается от ЖКТ особей, выращенных в нормальных условиях: увеличение размеров слепой кишки1, сокращение диаметра и васкуляризация ворсинок2,3, уменьшение глубины кишечных крипт4, снижение продукции слизи5 и др.

Усиление плотных контактов

Кишечная микробиота также влияет на проницаемость эпителия кишечника. Так, некоторые штаммы лактобацилл и пробиотиков усиливают плотные контакты между клетками эпителия6.

Продукция короткоцепочечных жирных кислот

Это действие связано со способностью кишечной микробиоты производить много полезных для кишечника молекул, особенно таких КЦЖК, как бутират, которые являются энергетическими субстратами для колоноцитов и поэтому важны для роста и дифференцировки клеток эпителия толстой кишки7. Согласно проведенному исследованию, прием пробиотических дрожжей Saccharomyces boulardii облегчает симптомы диареи8 за счет повышения продукции КЦЖК в кишечнике пациентов, находящихся на парентеральном питании.

Созревание иммунной системы

Вместе с тем кишечная микробиота необходима не только для правильного развития кишечника. Без нее невозможна нормальная работа иммунной системы: например, брыжеечные ганглии атрофированы, лимфоидные фолликулы слабо выражены, а пейеровы бляшки (узелковые скопления лимфоидной ткани) недоразвиты.


Источники:

1- Smith Karen et al. Use of axenic animals in studying the adaptation of mammals to their commensal intestinal microbiota. Semin Immunol. 2007;19:59–69. doi: 10.1016/j.smim.2006.10.002.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Use+of+axenic+animals+in+studying+the+adaptation+of+mammals+to+their+commensal+intestinal+microbiota
2- Reinhardt C et al. Tissue factor and PAR1 promote microbiota-induced intestinal vascular remodelling. Nature 483, 627–631 (2012). An investigation which demonstrates that bacteria promote vessel formation in the intestinal epithelium by modulating tissue factor signalling.
http://www.nature.com/nature/journal/v483/n7391/full/nature10893.html
3- Stappenbeck TS et al. Developmental regulation of intestinal angiogenesis by indigenous microbes via Paneth cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 99, 15451–15455 (2002).

http://www.pnas.org/content/99/24/15451.full.pdf
4- Sommer Felix et al. The gut microbiota--masters of host development and physiology. Nat Rev Microbiol. 2013;11:227–238.  2013
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=The+gut+microbiota--masters+of+host+development+and+physiology
5- Johansson Malin et al. Normalization of host intestinal mucus layers requires long-term microbial colonization. Cell Host Microbe. 2015;18(5):582–592.
http://www.cell.com/cell-host-microbe/pdf/S1931-3128(15)00417-5.pdf
6- Lutgendorff F et al. The role of microbiota and probiotics in stress-induced gastro-intestinal damage. Curr. Mol. Med. 8, 282–298 (2008)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=The+role+of+microbiota+and+probiotics+in+stress-induced+gastro-intestinal+damage
7- Linares Daniel M. et al. Beneficial microbes: the pharmacy in the gut. Bioengineered. 2016;7:11–20.
http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21655979.2015.1126015

8- Schneider  Stéphane et al. Effects of Saccharomyces boulardii on fecal short-chain fatty acids and microflora in patients on long-term total enteral nutrition. World J Gastroenterol 2005;11(39):6165-6169
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Effects+of+Saccharomyces+boulardii+on+fecal+short-chain+fatty+acids+and+microflora+in+patients+on+long-term+total+enteral+nutrition
9- Gensollen T et al. How colonization by microbiota in early life shapes the immune system. Science. 2016;352(6285):539–544. doi: 10.1126/science.aad9378
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27126036

 

Микробиота кишечника защищает организм от патогенов самыми разными способами, включая прямую или косвенную барьерную защиту и формирование иммунной системы.

Кишечник является основными воротами для патогенных организмов и молекул токсичных веществ, а значит, кишечная микробиота находится на первой линии защиты нашего организма от их проникновения. Микрофлора кишечника реагирует по-разному.

Прямая конкуренция

В рамках механизма конкурентного исключения, комменсальные бактерии обеспечивают пассивную защиту организма от инфицирования другими штаммами, конкурируя с ними за участки адгезии и необходимые для выживания питательные вещества. Другой формой прямой конкуренции является продукция опасных для конкурирующих штаммов метаболитов, например, антибактериальных пептидов.

Укрепление естественной защиты

Комменсальные бактерии также укрепляют защитный барьер нашего кишечника. Они стимулируют продукцию слизи и молекул, выполняющих защитную функцию, например антител класса IgA, а также способствуют замещению клеток эпителия и образованию плотных контактов между ними, что обеспечивает непроницаемость физического барьера1,2,3.

Влияние на иммунную систему кишечника

И наконец, кишечная микробиота участвует в созревании иммунной системы нашего кишечника в первые годы жизни. Так, кишечная микрофлора стимулирует развитие Т-хелперов 17 (Th17)4 за счет секреции молекул, которые способны проникать в эпителий кишечника и взаимодействовать с определенными рецепторами клеточной поверхности. Защитная функция микробиоты не ограничивается иммунной системой кишечника – по-видимому, она влияет на иммунный ответ при любых видах угроз (например, при респираторных инфекциях)5.

косвенный барьер микробиоты

Источники:
1. Jakobsson HE, Rodriguez-Pineiro AM, Schutte A, et al. The composition of the gut microbiota shapes the colon mucus barrier. EMBO Rep 2015 ; 16 : 164-77.
2. Seth A, Yan F, Polk DB, Rao RK. Probiotics ameliorate the hydrogen peroxide-induced epithelial barrier disruption by a PKC- and MAP kinase-dependent mechanism. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2008 ; 294 : G1060-1069.
3. Reikvam DH, Erofeev A, Sandvik A, et al. Depletion of murine intestinal microbiota: effects on gut mucosa and epithelial gene expression. PLoS One 2011 ; 6 : e17996.
4. Caballero S, Pamer EG.: Microbiota-mediated inflammation and antimicrobial defense in the intestine. Annu Rev Immunol. 2015;33:227–56. 10.
5. Denny JE, Powell WL and Schmidt NW (2016) Local and Long-Distance Calling: Conversations between the Gut Microbiota and Intra and Extra-Gastrointestinal Tract Infections. Front. Cell. Infect. Microbiol. 6:41.

 

Благодаря кишечной микробиоте организм получает из пищи необходимые для жизнедеятельности питательные вещества.

Главной функцией кишечника является выделение из пищи питательных элементов, которые участвуют в обмене веществ и служат для производства необходимой организму энергии. Кишечная микробиота очень активно участвует в процессе обмена веществ. Компоненты пищи, поступающие в толстую кишку (прежде всего углеводы и белки, которые не были переварены в тонкой кишке), встречаются с микрофлорой кишечника. Там они расщепляются на более мелкие молекулы, часть которых организм усваивает (катаболизм), а другую часть использует в качестве строительных блоков для синтеза новых полезных молекул (анаболизм).

Витамины, жирные кислоты, аминокислоты...

Бактерии кишечной микробиоты обеспечивают организм витаминами, такими как менахинон (витамин K2), кобаламин (витамин B12) и биотин (витамин B7), короткоцепочечными жирными кислотами (ацетат, пропионат, бутират), выполняющими множество функций (например, ацетат является предшественником холестерина), а также незаменимыми аминокислотами с разветвленной цепью (лейцин, изолейцин и валин)1.
Все эти метаболиты частично всасываются в кровоток через стенки кишечника и транспортируются к соответствующим органам.
Бактерии кишечной микробиоты могут отличаться по своим выполняемым функциям в процессах анаболизма и катаболизма. Индивидуальный состав кишечной микробиоты определяет многообразие типов обмена веществ у человека и различия в эффектах программ питания
2.

Источники:
1. Turroni F, Ribbera A, Foroni E, van Sinderen D, Ventura M. Human gut microbiota and bifidobacteria: from composition to functionality. Antonie Van Leeuwenhoek. 2008;94(1):35–50
2. Sonnenburg J.L., Backhed F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature.2016;535(7610):56–64

 

ПАТОЛОГИИ

Диссбиоз может вызывать множественные патологии с последствиями для разных органов.

Воздействие на микробиоту

Возможна модуляция микробиоты с целью восстановления ее равновесия. В настоящее время, существует 5 способовe.

  • Пробиотики

    ВОЗ определяет пробиотики как «живые микроорганизмы, которые при приеме в достаточном количестве приносят пользу для здоровья организма-хозяина».
    Voir
  • Пребиотики

    Пребиотики – это субстраты, которые способствуют росту бактерий. Таким образом, они очень важны для сбалансированной микробиоты.
    Voir
  • Синбиотики

    Синбиотики – это препараты, сочетающие пребиотики и пробиотики для усиления их полезного действия на микробиоту.
    Voir
  • Трансплантация фекальной микробиоты

    Трансплантация фекальной микробиоты заключается в введении здоровой микробиоты пациентам через естественные пути для восстановления их микробной экосистемы.
    Voir
  • Рацион питания

    Состав кишечной микробиоты зависит от потребленной пищи и оказывает влияние на метаболизм в целом.
    Voir

РАЗНООБРАЗНАЯ МИКРОБИОТА

Микробиота кишечника

Кишечная микробиота сама по себе является органом.
Благодаря метагеномике ее удалось лучше описать, и она постепенно раскрывает свои секреты. Кишечная микробиота очень разнообразна и находится в тесном взаимодействии с организмом хозяина. Она формируется с рождения, специфична для каждого человека и выполняет различные функции в организме: функцию барьера, трофическую, метаболическую, иммунную и т. д., а также другие функции, которые еще предстоит выяснить.

Voir

Вагинальная микробиота

Вагинальная микробиота – это экосистема, состоящая из микроорганизмов с преобладанием рода Lactobacillus. Ее равновесие подвержено колебаниям, а изменение в составе вызывает инфекции.

Voir

Микробиота ЛОР-органов

Микробиота ЛОР-органов чрезвычайно разнообразна, предположительно, в ней содержится не менее 700 различных видов.

Voir

Микробиота кожи

Микробиота кожи чрезвычайно разнообразна. Ее состав различен на различных участках кожи и у разных людей, и ее дисбаланс приводит к кожным заболеваниям.

Voir

Микробиота легких

Легочная микробиота долгое время была неизвестна, поскольку было принято считать, что здоровые легкие стерильны. Эта парадигма была подвергнута сомнению после обнаружения разнообразной микробиоты человека.

Voir

Мочевыделительная система

Микробиота мочевыделительной системы была обнаружена совсем недавно, и ее описание только начато. Нарушение баланса этой микрофлоры может вызывать проблемы с мочевыводящими путями.

Voir
Рассылка

Введите адрес электронной почты, чтобы подписаться на рассылку.

ОБЗОР ИМБ

Институт микробиоты Биокодекс: международный лидер в области изучения микробиоты

Voir

Выберете язык, на котором Вы хотите получить Вестник