Микробиом кишечника: мир внутри нас

Микробиом человеческого кишечника представляет собой уникальную совокупность микроорганизмов. Его незримое присутствие опосредует целый ряд важных процессов: от метаболических и иммунных до когнитивных, а отклонение его состава от нормы приводит к развитию разнообразных патологических состояний: аллергических и аутоиммунных заболеваний, сахарного диабета, ожирения и др. Качественный и количественный состав микробиома, от которого во многом зависит будущее здоровье человека, определяется во младенчестве. Процессам его формирования и будет посвящена эта статья.

В настоящее время понятие «микрофлора человека» утратило свою актуальность: мы несем в своем организме не просто набор бактерий, а настоящий биом — микробиом . Но если биом с точки зрения экологов представляет собой крупную экосистему, то наше тело — это место обитания многочисленной популяции микроорганизмов, своего рода микробная экосистема, характеризующаяся своей генетической регуляцией и сложными взаимодействиями и реагирующая на влияние факторов внешней и внутренней среды. Она настолько уникальна, что в мире не найдется двух людей с идентичным микробиомом. Различия в микробном составе зависят от таких факторов среды, как набор питательных веществ, рН, влажность и температура. Те или иные их значения способствуют размножению бактерий и опосредуют пользу, которую они могут принести хозяину — человеку [1][2].

Микробиом распределен в нашем организме неравномерно, по его топографии и видовому составу принято различать микробиом кожи, полости рта, дыхательных путей, урогенитального тракта и кишечника. Наиболее крупным микробиомом нашего тела является, несомненно, кишечный. Он может состоять из сотен видов различных микроорганизмов, но у взрослого человека преобладают бактерии двух типов: Firmicutes и Bacteroidetes [3]. Кишечный микробиом изучен лучше других бактериальных сообществ человека, и многолетние исследования, о которых будет рассказано ниже, показали, что именно он в большей степени влияет на здоровье своего носителя. Давайте же совершим путешествие в прошлое и разберем, как формируется микробиом нашего кишечника.

Микробиом: начало

Еще до недавнего времени считалось, что плод в утробе матери полностью огражден от контакта с миром микроорганизмов, то есть человек рождается полностью стерильным, а его заселение бактериями происходит позже. Но появились данные о том, что первые колонизаторы осваивают организм человека еще до его рождения. В ряде исследований было выявлено, что в плаценте, околоплодных водах, пуповинной крови и первичном кале — меконии — присутствуют бактерии родов Enterococcus, Escherichia, Leuconostoc, Lactococcusи Streptococcus, а у недоношенных младенцев — следы EnterobacterEnterococcus (в меньшей степени, чем у доношенных), Lactobacillus, Photorhabdus и Tannerella [4–14]. Также в одной из работ были получены доказательства внутриутробной бактериальной транслокации — проникновения бактерий из кишечника матери к плоду [13]. Исследователи предполагают, что это происходит посредством кровотока: механизмом, сходным с «энтеромаммарной осью», о которой поговорим чуть позже. Эту гипотезу поддерживают данные другого эксперимента, в котором беременные мыши перорально получали меченых Enterococcus faecium, после чего эти бактерии «заявляли о себе» в плаценте и даже меконии еще не рожденных мышат [13].

Но всё же по-настоящему серьезный контакт с миром микроорганизмов происходит после рождения, и во многом от того, как пройдет эта встреча, зависит будущее здоровье человека. Колонизация кишечника у здоровых детей укладывается в четыре последовательные временны́е фазы. Первая длится от момента рождения до двух недель. Микробная популяция в этот период представлена в основном стрептококками и кишечной палочкой. В зависимости от вида вскармливания — грудного или искусственного — через некоторое время присоединяются бифидо- или лактобактерии соответственно. В небольших количествах обнаруживаются и представители родов Clostridium и Bacteroides. Через две недели начинается вторая фаза, которая продолжается до введения в рацион прикорма. В это время увеличивается численность представителей рода Bacteroides. С момента введения прикорма начинается третья фаза, длящаяся до завершения грудного вскармливания. В эту фазу окончательно формируется микробиом ребенка: постепенно, по мере увеличения в рационе доли твердой пищи и снижения доли грудного молока, растет количество бактероидов и анаэробных грамположительных кокков (пептококков и пептострептококков). Окончание грудного вскармливания знаменует переход к четвертой фазе. Она характеризуется относительнойстабильностью микробного состава, который сохраняется в течение всей жизни индивида [15].

А теперь рассмотрим подробнее, как протекают процессы колонизации и становления иммунного ответа во время и после рождения.

Родоразрешение

Как оказалось, даже характер родоразрешения (ребенок может появиться на свет естественным путем, а может и оперативным, с помощью кесарева сечения) влияет на состав микробиома младенца.

Первое, с чем сталкивается ребенок, — микробный мир родовых путей его матери. У небеременных женщин идентифицировано шесть видов лактобактерий, исходя из соотношения которых выделяют по крайней мере пять качественно различных типов микробиома влагалища [16]. В четырех из них — характерных, как правило, для представительниц европейских и азиатских народов — преобладают следующие представители рода Lactobacillus:

  • L. crispatus (I тип микробиома);
  • L. gasseri (II тип микробиома);
  • L. iners (III тип микробиома);
  • L. jensenii (V тип микробиома).

IV тип микробиома часто встречается у чернокожих и латиноамериканских женщин и характеризуется низким уровнем Lactobacillus spp. и большим числом анаэробных бактерий.

При беременности из-за изменения pH влагалища бактериальное разнообразие уменьшается, но повышается стабильность состава микробиоты. Как правило, в этот период в микробиоме преобладают Lactobacillus crispatus и Lactobacillus iners. Количественное превосходство этих видов подчеркивает их важность для поддержания здоровой среды родовых путей. У европейских и азиатских женщин во время беременности могут происходить сдвиги между типами микробиомов, но, как правило, они редко переходят к IV типу [18]. Таким образом, в зависимости от особенностей микробиоты влагалища матери ребенок начинает свою жизнь со «знакомства» с определенным видовым набором микроорганизмов, что подчеркивает важность исследований микробиомов различных групп населения.

Но во что же выливается это знакомство? Почему вообще заселение микробами так важно для ребенка? Дело в том, что бактерии за счет симбиотических взаимоотношений с эпителиальными и иммунными структурами кишечника фактически активируют иммунную систему хозяина (рис. 1) [21].

Покидая родовые пути естественным образом, доношенный новорожденный в небольших количествах заглатывает представителей вагинальной и кишечной микробиоты матери. В основном это бактерии родов Prevotella, Sneathia и Lactobacillus [15]. Если же родоразрешение происходит путем кесарева сечения, одними из первых колонизируют организм новорожденного представители кожных микробиомов матери и медицинского персонала, в основном — бактерии родов Propionibacterium, Corynebacterium и Streptococcus [19][20]. У таких младенцев отмечают замедление заселения кишечника филой Bacteroidetes и низкое бактериальное разнообразие в течение первых двух лет жизни [22]. Однако с четырех месяцев различия в бактериальном разнообразии с естественно рожденными детьми начинают стираться, и к 12 месяцам практически исчезают [19].

Схема иммунной защиты слизистой оболочки кишечника плода

Рисунок 1. Схема иммунной защиты слизистой оболочки кишечника плода в зависимости от гестационного возраста. а — У младенца, рожденного в срок, все компоненты иммунной защиты слизистой оболочки являются зрелыми. б — Однако чтобы иммунная система приобрела работоспособность, должна произойти ее стимуляция первичными колонизаторами. Иммунная защита кишечника включает в себя: специализированный эпителий, или М-клетки (1), пейеровы бляшки (2), интерстициальные (3) и интраэпителиальные (4) лимфоциты, опосредующие развитие иммунных реакций. Среди лимфоидных образований кишечника выделяют одиночные лимфатические узлы (расположены преимущественно в дистальных отделах кишечника) и пейеровы бляшки (расположены в основном в подвздошной кишке). Последние образованы сгруппированными лимфатическими фолликулами, выпячивающими эпителий в просвет кишки в виде купола, и межузелковыми скоплениями лимфоидной ткани. Эпителий слизистой оболочки в области бляшки содержит до 10% специфических микроскладчатых (М-) клеток, обеспечивающих трансэпителиальный транспорт, механизм которого — трансцитоз: благодаря тонкому гликокаликсу они активно поглощают апикальной поверхностью макромолекулы (в том числе антигены) из просвета кишки, в составе эндосомперемещают их через свою цитоплазму и посредством экзоцитоза передают иммунокомпетентным клеткам пейеровых бляшек. Для ускорения процесса М-клетки снизу образуют «карманы», заполняющиеся «иммунным винегретом» из В-клеток, плазмоцитов, Т-клеток, макрофагов и антигенпрезентирующих дендритных клеток.

Тем не менее очевидно, что характер родоразрешения влияет на микробиом новорожденного (рис. 2). Правда, пока неясно, сказываются ли эти различия на здоровье взрослого индивида: хотя некоторые эпидемиологические исследования демонстрируют связь между кесаревым сечением и различными заболеваниями (табл. 1), причина их развития окончательно не выяснена.

Изменения микробиома у новорожденных

Рисунок 2. Изменения микробиома у новорожденных. Цвет текста и стрелки обозначают изменения специфических разновидностей (зеленый), общие изменения (розовый) и разнообразие сообщества (оранжевый). а — Изменения у младенцев, родившихся естественным путем, относительно извлеченных хирургически. б — Изменения у младенцев, находящихся на грудном вскармливании, относительно «искусственников». α-разнообразие — видовое разнообразие внутри исследуемого сообщества, β-разнообразие — видовое разнообразие между сообществами данной области (по Р. Уиттекеру).

Грудное вскармливание

Не менее важным фактором в формировании микробиома новорожденного является характер питания. Грудное молоко — оптимально сбалансированная пища для младенца, обеспечивающая его нормальное развитие [23]. Как известно, в первые дни жизни именно оно защищает ребенка от инфекционных болезней и способствует снижению смертности от них [24] за счет содержания множества иммунных факторов: Т- и В-лимфоцитов, плазматических клеток, иммуноглобулинов (в первую очередь IgА) и антимикробных ферментов (лизоцимаи лактоферрина). Установлено, что грудное вскармливание в какой-то мере предотвращает развитие таких хронических заболеваний, как сахарный диабет [25] и ожирение [26]. И, несомненно, грудное молоко способствует формированию «здорового» микробиома. Первые данные об обнаружении бактерий в женском молоке были получены в 1950 году, но исследователей тех лет интересовали лишь патогенные микроорганизмы [27]. И хотя уже в 70-х годах в грудном молоке были найдены первые бактерии-симбионты, ученым не удалось их идентифицировать [27]. Лишь в 2003 году, когда в молоке, на коже груди и ареолах сосков восьми кормящих матерей и в ротовой полости и фекалиях их детей были обнаружены родственные лактобациллы, ученые предположили, что эти бактерии не занесены случайно извне, а имеют эндогенное происхождение [28].

Независимо от того, материнское или донорское грудное молоко используется для вскармливания, у каждого младенца формируется свой особый микробиом. Заслуга в этом принадлежит олигосахаридам молока человека (ОМЧ) [29][30]. В составе женского молока около 8% отведено перевариваемым ОМЧ — пребиотикам, поддерживающим рост Bifidobacterium longumsubsp. infantis [31]. При этом профиль ОМЧ у каждой женщины уникален, что обеспечивает, в свою очередь, индивидуальность младенческого микробиома (рис. 3) [32].

Взаимодействие гликанов человеческого молока и микробиоты

Рисунок 3. Взаимодействие гликанов человеческого молока и микробиоты. Взаимодействие новорожденного с материнскими и содержащимися в окружающей среде микроорганизмами опосредовано потреблением молозива и содержащихся в нём гликанов (олигосахаридов молока человека, ОМЧ). ОМЧ обладают пребиотической, антиадгезионной и противовоспалительной активностью, облегчают экспансию симбионтов — в особенности Bacteroides и Bifidobacterium — и ингибируют рост и адгезию оппортунистических и облигатных патогенов.

Другим опосредующим формирование микробиома фактором является так называемая энтеромаммарная ось — система, которая обеспечивает транспорт бактерий из кишечника (будущей) матери в молочные железы. Ее первичным звеном служат дендритные клетки кишечника, которые захватывают бактерий и транспортируют их в местные лимфоидные фолликулы [1]. Там осуществляется выработка специфического иммуноглобулина А. Эти дендритные клетки и секретирующие иммуноглобулин лимфоциты циркулируют в крови, но могут избирательно возвращаться в кишечник за счет взаимодействия между β7-интегринами и выделяемыми эндотелиоцитами молекулами адгезии (адрессинами, MAdCAM-1). Клетки эндотелия молочных желез синтезируют молекулы MAdCAM-1 во время беременности, обеспечивая избирательное поступление в железу «запрограммированных» дендритных клеток, содержащих кишечные бактерии [33]. Помимо бактерий, в молозиве и молоке матери содержатся Т-клетки, производящие β7-интегрины, и плазматические клетки, вырабатывающие специфический IgА [34]. Также в молоке находятся цитокины, состав которых зависит от иммунологического опыта матери, приобретенного в течение жизни.

Существует теория, предполагающая передачу микроорганизмов из полости рта младенца в молочную железу матери с последующей выработкой в ее организме специфических антител и их поступлением в ЖКТ ребенка [34]. Предположение подтверждается тем фактом, что в ротовой полости новорожденного и в грудном молоке обнаруживаются идентичные бактерии родов GemellaVeillonellaStaphylococcus и Streptococcus [35][36]. Хотя есть данные, что они присутствуют в молозиве еще до начала грудного вскармливания (даже после тщательной гигиенической обработки железы образцы сцеженного молока содержат бактерии кожного и кишечного микробиома матери [37]), это всё же не отменяет возможность реализации механизма обратного заноса.

В 2011 году ученые из США обнаружили девять таксономических единиц бактерий в образцах молока от 16 женщин. Установив тем самым, что микробный состав молока чрезвычайно разнообразен, они предложили концепцию «ядра микробиома женского молока» (рис. 4) [35]. В дальнейшем стало ясно, что микробиом изменяется в течение всего периода лактации. Так, в молозиве преобладают бактерии родов Weissella, Leuconostoc, Staphylococcus, Streptococcusи Lactococcus, а в молоке, вырабатываемом в первые шесть месяцев после родов, видимо, из-за частого контакта с обитателями полости рта младенца происходит «перекос» в сторону Veillonella, Leptotrichia и Prevotella — что опять же подтверждает теорию обратного заноса [37].

Бактерии из молока 16 женщин

Рисунок 4. Девять бактериальных таксономических единиц, обнаруженных в образцах молока от 16 женщин в 2011 году. Наблюдаемые сообщества оказались достаточно сложными, и при относительном постоянстве состава у одной группы испытуемых у другой с течением времени отмечались изменения.

Здоровье матери также играет важную роль в формировании микробного состава молока. В первый месяц лактации в молоке страдающих ожирением женщин преобладают Lactobacillus, однако через полгода их сменяют представители рода Staphylococcus [37], которые, как показывают исследования, начинают преобладать и в кишечнике тучных младенцев, в связи с чем ученые предположили существование связи между особенностями микробиома женского молока и паратрофией у детей.

Постепенное отнятие младенца от груди и переход на твердую пищу также играют важную роль в формировании бактериального разнообразия. После завершения грудного вскармливания в микробиоме детского кишечника появляются характерные для взрослого бактерии — представители типов Bacteroidetes, Firmicutes и класса Clostridia: Clostridium, Ruminococcus, Faecalibacterium, Roseburia, и Anaerostipes [19][38].

Иммунитет

Недавние исследования подтвердили важную роль кишечной микрофлоры в развитии иммунной защиты. В Nature Reviews Immunology был опубликован обзор, подчеркнувший важный вклад бактерий-комменсалов в функционирование эпителиального барьера кишечника (рис. 5).

Эпителиальный барьер кишечника

Рисунок 5. Эпителиальный барьер кишечника. Простой цилиндрический эпителий обладает механизмами физической и биохимической адаптации к микробной колонизации, поддерживающими целостность барьера. К ним относятся: богатые актином микроворсинки; плотные контакты эпителиальных клеток (а); муцины, которые формируют «сито» для просеивания молекул — гликокаликс; продукция различных антимикробных пептидов. М-клетки, покрывающие пейеровы бляшки и одиночные лимфоидные фолликулы, обеспечивают транслокацию молекул из просвета кишки под эпителий, к антигенпредставляющим клеткам. Дендриты специализированных дендритных клеток (ДК) могут проникать в просвет кишечника через плотные контакты (б).

Ученые предположили, что бактерии кишечника не только стимулируют его лимфоидные элементы, но и оказывают влияние на кишечный слизистый барьер, стимулируя образование микроворсинок [39][40] и плотных контактов [41].

фраза

Рисунок 6. Взаимодействие между иммунной системой кишечника и микробиомом младенца. Развитие вторичных лимфоидных структур, в том числе пейеровых бляшек и одиночных лимфоузлов, происходит внутриутробно, задолго до начала бактериальной колонизации. С ее началом настраиваются механизмы взаимодействия иммунной системы хозяина и бактерий-симбионтов. М-клетки путем трансцитоза передают бактериальные антигены дендритным клеткам, те их презентируют, опосредуя Т-зависимое созревание В-лимфоцитов и способствуя секреции плазматическими клетками IgA, который играет важную роль в защите от патогенов. Бактерии могут транслоцироваться также через дендритные клетки и презентироваться Т-клеткам лимфоузла, индуцируя их дифференцировку. Нижняя левая панель — АММП — ассоциированный с микроорганизмами молекулярный паттерн. В условиях гомеостаза АММП, ассоциированные с бактериями-симбионтами, стимулируют продукцию регуляторных цитокинов (IL-25, IL-33, тимусного стромального лимфопоэтина и трансформирующего фактора роста, TGF-β). Трансдукция сигнала на дендритные клетки стимулирует развитие регуляторных Т-клеток и способствует секреции IL-10.Нижняя правая панель — В состоянии дисбиоза снижение количества бактерий-симбионтов приводит к размножению патогенов. Патогенные АММП индуцируют секрецию провоспалительных цитокинов (IL-1, IL-6 и IL-18), способствуя размножению эффекторных Т-клеток. Эти Т-клетки дифференцируются в CD4+Th1 и Th17 и секретируют IL-17, фактор некроза опухоли (TNF-α) и интерферон-γ (IFN-γ), которые привлекают в очаг воспаления нейтрофилы, защищая организм хозяина от патогенов.

Исследуя влияние бактерий на защитные механизмы кишечника (рис. 6), ученые искусственно колонизировали бактерией Bacteroides thetaiotaomicron кишечники безмикробных мышей. Затем РНК кишечного эпителия анализировали на предмет изменения экспрессии генов [42]. Была отмечена обширная активация генов эпителиоцитов, которые регулировали функцию эпителиального барьера и способствовали повышению продукции рецептора к IgА. Это исследование прекрасно отражает влияние бактериальной колонизации на кишечник новорожденного, ведь он в данном контексте такой же, практически безбактериальный, организм.

Всё новые работы подчеркивают важную роль бактериальной колонизации в формировании и поддержании здоровья млекопитающих. В недавнем эксперименте, посвященном изучению функций Toll-подобных рецепторов, нокаутировали ген важного компонента врожденного иммунитета — рецептора TLR5, расположенного на базолатеральной поверхности энтероцитов мышей. Это повлекло за собой следующее: мыши начали регулярно объедаться и в конце концов развили метаболический синдром, сопровождавшийся изменением состава кишечной микробиоты. Возникло предположение, что микробиом может служить индикатором развития многих заболеваний. Но ученые пошли дальше и пересадили «патологическую» микробиоту из TLR5-дефицитных особей безмикробным мышам с нормальным рецептором, и у тех тоже проявились признаки метаболического синдрома. То есть микробиом, возможно, может служить не только индикатором системных проблем, но и непосредственно участвовать в их возникновении. Интересно, что ограничение питания TLR5-дефицитных мышей предотвращало развитие ожирения, но не резистентности к инсулину [43].

Вообще, связь колонизации бактериями-симбионтами с развитием как приобретенного, так и врожденного иммунитета, демонстрировали неоднократно. Было установлено, что взаимодействие рецепторов энтероцитов и иммунных клеток кишечника с антигенами микроорганизмов вызывает естественную, самоограничивающуюся воспалительную реакцию. Таким способом механизмы врожденного иммунного ответа позволяют предотвратить проникновение патогенов через эпителиальный барьер кишечника, при этом отличая их от безвредных симбионтов (рис. 6) [44][45]. Когда ребенок покидает утробу матери, происходит контакт с огромным количеством бактерий. И для того чтобы избежать непрерывной воспалительной реакции в ответ на колонизацию кишечника, снижается экспрессия упомянутых рецепторов, в частности TLR2 и TLR4 [46]. К сожалению, у детей, появившихся на свет раньше срока, описанные механизмы еще незрелые, что часто приводит к развитию некротического энтероколита [47].

Исследования последних лет показали, что кишечные бактерии могут вносить свой вклад и в развитие иммунной толерантности, то есть защиты от избыточных иммунных реакций. Эти наблюдения чрезвычайно актуальны для разработки возможных терапевтических вмешательств, ведь многие бактериальные виды имеют количественное преимущество лишь на ранних этапах колонизации, во время грудного вскармливания (см. главу «Микробиом и грудное вскармливание»). Как же симбионтов связали с иммунотолерантностью? Например, полисахарид А капсулы Bacteroides fragilis может взаимодействовать с TLR2-рецепторами дендритных клеток кишечника, активируя продукцию противовоспалительных цитокинов, которые создают для бактерий специфическую микросреду [48]. Некоторые виды клостридий подобным образом увеличивают количество регуляторных Т-клеток — контролеров, подавляющих иммунный ответ, если Т-эффекторы неоправданно разбушевались, — предотвращая тем самым IgE-опосредованные заболевания [49]. Таким образом, конкретные микроорганизмы, представленные в материнском молоке, еще во младенчестве могут предопределить степень «аллергичности» индивида: упомянутые механизмы позволяют выработать толерантность к «полезным» антигенам и бактериям, предотвращая в дальнейшем развитие аллергий и аутоиммунных заболеваний.

И другие…

Помимо генетических факторов, характера родоразрешения и вскармливания, на формирование микробиома и иммунитета у новорожденного в той или иной мере оказывают влияние особенности питания, опыт приема антибиотиков и факторы окружающей среды (рис. 7).

Факторы, обеспечивающие формирование микробиома младенца

Рисунок 7. Факторы, обеспечивающие формирование микробиома младенца. Инфекции половых путей женщины могут привести к бактериальному загрязнению матки. Микрофлора кишечника и ротовой полости может транспортироваться с кровью к плоду. Характер родоразрешения формирует первичную микрофлору. Генетика и постнатальные факторы, такие как режим питания, использование антибиотиков и воздействие окружающей среды оказывают дополнительное влияние на микробиом.

нтибиотики — одни из наиболее часто выписываемых детям препаратов. Назначение их матери в послеродовом периоде или же новорожденному может нарушить хрупкие процессы, которые лежат в основе формирования микробиома, и стать причиной ряда заболеваний (табл. 1). Исследования последних лет регулярно подчеркивают важность понимания процессов, ведущих к неонатальному дисбиозу и развитию в дальнейшем таких патологий, как диабет II типа, воспалительные заболевания кишечника или аллергическая реакция на компоненты молока [51–56]. Изменения в микробиоме, провоцируемые антибиотиками, зависят от способа введения, мишени, типа и дозировки препарата. Всё это пока плохо изучено у младенцев, что затрудняет понимание влияния антибиотикотерапии на формирование нормальной микрофлоры.

Таблица 1. Основные факторы, служащие связующим звеном между дисбалансом микробиома в раннем возрасте и склонностью к последующему развитию заболеваний. Таблица из [71].
Фактор, вызывающий дисбаланс Характеристика когорты Исходы
Кесарево сечение 1,9 млн датских детей в возрасте 0–15 лет Астма, системные заболевания соединительной ткани, ювенильный ревматоидный артрит, воспалительные заболевания кишечника, иммунодефициты и лейкозы
1255 трехлетних детей из США Ожирение, высокий ИМТ
2803 норвежских ребенка 0–3 лет Аллергическая реакция на куриные яйца, рыбу или орехи
Антибиотикотерапия 1401 ребенок 0–6 месяцев из США Астма и аллергия
5780 британских детей 0–2 лет Астма и экзема
12 062 финских ребенка 0–2 лет Избыточный вес и ожирение
162820 детей 2–18 лет из США Избыточный вес
9 млн британских детей Воспалительные заболевания кишечника
Пробиотики 215 испанских детей 0–6 месяцев Снижение частоты инфекций ЖКТ и верхних дыхательных путей
Европейское общество специалистов в области детской гастроэнтерологии, гепатологии и питания, комиссия по вопросам питания Снижение частоты неспецифических желудочно-кишечных инфекций
Пищевые добавки 139 африканских детей 6–14 лет С большей частотой — воспалительные заболевания кишечника, с меньшей — колики
Гигиена 184 ребенка 0–3 лет (исследование чистоты пустышек) Чистота пустышек снижала риск развития астмы, аллергии и сенсибилизации
Домашние животные 3143 финских ребенка 0–1 года Снижение риска развития диабета I типа

Отдельно стоит сказать о пробиотиках и пребиотиках, которыми повсеместно обогащены смеси для искусственного вскармливания, несмотря на недоказанность их эффективности [57]Пробиотики представляют собой живые микроорганизмы, которые, предположительно, должны участвовать в формировании микробиома, а пребиотики — это вещества, которые способствуют росту полезных микроорганизмов. Использование пробиотиков в педиатрической практике — до сих пор спорный момент, хотя их влияние на различные детские заболевания изучалось достаточно широко. Так, некоторые мета-анализы обнаружили их эффективность в терапии атопического дерматита, в то время как другие не выявили существенного влияния на детей младше 12 месяцев [58–61]. Была проведена оценка воздействия самых популярных пробиотических добавок в детском питании (Lactobacillusи Bifidobacterium spp., L. reuteri) на колики у младенцев. После трех недель их применения в кишечнике новорожденных увеличивалось количество лактобацилл и уменьшалось содержание кишечной палочки [62]. Однако на сегодняшний день большинство исследований показывает, что пре- или пробиотики значительно не влияют на качественный и количественный состав микробиома кишечника.

Окружающая среда не стерильна, и предметы быта, с которыми сталкивается новорожденный, тоже служат источниками микроорганизмов, участвующих в формировании микробиома. К примеру, вероятность обмена бактериями посредством предметов быта и воздуха в помещении увеличивается соразмерно количеству людей, проживающих в доме. Исследование 60 семей из США выявило, что члены одной семьи (домовладения) имеют более схожие микробиомы, чем члены разных семей [63]. Особенно показательно максимальное сходство микробиоты кожи у супругов, а также обмен поверхностными бактериальными сообществами между хозяевами и их собаками. Частый контакт с компонентами домашней пыли и большая семья в первые два месяца жизни могут привести к изменениям в микробиоме, ассоциированным с возникновением аллергии. Они заключаются в увеличении у младенцев количества бифидобактерий (за исключением B. adolescentis) и снижении численности Lactobacillus spp., Bifidobacterium adolescentis и Clostridium difficile [64].

Вероятно, частый контакт с животными, а соответственно, и с их микробиотой, на первом году жизни оказывает защитное действие, повышая иммунную толерантность. Например, взаимодействие с домашними животными с раннего возраста снижает риск развития аллергических состояний и астмы, но механизмы этого явления пока в полной мере не выявлены [65]. Ну и после всего сказанного, конечно, не станет сюрпризом вывод ученых о том, что бактериальное разнообразие гораздо выше у сельских детей, чем у городских [66]. В заключение стόит отметить, что ряд бактериальных штаммов обнаруживается одновременно у матерей и их взрослых дочерей, из чего следует, что одни бактерии временно «арендуют» жилплощадь, а другие получают в макроорганизме пожизненную «прописку».

Коррекция

В недавно проведенных исследованиях изучались терапевтические вмешательства, которые могли бы изменять микробом и профилактировать микробный дисбаланс еще в раннем детстве.

Подходы к модификации микробиома, как правило, подразделяются на три основные группы: очищение от микроорганизмових модуляция и заменавосстановление микробиоты. К примеру, антибиотики из-за их способности эффективно очищать кишечник от бактерий часто используют для лечения состояний, вызванных неспецифической патогенной микробиотой (рис. 8).

Микробная терапия

Рисунок 8. «Микробная терапия» в зависимости от стадии заболевания. На доклинических стадиях болезнь еще не проявляется в полной мере: ее симптомы (если вообще они есть) минимальны и неспецифичны, но тонкие биологические изменения уже происходят. Использование культур определенных бактериальных сообществ на ранних стадиях болезни может с максимальной эффективностью предотвратить дисбиоз и развитие патологии. По мере прогрессирования заболевания происходит обогащение микробиома патогенами (изображены красным), продуцирующими провоспалительные метаболиты и тем самым активирующими воспалительные пути (рис. 6). Слизистый слой, защищенный эпителием, истончается по мере накопления патогенов, утяжеляя течение заболевания. Диетотерапия и антибиотики на этом этапе могут использоваться в качестве радикальной меры, изменяющей количественный и качественный состав бактерий. На поздних стадиях продолжающееся истончение слизистого слоя позволяет бактериям прорваться через эпителиальный барьер. Тогда агрессивная антибиотикотерапия в сочетании с трансплантацией микробиоты может помочь восстановить микробный баланс. АММП — ассоциированный с микроорганизмами молекулярный паттерн.

Однако у детей раннего возраста длительное применение антибиотиков чревато значительным риском осложнений. Состав микробиоты можно изменить и посредством диетотерапии, употребляя продукты, которые способствуют росту «полезных» микроорганизмов. Одним из примеров подобной диеты является особое энтеральное питание, применяемое для симптоматической терапии болезни Крона у детей. Оно представляет собой специфическую смесь всех необходимых микро- и макронутриентов и потому в течение длительного времени может служить единственным источником питательных веществ. Оно подается исключительно в жидком виде — перорально либо через зонд — и способствует достижению клинической ремиссии за счет создания своеобразного «режима покоя»: снижения функциональной нагрузки на воспаленный кишечник и уменьшения его травматизации [67].

Исследования в области дефицита питания продемонстрировали, что на сегодняшний день невозможно, используя только диетотерапию, существенно повлиять на состав кишечного микробиома, хотя изучение влияния характера питания на него продолжается.

Учитывая то, какое значительное воздействие на здоровье оказывает микробиота в раннем детстве, весьма актуальными выглядят методы, направленные на своевременное, профилактическое, восстановление микробного баланса. Недавно удалось показать, что микробиом новорожденных, появившихся на свет посредством кесарева сечения, можно восстановить до состояния, схожего с младенцами, родившимися естественным путем. Обтирание таких детей тампонами, которые были введены за час до кесарева сечения во влагалище матери, приводило к значительному обогащению их микробиома представителями Lactobacillus и Bacteroides. Правда, пока не выяснены возможные последствия такой процедуры для здоровья [68].

Микробиом кишечника можно рассматривать как целый отдельный орган нашего тела. Мы приобретаем его при рождении, и то, каким он будет, зависит от множества факторов. Но одно можно сказать наверняка: он будет непохожим ни на какой другой микробиом. Это практически такой же уникальный признак, как папиллярные линии и сосудистый рисунок сетчатки глаза. И подобно тому, как отпечатки пальцев могут рассказать следователям криминальную биографию преступника, микробиом кишечника может предъявить ученым вехи онтогенеза своего хозяина. И как нельзя лучше процесс бактериальной колонизации и его значимость для организма отражает знаменитая пословица: «Что посеешь, то и пожнешь». Берегите свой микробиом и будьте здоровы!

Литература

  1. Hooper L.V., Littman D.R., Macpherson A.J. (2012). Interactions between the microbiota and the immune systemScience336, 1268–1273;
  2. Mayer E.A., Knight R., Mazmanian S.K., Cryan J.F., Tillisch K. (2014). Gut microbes and the brain: paradigm shift in neuroscienceJ. Neurosci. 34, 15490–15496;
  3. Rajilic-Stojanovic M., Heilig H.G., Molenaar D., Kajander K., Surakka A., Smidt H., de Vos W.M. (2009). Development and application of the human intestinal tract chip, a phylogenetic microarray: analysis of universally conserved phylotypes in the abundant microbiota of young and elderly adultsEnviron. Microbiol. 11, 1736–1751;
  4. Ardissone A.N., de la Cruz D.M., Davis-Richardson A.G., Rechcigl K.T., Li N., Drew J.C. et al. (2014). Meconium microbiome analysis identifies bacteria correlated with premature birthPLoS One9, e90784;
  5. Moles L., Gomez M., Heilig H., Bustos G., Fuentes S., de Vos W. et al. (2013). Bacterial diversity in meconium of preterm neonates and evolution of their fecal microbiota during the first month of lifePLoS One8, e66986;
  6. Rautava S., Kainonen E., Salminen S., Isolauri E. (2012). Maternal probiotic supplementation during pregnancy and breast-feeding reduces the risk of eczema in the infantJ. Allergy Clin. Immunol. 130, 1355–1360;
  7. Dominguez-Bello M.G., Costello E.K., Contreras M., Magris M., Hidalgo G., Fierer N., Knight R. (2010). Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newbornsProc. Natl. Acad. Sci. USA. 107, 11971–11975;
  8. Satokari R., Grönroos T., Laitinen K., Salminen S., Isolauri E. (2009). Bifidobacterium and LactobacillusDNA in the human placentaLett. Appl. Microbiol. 48, 8–12;
  9. Aagaard K., Ma J., Antony K.M., Ganu R., Petrosino J., Versalovic J. (2014). The placenta harbors a unique microbiomeSci. Transl. Med. 6, 237ra265;
  10. Oh K.J., Lee S.E., Jung H., Kim G., Romero R., Yoon B.H. (2010). Detection of ureaplasmas by the polymerase chain reaction in the amniotic fluid of patients with cervical insufficiencyJ. Perinat. Med.38, 261–268;
  11. DiGiulio D.B., Romero R., Amogan H.P., Kusanovic J.P., Bik E.M., Gotsch F. et al. (2008). Microbial prevalence, diversity and abundance in amniotic fluid during preterm labor: a molecular and culture-based investigationPLoS One3, e3056;
  12. Jiménez E., Fernández L., Marín M.L., Martín R., Odriozola J.M., Nueno-Palop C. et al. (2005). Isolation of commensal bacteria from umbilical cord blood of healthy neonates born by cesarean sectionCurr. Microbiol. 51, 270–274;
  13. Jimenez E., Marin M.L., Martin R., Odriozola J.M., Olivares M., Xaus J. et al. (2008). Is meconium from healthy newborns actually sterile? Res. Microbiol. 159, 187–193;
  14. Hu J., Nomura Y., Bashir A., Fernandez-Hernandez H., Itzkowitz S., Pei Z. et al. (2013). Diversified microbiota of meconium is affected by maternal diabetes statusPLoS One8, e78257;
  15. Mackie R.I., Sghir A., Gaskins H.R. (1999). Developmental microbial ecology of the neonatal gastrointestinal tractAm. J. Clin. Nutr. 69, 1035S—1045S;
  16. Ravel J., Gajer P., Abdo Z., Schneider G.M., Koenig S.S., McCulle S.L. et al. (2011). Vaginal microbiome of reproductive-age womenProc. Natl. Acad. Sci. USA108 Suppl 1, 4680–4687;
  17. Cohen J. (2016). Vaginal bacteria species can raise HIV infection risk and undermine preventionScience;
  18. Witkin S.S. and Ledger W.J. (2012). Complexities of the uniquely human vaginaSci. Transl. Med. 4, 132fs11;
  19. Backhed F., Roswall J., Peng Y., Feng Q., Jia H., Kovatcheva-Datchary P. et al. (2015). Dynamics and stabilization of the human gut microbiome during the first year of lifeCell Host Microbe. 17, 690–703;
  20. MacIntyre D.A., Chandiramani M., Lee Y.S., Kindinger L., Smith A., Angelopoulos N. et al. (2015). The vaginal microbiome during pregnancy and the postpartum period in a European populationSci. Rep.5, 8988;
  21. Insoft R.M., Sanderson I.S., Walker W.A. (1996). Development of immune function within the human intestine and its role in neonatal diseasesPediatr. Clin. North Am. 43, 551–571;
  22. Jakobsson H.E., Abrahamsson T.R., Jenmalm M.C., Harris K., Quince C., Jernberg C. et al. (2014). Decreased gut microbiota diversity, delayed Bacteroidetes colonisation and reduced Th1 responses in infants delivered by caesarean sectionGut63, 559–566;
  23. Butte N., Lopez-Alarcon M., Garza C. Nutrient adequacy of exclusive breastfeeding for the term infant during the first six months of life. Geneva: World Health Organization, 2002. — 47 p.;
  24. WHO collaborative study team on the role of breastfeeding on the prevention of infant mortality. (2000). Effect of breastfeeding on infant and child mortality due to infectious diseases in less developed countries: a pooled analysisLancet355, 451–455;
  25. Horta B.L. and Victora C.G. Long-term effects of breastfeeding: a systematic review. Geneva: World Health Organization, 2013. — 69 p.;
  26. Horta B.L., de Mola C.L., Victora C.G. (2015). Long-term consequences of breastfeeding on cholesterol, obesity, systolic blood pressure, and type-2 diabetes: systematic review and meta-analysisActa Paediatr. 104, 30–37;
  27. Dorr H. and Sittel I. (1953). Bacteriological examination of human milk and its relation to mastitis. Zentralbl. Gynakol. 75, 1833–1835;
  28. Martín R., Langa S., Reviriego C., Jimínez E., Marín M.L., Xaus J. et al. (2003). Human milk is a source of lactic acid bacteria for the infant gutJ. Pediatr. 143, 754–758;
  29. Azad M.B., Konya T., Maughan H., Guttman D.S., Field C.J., Chari R.S. et al. (2013). Gut microbiota of healthy Canadian infants: profi les by mode of delivery and infant diet at 4 monthsCMAJ185, 385–394;
  30. Yatsunenko T., Rey F.E., Manary M.J., Trehan I., Dominguez-Bello M.G., Contreras M. et al. (2012). Human gut microbiome viewed across age and geographyNature486, 222–227;
  31. Gura T. (2014). Nature’s fi rst functional foodScience345, 747–749;
  32. De Leoz M.L., Kalanetra K.M., Bokulich N.A., Strum J.S., Underwood M.A., German J.B. et al. (2015). Human milk glycomics and gut microbial genomics in infant feces show a correlation between human milk oligosaccharides and gut microbiota: a proof-of-concept studyJ. Proteome Res. 14, 491–502;
  33. Bourges D., Meurens F., Berri M., Chevaleyre C., Zanello G., Levast B. et al. (2008). New insights into the dual recruitment of IgA+ B cells in the developing mammary glandMol. Immunol. 45, 3354–3362;
  34. Latuga M.S., Stuebe A., Seed P.C. (2014). A review of the source and function of microbiota in breast milkSemin. Reprod. Med. 32, 68–73;
  35. Hunt K.M., Foster J.A., Forney L.J., Schutte U.M., Beck D.L., Abdo Z. et al. (2011). Characterization of the diversity and temporal stability of bacterial communities in human milkPLoS One. 6, e21313;
  36. Lif Holgerson P., Harnevik L., Hernell O., Tanner A.C., Johansson I. (2011). Mode of birth delivery affects oral microbiota in infantsJ. Dent. Res. 90, 1183–1188;
  37. Cabrera-Rubio R., Collado M.C., Laitinen K., Salminen S., Isolauri E., Mira A. (2012). The human milk microbiome changes over lactation and is shaped by maternal weight and mode of deliveryAm. J. Clin. Nutr. 96, 544–551;
  38. Valles Y., Artacho A., Pascual-Garcia A., Ferrus M.L., Gosalbes M.J., Abellan J.J., Francino M.P. (2014). Microbial succession in the gut: directional trends of taxonomic and functional change in a birth cohort of Spanish infantsPLoS Genet. 10, e1004406;
  39. Artis D. (2008). Epithelial-cell recognition of commensal bacteria and maintenance of immune homeostasis in the gutNat. Rev. Immunol. 8, 411–420;
  40. McAuley J.L., Linden S.K., Png C.W., King R.M., Pennington H.L., Gendler S.J. et al. (2007). MUC1 cell surface mucin is a critical element of the mucosal barrier to infectionJ. Clin. Invest117, 2313–2324;
  41. Shen L. and Turner J.R. (2006). Role of epithelial cells in initiation and propagation of intestinal inflammation. Eliminating the static: tight junction dynamics exposedAm. J. Physiol. Gastrointest. Liver. Physiol. 290, G577–G582;
  42. Hooper L.V., Wong M.H., Thelin A., Hansson L., Falk P.G., Gordon J.I. (2001). Molecular analysis of commensal host-microbial relationships in the intestineScience. 291, 881–884;
  43. Vijay-Kumar M., Aitken J.D., Carvalho F.A. Cullender T.C., Mwangi S., Srinivasan S. et al. (2010). Metabolic syndrome and altered gut microbiota in mice lacking toll-like receptor 5Science. 328, 228–231;
  44. Round J.L. and Mazmanian S.K. (2009). The gut microbiota shapes intestinal responses during health and diseaseNat. Rev. Immunol. 9, 313–323;
  45. O’Hara A.M. and Shanahan F. (2007). Gut microbiota: mining for therapeutic potentialClin. Gastroenterol. Hepatol. 5, 274–284;
  46. Abreu M.T., Fukata M., Arditi M. (2005). TLR signaling in the gut in health and diseaseJ. Immunol.174, 4453–4460;
  47. Claud E.C., Lu L., Anton P.M., Savidge T., Walker W.A., Cherayil B.J. (2004). Developmentally-regulated IκB expression in intestinal epithelium and susceptibility to flagellin-induced inflammationProc. Natl. Acad. Sci. USA. 101, 7404–7408;
  48. Mazmanian S.K. and Kasper D.L. (2006). The love—hate relationship between bacterial polysaccharides and the host immune systemNat. Rev. Immunol. 6, 849–858;
  49. Atarashi K., Tanoue T., Shima T., Imaoka A., Kuwahara T., Momose Y. et al. (2011). Induction of colonic regulatory T cells by indigenous Clostridium speciesScience. 331, 337–341;
  50. Зоопарк в моем животе;
  51. Kozyrskyj A.L., Ernst P., Becker A.B. (2007). Increased risk of childhood asthma from antibiotic use in early lifeChest131, 1753–1759;
  52. Risnes K.R., Belanger K., Murk W., Bracken M.B. (2011). Antibiotic exposure by 6 months, and asthma and allergy at 6 years: findings in a cohort of 1,401 US childrenAm. J. Epidemiol. 173, 310–318;
  53. Hoskin-Parr L., Teyhan A., Blocker A., Henderson A.J. (2013). Antibiotic exposure in the first 2 years of life and development of asthma and other allergic diseases by 7.5 years: a dose-dependent relationshipPediatr. Allergy Immunol. 24, 762–771;
  54. Bailey L.C., Forrest C.B., Zhang P., Richards T.M., Livshits A., DeRusso P.A. (2014). Association of antibiotics in infancy with early childhood obesityJAMA Pediatr. 168, 1063–1069;
  55. Metsälä J., Lundqvist A., Virta L.J., Kaila M., Gissler M., Virtanen S.M. (2013). Mother’s and offspring’s use of antibiotics, and infant allergy to cow’s milkEpidemiology24, 303–309;
  56. Kronman M.P., Zaoutis T.E., Haynes K., Feng R., Coffin S.E. (2012). Antibiotic exposure and IBD development among children: a population-based cohort studyPediatrics130, e794–e803;
  57. Braegger C., Chmielewska A., Decsi T., Kolacek S., Mihatsch W., Moreno L. et al. (2011). Supplementation of infant formula with probiotics and/or prebiotics: a systematic review and comment by the ESPGHAN committee on nutritionJ. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 52, 238–250;
  58. Panduru M., Panduru N.M., Sălăvăstru C.M., Tiplica G.S. (2015). Probiotics and primary prevention of atopic dermatitis: a meta-analysis of randomized controlled studiesJ. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 29, 232–242;
  59. Foolad N., Brezinski E.A., Chase E.P., Armstrong A.W. (2013). Effect of nutrient supplementation on atopic dermatitis in children: a systematic review of probiotics, prebiotics, formula and fatty acidsJAMA Dermatol. 149, 350–355;
  60. Doege K., Grajecki D., Zyriax B.C., Detinkina E., Zu Eulenburg C., Buhling K.J. (2012). Impact of maternal supplementation with probiotics during pregnancy on atopic eczema in childhood — a meta-analysisBr. J. Nutr. 107, 1–6;
  61. Kim S.O., Ah Y.M., Yu Y.M., Choi K.H., Shin W.G., Lee J.Y. (2014). Effects of probiotics for the treatment of atopic dermatitis: a meta-analysis of randomized controlled trialsAnn. Allergy Asthma Immunol. 113, 217–226;
  62. Savino F., Cordisco L., Tarasco V., Palumeri E., Calabrese R., Oggero R. et al. (2010). Lactobacillus reuteriDSM 17938 in infantile colic: a randomized, double-blind, placebo-controlled trialPediatrics126, e526–e533;
  63. Song S.J., Lauber C., Costello E.K., Lozupone C.A., Humphrey G., Berg-Lyons D. et al. (2013). Cohabiting family members share microbiota with one another and with their dogsElife2, e00458;
  64. Sjögren Y.M., Jenmalm M.C., Böttcher M.F., Björkstén B., Sverremark-Ekström E. (2009). Altered early infant gut microbiota in children developing allergy up to 5 years of ageClin. Exp. Allergy39, 518–526;
  65. Ownby D.R., Johnson C.C., Peterson E.L. (2002). Exposure to dogs and cats in the first year of life and risk of allergic sensitization at 6 to 7 years of ageJ. Am. Med. Assoc. 288, 963–972;
  66. Normand A.C., Sudre B., Vacheyrou M., Depner M., Wouters I.M., Noss I. et al. (2011). Airborne cultivable microflora and microbial transfer in farm buildings and rural dwellingsOccup. Environ. Med. 68, 849–855;
  67. Ткаченко Е.И., Иванов С.В., Жигалова Т.Н., Ситкин С.И. (2008). Энтеральное питание при язвенном колитеЛечащий Врач6;
  68. Dominguez-Bello M.G., De Jesus-Laboy K.M., Shen N., Cox L.M., Amir A., Gonzalez A. et al. (2016). Partial restoration of the microbiota of cesarean-born infants via vaginal microbial transferNat. Med.22, 250–253;
  69. Nuriel-Ohayon M., Neuman H., Koren O. (2016). Microbial changes during pregnancy, birth, and infancyFront. Microbiol. 7, 1031;
  70. Newburg D.S. and Morelli L. (2015). Human milk and infant intestinal mucosal glycans guide succession of the neonatal intestinal microbiotaPediatr. Res. 77, 115–120;
  71. Tamburini S., Shen N., Wu H.C., Clemente J.C. (2016). The microbiome in early life: implications for health outcomesNat. Med. 22, 713–722.

Источник: Биомолекула

Опубликовано

Июль, 2024

Продолжительность чтения

Около 5-6 минут

Категория

Микробиом

Поделиться

Получите больше информации

Подпишитесь на нашу новостную ленту и получите важные сведения о своем здоровье