Кишковий мікробіом складається зі складної спільноти мікроорганізмів, зокрема бактерій, які населяють шлунково-кишковий тракт. 

Кишковий мікробіом є динамічним і невіддільним компонентом здоров’я людини, що впливає на травлення, імунітет, метаболізм і навіть психічний добробут. Підтримка збалансованого та різноманітного мікробіому має важливе значення для оптимального здоров’я та профілактики різних захворювань.

Здоров'я травлення

• Розщеплення поживних речовин: мікробіом допомагає розщеплювати складні вуглеводи, білки та жири, які травні ферменти людини не можуть повністю переробити. Це розщеплення виробляє коротколанцюгові жирні кислоти (SCFA), зокрема ацетат, пропіонат і бутират, які корисні для здоров’я кишківника та можуть використовуватися організмом для отримання енергії.
• Синтез вітамінів: певні кишкові бактерії виробляють такі вітаміни, як-от вітаміни групи B (наприклад, B12, фолієва кислота) і вітамін K, які необхідні для різних функцій організму, зокрема згортання крові та вироблення енергії.

Модуляція імунної системи

• Регулювання імунної відповіді: мікробіом взаємодіє з імунною системою для модулювання імунної відповіді. Це допомагає навчити імунну систему розрізняти шкідливі патогени та нешкідливі речовини, знижуючи ризик алергії та аутоімунних захворювань.
• Бар’єрна функція: мікробіом підтримує цілісність кишкового бар'єра, запобігаючи проникненню патогенів і токсинів у кров, що може допомогти запобігти системному запаленню та інфекції.
• Протизапальні ефекти: мікробіом допомагає регулювати запалення, виробляючи протизапальні сполуки, як-от SCFA, і впливаючи на активність імунних клітин. Збалансований мікробіом може допомогти запобігти хронічним запальним захворюванням.

Метаболічна регуляція

• Збір енергії: завдяки ферментації неперетравлених вуглеводів мікробіом допомагає отримувати додаткові калорії та енергію з раціону, що може вплинути на загальний енергетичний баланс і вагу.
• Метаболізм ліків і токсинів: мікробіом може впливати на метаболізм ліків і токсинів навколишнього середовища, впливаючи на їх ефективність і безпеку.

Вісь кишківник-мозок

• Вироблення нейромедіаторів: деякі кишкові бактерії виробляють такі нейромедіатори, як-от серотонін і дофамін, які відіграють важливу роль у регуляції настрою, поведінки та когнітивних функцій.
• Мозковий зв’язок: мікробіом спілкується з мозком через кишково-мозкову вісь, впливаючи на такі стани психічного здоров’я, як-от депресія та тривога.

Захист від патогенів

• Конкурентне виключення: корисні мікроби в мікробіомі конкурують з патогенними мікроорганізмами за ресурси та місця прикріплення в кишківнику, зменшуючи ймовірність інфекцій.
• Вироблення антимікробних речовин: деякі кишкові бактерії виробляють антимікробні пептиди або речовини, які пригнічують ріст шкідливих патогенів.

Моторика кишківника

• Вплив на моторику: мікробіом впливає на моторику та функцію кишківника. Порушення в мікробіомі можуть призвести до шлунково-кишкових розладів, зокрема синдром подразненого кишківника (СПК) або закреп.

Розвиток кишківника

• Розвиток кишківника: мікробіом відіграє важливу роль у розвитку пов’язаної з кишківником лімфоїдної тканини (GALT), яка є важливим компонентом імунної системи. 

Дисбаланс у мікробіомі може призвести до різних проблем зі здоров’ям, зокрема шлунково-кишкових розладів, метаболічного синдрому, аутоімунних захворювань та психічних розладів. 

Діагностика

Молекулярна діагностика мікробіому в центрах «Мати та дитина» в Києві, Житомирі та Львові охоплює передові методи, які використовуються для аналізу та характеристики мікробних спільнот у різних середовищах, насамперед у кишківнику людини. Ці методи дають змогу зрозуміти мікробне різноманіття, склад і функціональний потенціал, що може мати вирішальне значення для діагностики та розуміння станів здоров’я, пов’язаних із мікробіомами.

Ключові методи молекулярної діагностики

• Секвенування гена 16S рРНК націлене на ген рибосомальної РНК 16S, компонент бактеріальної рибосоми, який є висококонсервативним серед бактерій, але має варіабельні ділянки, які можуть допомогти ідентифікувати різні види бактерій. Використовується для профілювання бактеріальних спільнот шляхом визначення та кількісного визначення таксонів бактерій у зразку, але аналіз обмежений в ідентифікації небактеріальних мікроорганізмів (наприклад, грибів, вірусів) і може не розрізняти близькоспоріднені види.
• Метагеномне секвенування передбачає секвенування всієї ДНК, присутньої у зразку, яка охоплює бактеріальну, вірусну, грибкову та іншу мікробну ДНК. Дає комплексне уявлення про мікробне різномаїття, включаючи ідентифікацію бактеріальних і небактеріальних організмів та їхніх функціональних генів.
• Метатранскриптоміка передбачає секвенування транскриптів РНК, присутніх у зразку, що надає інформацію про активне мікробне різноманіття та його функціональну активність. Допомагає зрозуміти, які мікробні гени активно експресуються та беруть участь у різних біологічних процесах.
• Метаболоміка аналізує побічні продукти метаболізму (метаболіти), що утворюються мікробними спільнотами. Надає інформацію про метаболічну активність мікробіому та про те, як вона впливає на метаболізм і здоров’я людини.
• Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР)  використовується для ампліфікації специфічних послідовностей ДНК або РНК із мікробних зразків. Може бути використаний для виявлення присутності специфічних мікроорганізмів або генів, пов'язаних з певними умовами.
• FISH (флуоресцентна гібридизація in situ) використовує флуоресцентно мічені зонди для виявлення та візуалізації специфічних мікробних таксонів безпосередньо у зразках. Допомагає візуалізувати та кількісно визначити специфічні мікроорганізми в складних мікробних спільнотах, може ідентифікувати конкретні мікроби в змішаних популяціях.

Патології мікробіома кишківника та їх лікування

Патології мікробіома кишківника, або порушення балансу та складу кишкових мікроорганізмів, можуть призвести до низки проблем зі здоров’ям.

Дисбактеріоз означає дисбаланс у складі мікробіоти кишківника, що часто характеризується зменшенням мікробного різноманіття та надмірним ростом шкідливих мікроорганізмів.Супутні умови:

• Синдром подразненого кишківника: дисбактеріоз часто пов’язаний із СПК, сприяючи появі таких симптомів, як-от біль у животі, здуття живота та зміна випорожнень.
• Запальні захворювання кишківника: такі захворювання, як-от хвороба Крона та виразковий коліт, пов’язані з дисбактеріозом, який може загострити запалення та симптоми захворювання.
• Метаболічний синдром: дисбактеріоз може впливати на обмін речовин і сприяти ожирінню, резистентності до інсуліну та іншим компонентам метаболічного синдрому.

Надмірний бактеріальний ріст тонкої кишки виникає, коли в тонкому кишківнику спостерігається надмірний ріст бактерій, що може порушити нормальне травлення та всмоктування. Діагностується за допомогою дихальних тестів, які вимірюють рівень водню або метану. Лікування зазвичай охоплює антибіотики та зміну дієти, щоб зменшити ріст бактерій. 

Інфекція, викликана надмірним ростом бактерії Clostridium difficile (C. difficile) у кишківник, часто після застосування антибіотиків.  Діагностується за допомогою аналізів калу на токсини C. difficile. Лікування охоплює специфічні антибіотики, як-от ванкоміцин або фідаксоміцин, а у важких випадках можна розглянути трансплантацію фекальної мікробіоти. 

Синдром дірявої кишки не є загальновизнаним медичним діагнозом, він належить до підвищеної проникності кишківника, коли слизова оболонка кишківника стає більш проникною, що дає змогу більшим частинкам проникати в кров. Вважається, що такі захворювання, як-от ревматоїдний артрит і вовчак, пов’язані з негерметичною кишкою.  Лікування часто передбачає зміни дієти (наприклад, виключення глютену та оброблених харчових продуктів), добавки (наприклад, пробіотики, пребіотики та L-глутамін) і терапію основного запалення. 

Надмірний ріст дріжджів Candida albicans у кишківнику може порушити мікробіомний баланс. Діагноз ставиться на підставі симптомів, а іноді й аналізів калу. Лікування зазвичай охоплює протигрибкові препарати та зміни дієти для зменшення споживання цукру. 

Порушення нормальної кишкової мікробіоти через застосування антибіотиків може призвести до діареї та інших шлунково-кишкових симптомів. Пробіотики та пребіотики можуть допомогти відновити нормальну мікрофлору кишківника. Уникнення непотрібного використання антибіотиків і дотримання вказівок лікаря може допомогти запобігти цьому стану. 

Дисбаланс мікробіома може вплинути на вісь кишківник-мозок, впливаючи на настрій, поведінку та когнітивні функції. Супутні умови: 

• Депресія: дисбактеріоз може сприяти таким розладам настрою, як депресія. 
• Тривога: змінена кишкова мікробіота може вплинути на реакцію на стрес і рівень тривоги.
• Пробіотики та пребіотики разом зі зміною способу життя та харчування можуть підтримувати здоров’я кишківника та мозку. 

Інфекції, спричинені патогенними мікроорганізмами, можуть порушити мікробіом кишківника та призвести до різних шлунково-кишкових симптомів.  Лікування часто охоплює антибіотики або противірусні препарати, залежно від збудника. 

Автор: Переїденко Тетяна Іванівна — генетик.