Кишечный микробиом состоит из сложного сообщества микроорганизмов, в частности, бактерий, населяющих желудочно-кишечный тракт.

Кишечный микробиом является динамическим и неотделимым компонентом здоровья человека, влияющим на пищеварение, иммунитет, метаболизм и даже психическое благополучие. Поддержание сбалансированного и разнообразного микробиома имеет важное значение для оптимального здоровья и профилактики различных заболеваний.

Здоровье пищеварения

• Расщепление питательных веществ: микробиом помогает расщеплять сложные углеводы, белки и жиры, которые пищеварительные ферменты человека не могут полностью переработать. Это расщепление производит короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), в частности ацетат, пропионат и бутират, которые полезны для здоровья кишечника и могут использоваться организмом для получения энергии.
• Синтез витаминов: определенные кишечные бактерии вырабатывают такие витамины, как витамины группы B (например, B12, фолиевая кислота) и витамин K, которые необходимы для различных функций организма, в частности свертывания крови и выработки энергии.

Модуляция иммунной системы

• Регуляция иммунного ответа: микробиом взаимодействует с иммунной системой для модулирования иммунного ответа. Это помогает научить иммунную систему различать вредные патогены и безвредные вещества, снижая риск аллергии и аутоиммунных заболеваний.
• Барьерная функция: микробиом поддерживает целостность кишечного барьера, предотвращая проникновение патогенов и токсинов в кровь, что может помочь предотвратить системное воспаление и инфекцию.
• Противовоспалительные эффекты: микробиом помогает регулировать воспаление, производя противовоспалительные соединения, такие как SCFA, и влияя на активность иммунных клеток. Сбалансированный микробиом может помочь предотвратить хронические воспалительные заболевания.

Метаболическая регуляция

• Сбор энергии: благодаря ферментации непереваренных углеводов микробиом помогает получать дополнительные калории и энергию из рациона, что может повлиять на общий энергетический баланс и вес.
• Метаболизм лекарств и токсинов: микробиом может влиять на метаболизм лекарств и токсинов окружающей среды, влияя на их эффективность и безопасность.

Ось кишечник-мозг

• Выработка нейромедиаторов: некоторые кишечные бактерии производят такие нейромедиаторы, как серотонин и дофамин, которые играют важную роль в регуляции настроения, поведения и когнитивных функций.
• Мозговая связь: микробиом общается с мозгом через кишечно-мозговую ось, влияя на такие состояния психического здоровья, как депрессия и тревога.

Защита от патогенов

• Конкурентное исключение: полезные микробы в микробиоме конкурируют с патогенными микроорганизмами за ресурсы и места прикрепления в кишечнике, уменьшая вероятность инфекции.
• Выработка антимикробных веществ: некоторые кишечные бактерии производят антимикробные пептиды или вещества, подавляющие рост вредных патогенов.

Моторика кишечника

• Воздействие на моторику: микробиом влияет на моторику и функцию кишечника. Нарушения в микробиоме могут привести к желудочно-кишечным расстройствам, в частности, вызвать синдром раздраженного кишечника (СРК) или запор.

Развитие кишечника

• Развитие кишечника: микробиом играет важную роль в развитии связанной с кишечником лимфоидной ткани (GALT), которая является важным компонентом иммунной системы.

Дисбаланс в микробиоме может привести к различным проблемам со здоровьем, включая желудочно-кишечные расстройства, метаболический синдром, аутоиммунные заболевания и психические расстройства.

Диагностика

Молекулярная диагностика микробиома в центрах «Мать и ребенок» в Киеве, Житомире и Львове включает передовые методы, которые используются для анализа и характеристики микробных сообществ в различных средах, прежде всего в кишечнике человека. Эти методы позволяют понять микробное разнообразие, состав и функциональный потенциал, что может иметь решающее значение для диагностики и понимания состояний здоровья, связанных с микробиомами.

Ключевые методы молекулярной диагностики

• Секвенирование гена 16S рРНК нацелено на ген рибосомальной РНК 16S, компонент бактериальной рибосомы, высококонсервативный среди бактерий, но имеющий вариабельные участки, которые могут помочь идентифицировать различные виды бактерий. Используется для профилирования бактериальных сообществ путем определения и количественного определения бактерий таксонов в образце, но анализ ограничен в идентификации небактериальных микроорганизмов (например, грибов, вирусов) и может не различать близкородственные виды.
• Метагеномное секвенирование предполагает секвенирование всей ДНК, присутствующей в образце, охватывающей бактериальную, вирусную, грибковую и другую микробную ДНК. Дает комплексное представление о микробном разнообразии, включая идентификацию бактериальных и небактериальных организмов и их функциональных генов.
• Метатранскриптомика предусматривает секвенирование транскриптов РНК, присутствующих в образце, который предоставляет информацию об активном микробном разнообразии и его функциональной активности. Помогает понять, какие микробные гены активно экспрессируются и принимают участие в различных биологических процессах.
• Метаболомика анализирует побочные продукты метаболизма (метаболиты), образующиеся микробными сообществами. Предоставляет информацию о метаболической активности микробиома и о том, как она влияет на метаболизм и здоровье человека.
• Полимеразная цепная реакция (ПЦР) используется для амплификации специфических последовательностей ДНК или РНК из микробных образцов. Может использоваться для выявления присутствия специфических микроорганизмов или генов, связанных с определенными условиями.
• FISH (флуоресцентная гибридизация in situ) использует флуоресцентно меченные зонды для обнаружения и визуализации специфических микробных таксонов непосредственно в образцах. Помогает визуализировать и количественно определить специфические микроорганизмы в сложных микробных сообществах, идентифицировать конкретные микробы в смешанных популяциях.

Патологии микробиома кишечника и их лечение

Патологии микробиома кишечника, или нарушение баланса и состава кишечных микроорганизмов, могут привести к ряду проблем со здоровьем.

Дисбактериоз означает дисбаланс в составе микробиоты кишечника, который часто характеризуется уменьшением микробного разнообразия и чрезмерным ростом вредных микроорганизмов. Сопутствующие условия:

• Синдром раздраженного кишечника: дисбактериоз часто связан с СРК, способствуя появлению таких симптомов, как боль в животе, вздутие живота и изменение стула.
• Воспалительные заболевания кишечника: такие заболевания, как болезнь Крона и язвенный колит связаны с дисбактериозом, который может обострить воспаление и симптомы заболевания.
• Метаболический синдром: дисбактериоз может оказывать влияние на обмен веществ и способствовать ожирению, резистентности к инсулину и другим компонентам метаболического синдрома.

Избыточный бактериальный рост тонкой кишки возникает, когда в тонком кишечнике наблюдается чрезмерный рост бактерий, что может нарушить нормальное пищеварение и всасывание. Диагностируется с помощью дыхательных тестов, измеряющих уровень водорода или метана. Лечение обычно включает антибиотики и изменение диеты, чтобы уменьшить рост бактерий.

Инфекция, вызванная чрезмерным ростом бактерии Clostridium difficile (C. difficile) в кишечнике, часто после применения антибиотиков. Диагностируется посредством анализов кала на токсины C. difficile. Лечение включает специфические антибиотики, такие как ванкомицин или фидаксомицин, а в тяжелых случаях можно рассмотреть трансплантацию фекальной микробиоты.

Синдром дырявого кишечника не является общепризнанным медицинским диагнозом, он относится к повышенной проницаемости кишечника, когда его слизистая оболочка становится более проницаемой, что позволяет большим частицам проникать в кровь. Считается, что такие заболевания, как ревматоидный артрит и волчанка связаны с негерметичной кишкой. Лечение часто предполагает изменения диеты (например, исключение глютена и обработанных пищевых продуктов), добавки (например, пробиотики, пребиотики и L-глутамин) и терапию основного воспаления.

Чрезмерный рост дрожжей Candida albicans в кишечнике может нарушить микробиомный баланс. Диагноз ставится на основании симптомов, а иногда и анализов кала. Лечение обычно включает противогрибковые препараты и изменения диеты для уменьшения потребления сахара.

Нарушение нормальной кишечной микробиоты из-за применения антибиотиков может привести к диарее и другим желудочно-кишечным симптомам. Пробиотики и пребиотики могут помочь восстановить нормальную микрофлору кишечника. Избегание лишнего использования антибиотиков и следование указаниям врача может помочь предотвратить это состояние.

Дисбаланс микробиомы может повлиять на ось кишечник-мозг, влияя на настроение, поведение и когнитивные функции. Сопутствующие условия:

• Депрессия: дисбактериоз может способствовать таким расстройствам настроения, как депрессия.
• Тревога: измененная кишечная микробиота может повлиять на реакцию на стресс и уровень тревоги.
• Пробиотики и пребиотики вместе с изменением образа жизни и питания могут поддерживать здоровье кишечника и мозга.

Инфекции, вызванные патогенными микроорганизмами, могут нарушить микробиом кишечника и привести к различным желудочно-кишечным симптомам. Лечение часто включает антибиотики или противовирусные препараты в зависимости от возбудителя.

Автор: Перееденко Татьяна Ивановна — генетик.