Береги микробиоту смолоду

Нами дирижирует содержимое толстой кишки В Федеральном исследовательском центре питания, биотехнологии и безопасности пищи (ФИЦ питания)  под председательством его научного руководителя академика РАН  Виктора Тутельяна состоялась конференция «Кишечный микробиом: профилактика нарушений и пути коррекции». Микробиом или микробиота – это сообщество микроорганизмов, которые можно обнаружить на всех поверхностях нашего тела (в дыхательных путях, кишечнике, влагалище, на коже и глазах). Оно включает вирусы, археи, дрожжевые и другие грибки, но основную его часть составляют бактерии.  В организме человека обитает 38 триллионов бактерий, которые преимущественно находятся в толстом кишечнике (около двух килограммов биомассы).  Основным резервуаром микробиоты считается аппендикс. Симбиотическая микрофлора играет значительную роль в поддержании здоровья, обеспечивая синтез и метаболизм важных биологических активных веществ и компонентов питания человека. В последние мы наблюдаем значительный рост научных исследований в области изучения микробиома человека, а также в развитии различных заболеваний и роли, а также путей модуляции, состава и функций в целях профилактики инфекционных, аллергических, онкологических и психических заболеваний человека. Как отметил во вступительном слове академик РАН Василий Акимкин, тема конференции остро значима как в научном, так и в практическом отношении.  Сохранение сбалансированного микробиоциноза человека является залогом его здоровья. Здесь большую роль играют пробиотики - живые микроорганизмы, благоприятно влияющие на здоровье человека путем нормализации его кишечной микробиоты. Научная программа открылась докладом завлабораторией биобезопасности и анализа нутримикробиома ФИЦ питания доктора медицинских наук Светланы Шевелёвой об эволюционной взаимосвязи микробиома кишечника и питания. Микробиота участвует во всех процессах метаболизма и иммунитета хозяина, её нарушения  являются самостоятельным звеном в патогенезе любого заболевания. Кишечная микробиота наследуется по материнской линии, и эволюционно обусловленным нутритивным субстратом для её правильного формирования у ребёнка, установления адекватной колонизационной резистентности, программирования сигнальных путей и функций метаболизма во взрослой жизни служит грудное молоко. В нём содержится около 200 олигосахаридов, способствующих становлению биоразнообразия в кишечнике. К сожалению, в РФ до 60% младенцев получают искусственное питание, состав которого, даже с учётом обогащения бифидогенными факторами, не в состоянии повторить уникальный состав и функции материнского молока. При этом у детей формируется микробиота с преобладанием энергосберегающих таксонов, фенотип которой может закрепляться на всю жизнь.

Кишечный микробиом является защитным фактором организма и представляет собой колоссальный «биохимический реактор». В толстой кишке происходит, во-первых, утилизация тех компонентов пищи, которые не всасываются в верхних отделах кишечника. Во-вторых, образуются метаболиты, большая часть которых проникает через воротную вену в кровоток, взаимодействуя с удалёнными от кишечника органами и тканями, в том числе с центральной нервной системой и головным мозгом. Выделено несколько двунаправленных интегративных коммуникационных каналов (осей) таких взаимодействий, например, «Кишечник-мозг», «Кишечник-лёгкие», «Кишечник-печень» и др., что доказывает неотделимость и взаимообусловленность всех процессов жизнедеятельности хозяина от ассоциированной с ним микробиоты. Сегодня микробиоту расценивают, как эндокринный орган, локализованный в кишечнике, действующий наряду с эндокринными органами эукариотического организма. Идеальный микробиом должен взаимодействовать с хозяином по принципу мутуализма, обеспечивать иммунный баланс за счёт правильного формирования мукозального иммунитета, осуществлять метаболические и регуляторные функции без потерь для нутриома. В настоящее время установлено, что диета является основным фактором, который модулирует микробиом толстой кишки. Потребление углеводов – это главный источник энергии у бактерий, и от них зависит метаболизм бактериальной клетки. Тогда как в питании россиян наблюдается дефицит углеводов и преобладание жиров и белка. Тепловая обработка пищи снизила количество патогенов, но рафинирование пищевых продуктов ударило по биоразнообразию. Возросли уровни протеолитов и муциндеградирующих таксонов. 

«Изучение того, как использовать диету для создания здоровой микробиоты, должно быть приоритетом для общества и представляет собой один из ключевых шагов на пути к достижению профилактической и персонализированной медицины», - подчеркнула С. Шевелева. Питание с достаточным количеством фруктов и овощей, обеспечивающих поступление некрахмальных углеводов и пищевых волокон (ПВ), наряду со здоровыми жирами и тенденцией к увеличению количества растительных белков, способствует разнообразию и функциональности кишечной микробиоты. Источником позитивных микробных стимулов являются также кисломолочные продукты. Наличие живой полезной микрофлоры, её ферментов и метаболитов, а также максимальная пригодность для обогащения ПВ, пре- и пробиотиками, резко повышает значимость их регулярного потребления в диетическом питании, в питании пожилых и детей, для профилактики и восстановления нарушений кишечного микробиома и обусловленных ими иммунодефицитов, улучшения метаболического здоровья.

В докладе был сделан акцент на необходимости поддержания высокого разнообразия кишечной флоры путём постоянного включения в рационы адекватного количества ПВ разного происхождения. ПВ - незаменимые компоненты пищи, являющиеся предшественниками ведущих микробных метаболитов – короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК). Включаясь в биологические пути обмена веществ, запасания и расходовании энергии, иммунного реагирования, нейроэндокринных процессов, КЦЖК выполняют функции главных регуляторов метаболизма и иммунитета в организме.

Для обеспечения адекватного профиля синтезируемых микробиотой КЦЖК и профилактики развития ассоциированных с дисбиозами неинфекционных алиментарно-зависимых и метаболических заболеваний, поставлена задача расширения спектра специализированных пищевых продуктов и БАД к пище на основе ПВ и олигосахаридов.

Заместитель директора ЦНИИ эпидемиологии академик РАН Александр Горелов посвятил свое выступление становлению микробиома у детей.   «Береги микробиом смолоду!», - призвал он. Когда был расшифрован геном человека, оказалось, что в нём 90% генов микробов, и только 5-10% -  человеческих генов.  Микробиом насчитывает триллионы микроорганизмов и строго индивидуален.  Он появляется уже во внутриутробном периоде, а окончательно формируемся к двум годам. Если происходит замедление становления микробиоты, то отмечается замедление и нервно-психического развития детей.  Она является   фактором образования адаптивного иммунитета и, подобно дирижеру в оркестре, регулирует деятельность различных органов и систем. Докладчик обратил внимание на опасность приёма антибиотиков, подавляющих микробиом. В животноводстве у нас ежегодно используется 130 тонн антибиотиков. От 7 до 10 процентов продукции разных производителей содержит остаточное количество антибиотиков, которые мы каждодневно потребляем в различных продуктах питания. Антибиотики бесконтрольно назначались во время пандемии COVID-19.  Под их влиянием микрофлора кишечника становится резервуаром антибиотикорезистентных бактерий. Продольное исследование показало, что микробиота детей, получавших антибиотики в первые 3 года жизни, содержала более высокие уровни генов устойчивости к антибиотикам, по сравнению с контролем, с их пиком сразу после лечения антибиотиками и последующим снижением. Таким образом, побочным эффектом лечения антибиотиками является увеличение количества генов устойчивости к антибиотикам и, следовательно, увеличение их потенциала для горизонтального распространения в здоровом сообществе.  По утверждению докладчика, «в настоящий момент единственной соломинкой, которая позволяет позитивно воздействовать на микробиом, являются пробиотики».

Тему продолжил профессор Николай Даниленко (Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН), рассказавший о микробиом-направленных продуктах. Они изучались на грызунах для лечения болезни Паркинсона и депрессии совместно с Институтом мозга. Это, во-первых, пробиотики - живые биотерапевтические препараты на основе лактобактерии, бифидобактерии и пробиотиков следующего поколения (например, Limosilactobacillus fermentum U21 для лечения паркинсонизма). Во-вторых, постбиотики: метаболиты и компоненты пробиотических бактерий с установленной эффективностью, безопасностью и технологической применимостью для промышленного производства (например, постбиотики на основе Levilactobacillus brevis 47f при лучевой терапии).  В-третьих, белки, ферменты и низкомолекулярные метаболиты с установленным механизмом действия (например, белок FN3 Bifidobacterium longum GT15 как регулятор TNFальфа и Il-8 цитокинов). В-четвёртых, кисломолочные и другие продукты питания, включая лечебные и специализированные, созданные на основе вышеперечисленных компонентов.

Природные соединения, получаемые из нормальной микрофлоры организма, называются фармабиотиками. Кишечная микробиота насчитывает до 10¹⁴ бактериальных клеток, представлена более 1000 видами и миллионом штаммов бактерий. Количество генов микробиоты в 100 раз     больше, чем генов в геноме каждого индивидуума (более 2 млн. генов). Сформированы алгоритмы, валидированы биомаркеры и сигнатуры на их основе, характеризующие микробиом в      норме и при патологии. Имеются алгоритмы машинного обучения для анализа микробиом - искусственный интеллект. Создан «Биобанк микробиоты человека» - коллекция биологических образцов коменсальных бактерий, выделенных у здоровых людей. Она насчитывает более 150 образцов фекалий микробиоты кишечника человека, более 200 штаммов 17 видов лактобацилл, более 160 штаммов 20 видов бифидобактерий. В каталоге около 100 бактериальных ферментов, участвующих в метаболизме нейро-, иммуноактивных соединений, в том числе противовоспалительных. Отработана технология применения геномных и омиксных технологий для поиска штаммов с заданными свойствами. Разработана стратегия поиска фармакологически активных ингредиентов в микробиом человека и животных.

Как известно, путь к сердцу лежит через желудок. Директор НМИЦ терапии и профилактической медицины академик РАН Оксана Драпкина рассказала о влиянии кишечной микробиоты на течение и прогноз   неалкогольной жировой болезни печени и сердечно-сосудистых заболеваний. Гемодинамические изменения при сердечной недостаточности вызывают ишемию слизистой кишечника и повышение кишечной проницаемости. Это приводит к изменению состава кишечной микробиоты и ее метаболической активности, повышению концентрации проатерогенных метаболитов, которые активируют моноциты-макрофаги, способствуют высвобождению провоспалительных цитокинов. В результате развивается фиброз миокарда, эндотелиальная дисфункция, и прогрессирует сердечная недостаточность. Формируется порочный круг. Изучение изменений кишечной микробиоты при неалкогольной жировой болезни печени и сердечно-сосудистых заболеваниях позволяет выявить новые мишени для их терапии и профилактики.

Академик РАН Татьяна Припутневич (НМИЦ акушерства, гинекологии и перинатологии им. В.И.Кулакова) рассказала о прогнозировании и профилактике нарушений микробиоты у женщин и новорождённых детей при различных патологических состояниях. Существует несколько подходов к изучению микробиоты: метагеномика, метатранскриптомика, метапротеомика, метаболомика и культуромика. Метод культуромики заключается в создании оптимальных условий для выявления тех микроорганизмов, которые считаются некультивируемым или трудно культивируемыми. Это помогает разрабатывать как питательные среды, так и пробиотические препараты (см. ниже). Например, лаборатория микробиологии Кулаковского центра занимается изучением микробиоты при эндометриозе. Выявлено нарушение баланса кишечной микробиоты увеличением родов Staphylococcus и Streptococcus и уменьшением колонизации симбионтных бактерий порядка Bacteroidales (Bacteroides spp., Parabacteroides spp., Prevotella spp.), а также лактобацилл, бифидобактерий и микроорганизмов рода Weissella. Также изучено влияние кишечной микробиоты на синдром поликистозных печников. Обнаружено повышение титров условно патогенов микроорганизмов на фоне более низких титров представителей нормальной микрофлоры кишечника, что коррелировало с избыточной массой тела и ожирением.

Для акцептирования и адгезии бифидобактерий имеет значение зрелость рецепторного аппарата кишечника – на незрелых энтероцитах они не закрепляются и колонизации не происходит. Кроме того, бифидобактерии создают благоприятный фон для колонизации кишечника другими облигатными анаэробами. Терапия пробиотиками, содержащими бифидобактерии, глубоко недоношенных детей должна продолжаться не менее месяца после рождения. «Знание энтеротипа – это путь к персонализированной медицине, а именно - к пониманию ответа на изменение питания и назначение лекарств», - резюмировала докладчик.

Помимо организма и микробиома есть ещё третий игрок - виром. Вирус может выступать в качестве триггера. Директор НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова член-корр. РАН Оксана Свитич представила доклад группы авторов о взаимодействии микробиома и иммунитета при ротавирусной инфекции. Ротавирус преимущественно поражает зрелые энтероциты в середине и верхней части кишечных ворсинок. Он блокирует выработку интерферонов. Для лечения ротавирусной инфекции применяются пробиотики.

Заведующая кафедрой микробиологии и вирусологии РНИМУ им. Н. И. Пирогова профессор Людмила Кафарская рассказала о микробиоте кишечника как источнике создания пробиотических продуктов нового поколения. Сейчас наблюдается ренессанс классических культуральных методов. Внедрение в практику микробиологических исследований новых методов культивирования и идентификации микроорганизмов позволило решить задачи по поиску и выделению новых штаммов как уже известных микроорганизмов, так и ранее неизученных бактериальных таксонов. Наличие микроорганизмов в чистой культуре позволяет исследовать механизмы взаимного влияния микробиоты и организма человека, и получать новые пробиотические препараты. По количеству обнаруживаемых таксонов культуральный метод приближается к метагеномному. Универсальных сред для культирирования нет. Речь идёт о персонифицированной микробиологии: Каждому микроорганизму, с учётом его метагеномных данных, нужно добавить определенную субстацию в необходимом количестве: кому-то фолиевую кислоту, а кому-то янтарную. Эти исследования важны для создания пробиотиков нового поколения (NGPS). В мире производится более 90 пробиотических продуктов (34 в России). Ожидается, что NGPS преодолевают недостатки существующих пробиотических препаратов и могут сыграть важную роль в профилактике и лечении ряда заболеваний человека. 

На конференции было заслушано 17 докладов. Не имея возможности рассказать обо всех, упомяну выступление кандидата биологических наук       Ольги Авериной (Институт общей генетики имени Н.И.Вавилова РАН), посвященное   разработке психобиотиков – пробиотиков, влияющих на психическое здоровье.  В исследование вошло 36 больных с депрессией (средней и тяжелой формы) и 38 здоровых добровольцев, отобранных в ПКБ №1 им. Н.А. Алексеева ДЗМ.  В кишечной микробиоте больных с депрессией выявлены дисбиотические нарушения в таксономическом составе бактерий на уровне родов и видов. Отобрана метагеномная сигнатура, определяющая состояние кишечного микробиома при депрессии, выявлены биомаркерные гены кишечного метагенома при депрессии, и предложена стратегия восстановления кишечной микробиоты при депрессивных состояниях. На модели мышей с депрессивно-подобным поведением у штаммов Levilactobacillus brevis 47f, Bifidobacterium longum subsp. longum GT15 и Bifidobacterium adolescentis 150 выявлено антидепрессивное действие. Исследуемые штаммы рекомендованы для дальнейшего изучения психобиотических свойств у больных с депрессией.

Конференция завершилась дискуссией о коррекции микробиоты кишечника с помощью пребиотиков, пробиотиков, полифенолов, ферментированных продуктов, а также альтернативных методик ремоделирования микробиоты (фекальной трансплантации и др.).  Обсуждалась длительность приема пробиотиков, их потенциальные эффекты в комплексной терапии депрессии и некоторых видов когнитивных расстройств. Было подчёркнуто, что здоровое разнообразное питание и правильный образ жизни – важнейшие факторы, обеспечивающие здоровье человека, определяющие качество и продолжительность его жизни.

Болеслав Лихтерман, корр. "МГ", Москва.

На снимке: В  зале заседания