Зрозуміти склад та функціональні особливості мікробіому є необхідним компонентом до прогресу в біомедичних науках, оскільки мікробіом присутній у всіх екосистемах людського організму. Мікробіом складається з різних видів мікроорганізмів: бактерій, архей, вірусів, бактеріофагів, грибів, з яких бактерії є найбільш панівними. Ці мікроорганізми можуть спілкуватися між собою, використовуючи автоіндуктори для координації своєї поведінки у процесі, відомому як визначення кворуму (Quorum Sensing).
Дуже детально вивчений мікробіом шлунково-кишкового тракту, який відіграє важливу роль у травленні та абсорбції поживних речовин, переробляючи субстрати, які людський організм не може засвоїти самостійно. Згідно з результатами досліджень, опублікованими у рамках проекту "Мікробіом людини" та бази даних MetaHIT, виявлено, що фекалії людини містять близько 3000 різних видів бактерій, які належать до 11 основних філ. При цьому більшість мікробіому кишечника, понад 90%, складають чотири домінантні філи: протеобактерії, фірмікути, актинобактерії та бактероїди.
Потенціал дослідження мікробіому величезний через його вплив на здоров'я людини, включаючи розвиток імунної системи, запобігання інфекційним захворюванням, а також розробку інноваційних методів діагностики та лікування. Інтегрований підхід до вивчення мікробіому надає можливості для глибшого розуміння взаємодії між мікроорганізмами та їх впливу на фізіологію господаря [1].
За останні два десятиліття спостерігається збільшення наукових досліджень, які аналізують еволюцію мікробіому кишківника у немовлят та його зміни, пов'язані з такими захворюваннями як цукровий діабет, захворювання печінки, рак та нейродегенеративні розлади. Ключові дослідження зосереджені на тому, як такі фактори, як метод народження (чи то кесарів розтин, чи природні пологи), спосіб годування (грудне вигодовування чи штучні суміші), вік немовляти при народженні, перебування в лікарні та використання антибіотиків, впливають на формування мікробіому.
Щодо становлення мікробіому кишечника у новонароджених, спочатку кишківник має стерильний та окиснений стан, що є ідеальним для колонізації такими факультативно-аеробними мікроорганізмами, як Lactobacillus, Prevotella та Sneathia sp., що зустрічаються на ранніх етапах розвитку. З часом, зі зниженням кисневого рівня та змінами в середовищі, до цих мікроорганізмів приєднуються анаероби. Бактерії родів Bacteroides та Bifidobacterium sp. відіграють вирішальну роль у розвитку імунної системи та є важливими для здорового мікробіому кишечника [2]. Зокрема виявлено, що протягом перших п'яти днів після природних пологів мікробіом немовлят в основному складається з кишкових бактерій матері, включно з такими видами, як Escherichia, Bifidobacterium, Enterococcus та Bacteroides, тоді як у дітей, які народжені через кесаревий розтин, переважає мікрофлора шкіри матері [1].
Дослідження з використанням тварин показали, що передача мікробіоти від мишей, хворих на запальні захворювання кишечника (ЗЗК), здоровим особинам спричиняє розвиток запалення в кишківнику. Водночас, миші, що вирощені в стерильних умовах, не показали схильності до розвитку ульцеративного коліту [3]. З іншого боку, результати, отримані з проєкту "Мікробіом людини", надають протирічливу інформацію стосовно ролі мікробіотичних змін у ЗЗК [1].
У рамках одного експерименту протягом року відстежували стан 132 пацієнтів, з яких 27 не мали ЗЗК. Під час дослідження порівнювали метагеноми фекалій, метатранскриптоми, метапротеоми, віроми, метаболоми, екзоми господарів, епігеноми, транскриптоми та серологічні профілі, зібрані за цей період. Завдяки лонгітюдному спостереженню, яке включало періоди як активної фази хвороби, так і ремісії, вдалося виявити, що ніякі метагеномні види не виявили значних відмінностей між групами пацієнтів з ЗЗК та без. Однак аналіз показав, що метаболітний профіль осіб із ЗЗК був менш різноманітний, що корелює з раніше виявленими даними про зниження мікробної різноманітності у таких пацієнтів [4].
Хоча безпосередній зв'язок між змінами мікробіому та розвитком цукрового діабету другого типу (ЦД2) досі залишається недостатньо дослідженим, з'являється все більше наукових праць, що вказують на асоціацію між такими факторами, як ожиріння, запальні процеси та резистентність до інсуліну, і різноманітністю мікробіому кишечника [4,5]. Спостерігається збільшення представників філи Firmicute в порівнянні з Bacteroidetes у людей з ожирінням. Японське дослідження також підтвердило підвищення співвідношення Firmicute до Bacteroidetes у пацієнтів з ожирінням і виявило п'ять видів Firmicute, пов'язаних з цим станом, а також п'ять видів Bacteroidetes, які асоціюються з його відсутністю [1,4,5]. Подібні мікробіомні зміни були виявлені у осіб з ЦД2. Такі зміни можуть призводити до збільшення проникності кишечника, що спричиняє системне запалення, характерне для діабетичної ниркової хвороби та самого діабету, і виявляється за допомогою аналізу рівнів запальних білків у крові. Окремі види мікроорганізмів, наприклад, Faecalibacterium prausnitzii, виявлені у збільшеній кількості в мікробіомі осіб із ЦД2. Водночас, вид A. muciniphila, який може використовувати муцин як основне джерело живильних речовин при калорійному обмеженні, спостерігається на знижених рівнях у мікробіомі осіб з цукровим діабетом другого типу [3-5].
Висновки
1. Розуміння складу та функцій мікробіому є критично важливим для прогресу в біомедичних науках. Мікробіом людини, що включає бактерії, археї, віруси, бактеріофаги та гриби, займає центральне місце у багатьох аспектах здоров'я і хвороби.
2. Існують зростаючі докази того, що мікробіом впливає на різноманітні стани здоров'я, включаючи цукровий діабет типу 2, ожиріння, запальні захворювання кишечника та навіть нейродегенеративні захворювання. Зміни в мікробіомі можуть впливати на метаболічні, імунні та запальні процеси в організмі.
3. Потенціал мікробіому в розробці нових методів діагностики та лікування є величезним. Вивчення мікробіому може допомогти розробити персоналізовані медичні підходи, засновані на унікальному мікробіомі кожної особи.
Незважаючи на значний прогрес, дослідження мікробіому все ще на початковому етапі. Існує потреба в подальших глибоких і систематичних дослідженнях для кращого розуміння складних взаємозв'язків між мікробіомом та здоров'ям людини, а також для розвитку ефективніших стратегій використання цих знань у клінічній практиці.
Література
1. Creasy, H. H., Felix, V., Aluvathingal, J., Crabtree, J., Ifeonu, O., Matsumura, J., McCracken, C., Nickel, L., Orvis, J., Schor, M., Giglio, M., Mahurkar, A., & White, O. (2021). HMPDACC: a Human Microbiome Project Multi-omic data resource. Nucleic acids research, 49(D1), D734–D742. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa996
2. Cani P. D. (2018). Human gut microbiome: hopes, threats and promises. Gut, 67(9), 1716–1725. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-316723
3. Glassner, K. L., Abraham, B. P., & Quigley, E. M. M. (2020). The microbiome and inflammatory bowel disease. The Journal of allergy and clinical immunology, 145(1), 16–27. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2019.11.003
4. Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases. Nature, 569(7758), 655–662. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1237-9
5. Lew, K. N., Starkweather, A., Cong, X., & Judge, M. (2019). A Mechanistic Model of Gut-Brain Axis Perturbation and High-Fat Diet Pathways to Gut Microbiome Homeostatic Disruption, Systemic Inflammation, and Type 2 Diabetes. Biological research for nursing, 21(4), 384–399. https://doi.org/10.1177/1099800419849109
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter