Нормализация микрофлоры кишечника: Препараты для восстановления микрофлоры кишечника

Содержание

Микрофлора кишечника: как восстановить баланс?

Важность системы микроорганизмов, населяющих желудочно-кишечный тракт, для здоровья человека сложно переоценить. Однако баланс в количественном и качественном составе микрофлоры является весьма чувствительным и его нарушение чревато развитием дисбактерио­за. Факторов, способствующих этому, довольно много: практически все воспалительные заболевания слизистой оболочки кишечника инфекционной и неинфекционной природы могут вызвать дисбактериоз, состав микрофлоры кишечника может существенно меняться под влиянием новых условий обитания и питания, физических и психических нагрузок. Но особо неблагоприятное воздействие на микрофлору кишечника оказывает длительная и интенсивная антибактериальная терапия. Следует помнить и о возрастном факторе. Давно отмечено, что кишечный дисбактериоз особенно часто возникает в старческом и детском возрастах (Самсыгина Г.А., 2003). Таким образом, в жизни многих из нас так или иначе присутствуют факторы, отрицательно влияющие на состояние микрофлоры кишечника и его здоровье в целом.

Для того чтобы позаботиться о здоровье собственного кишечника и восстановить баланс микрофлоры, актуальным является использование пробиотиков и пребиотиков.

Пробиотики — это живые микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения позитивные эффекты на физиологические, биохимические и иммунные реакции организма человека через стабилизацию и оптимизацию функции его нормальной микрофлоры, в свою очередь, пребиотики — это вещества немикробного происхождения, способные оказывать позитивный эффект на организм через селективную стимуляцию роста или усиление метаболической активности нормальной микрофлоры кишечника.

Одним из наиболее перспективных пребиотических веществ является инулин, который избирательно стимулирует рост бифидо- и лактобактерий, подавляет рост условно-патогенных микроорганизмов, а также способствует нормализации моторной функции кишечника. Его комбинация с пробиотическими культурами является весьма перспективной основой для синбиотических средств (Кривущев Б.И., 2010). Поэтому для нормализации микрофлоры кишечника и его эвакуаторной функции актуальным является включение в рацион питания взрослых и детей в возрасте старше 11 лет диетической добавки ЛЕПИКОЛ, в состав которой входит сразу 3 компонента — клетчатка, пребиотик и пробиотические организмы. В 1 дозе (5 г) ЛЕПИКОЛА содержатся пробиотические организмы

Lactobacillus rhamnosus PXN 54, Bifidobacterium bifidum PXN 23, Lactobacillus acidophilus PXN 35, Lactobacillus plantarum PXN 47, Lactobacillus bulgaricus PXN 39 — суммарно 6,0·108 КУО, а также инулин и шелуха семян подорожника.

Благодаря слабительным свойствам компонентов ЛЕПИКОЛА и способности нормализовать эвакуаторную функцию кишечника, данная диетическая добавка подойдет пациентам с запором или тем, кто нуждается в смягчении каловых масс ввиду заболеваний желудочно-кишечного тракта, например, синдрома раздраженной толстой кишки с преобладанием запора, дивертикулита, геморроя и др. Поскольку не за горами долгожданное лето ЛЕПИКОЛ также будет актуальным для тех, у кого отмечают запоры в путешествиях вследствие изменения рациона питания или непривычной обстановки вокруг.

ЛЕПИКОЛ: позаботьтесь о здоровье кишечника!

Спрашивайте ЛЕПИКОЛ у оптовых поставщиков: «БАДМ», «Вента. ЛТД», «Оптима-Фарм», «Фармпланета», «ФРАМ КО». Производитель: «Probiotics International Limited» (Великобритания). Импортер: «Топ-Маркет», тел.: +38 (044) 458-96-54. Дополнительную информацию о продукте ЛЕПИКОЛ можно найти на сайте: 

www.lepicol.com.uarel="nofollow">rel="nofollow">

Пресс-служба «Еженедельника АПТЕКА»

Цікава інформація для Вас:

Новые аспекты в лечении вагинальных дисбиозов » Медвестник

Кишечная микрофлора состоит из двух взаимосвязанных популяций: полостной и пристеночной (мукозной) микрофлоры.

Основная функция пробиотических препаратов в гинекологии заключается в поддержании базового компонента нормобиоты, а не в колонизации влагалища случайной или транзиторной микрофлорой, приоритетное место продолжают занимать пробиотики на основе живых клеток молочно-кислых бактерий родов Lactobacillus и Bifidobacterium, ключевая роль которых в функциональной активности физиологического биоценоза влагалища и в регуляции его состава убедительно доказана.

В состав ряда пробиотиков входят грамположительные анаэробные бактерии рода Bifidobacterium spp., которые хотя и не являются резидентной флорой во влагалищном биотопе, но высеваются примерно у каждой 10-й здоровой женщины.

Бифидобактерии обладают антагонистической активностью против широкого спектра патогенных и условно-патогенных бактерий, синтезируют витамины группы В (B1, B2 и др.) и витамин К. Бифидобактерии являются одними из основных представителей микрофлоры ЖКТ: совершая в составе пероральных форм пробиотиков пассаж по кишечнику, могут колонизировать влагалище.

Lactobacillus acidophilus, которая встречается в пищеварительном тракте и вагине человека и некоторых других млекопитающих, является одним из видов гомоферментативных бактерий рода Lactobacillus, которые производят только молочную кислоту, в связи с чем и получила свое родовое название от лат. lacto- — «молоко» и bacillus — «палочка» и видовое название от acidum — «кислота» и «philus» — «любить». Эта бактерия выживает в более кислых средах, чем другие виды (pH 4–5 и меньше) и оптимально растет при температурах около 30 градусов Цельсия.

Основу ряда пробиотических препаратов составляют штаммы, полученные в результате промышленного культивирования штаммов лактобацилл, выделенных из урогенитальной зоны здоровых женщин (L.rhamnosus GR-1, L.rhamnosus 35, L.reuteri RC-14).

Штамм L.rhamnosus GR–1 выделен из дистальных отделов уретры, штамм L.reuteri RC–14 – из влагалища здоровых женщин. Оба штамма обладают выраженными адгезивными эффектами в отношении вагинальных эпителиоцитов, продуцируют перекись водорода и бактериоциноподобные вещества как при местном применении, так и при пероральном приеме. Согласно данным доклинических и клинических исследований, способны подавлять размножение и и адгезию условно патогенных и патогенных микроорганизмов урогенитального тракта, как E.coli, Enterococcus faecalis, Klebsiella pneumoniae, Staphilococcus epidermidis, Gardnerella vaginalis, Streptococcus B, Candida albicans, и др. (2).

Оба штамма адгезируют к уроэпителиальным клеткам и ингибируют рост и адгезию уропатогенов, GR-1 устойчив к спермициду ноноксинолу-9, а RC-14 продуцирует перекись водорода. Штамм GR-1 более пригоден для применения при инфекциях влагалища, чем L. rhamnosus GG, так как после инстилляции значительно дольше сохраняется во влагалище и способен его колонизировать.

В состав лекарственного препарата эти штаммы входят в равной пропорции. Доказано, что оба штамма обладают высокими адгезивными свойствами, то есть они способны к активной фиксации на клетках вагинального эпителия и успешному размножению.

Так как штаммы L.rhamnosus GR–1 и L.reuteri RC–14 сохраняют жизнеспособность после прохождения через ЖКТ, они обладают высокой колонизационной способностью как в ЖКТ, так и во влагалище, являются представителями нормофлоры влагалища. Препараты, содержащие данные штаммы, являются препаратами выбора для нормализации вагинальной микрофлоры среди пробиотиков для перорального приема.

В настоящее время результаты исследований ученых позволяют рассматривать бактериальную транслокацию из желудочно-кишечного тракта в качестве естественного защитного механизма: микроорганизмы, вегетирующие только в толстой кишке, при определенных ситуациях могут появиться в тонком кишечнике, что приводит к развитию физиологического дисбиоза с последующим проникновением микроорганизмов в кровь через участки физиологической десквамации и межклеточные щели слизистой оболочки желудка и верхних отделов тонкого кишечника.(3,4)

В физиологических условиях бактериальная транслокация включает в себя Sampling (активный захват микроорганизмов) с участием фагоцитирующих клеток и опсонических гуморальных факторов (комплемент, антитела и др.). Взаимодействие микробиоты с лимфоидной тканью, в том числе с Пейеровыми фолликулами, во многом зависит от способности М-клеток к фагоцитозу (1,2).

Для преодоления кишечного барьера и активизации механизма транслокации титр колонизационного пула микроорганизмов должен достигать 109 КОЕ (1,2).

Бактериальная транслокация на сегодняшний день представляет собой важный фактор связи между кишечником матери, молочными железами, грудным вскармливанием и осуществлением передачи комменсальных кишечных микроорганизмов новорожденному.

Большинство бифидобактерий, колонизирующих кишечник новорожденных, представлены материнскими штаммами бифидобактерий, присутствующих в грудном молоке. Преобладающими видами бифидобактерий являются B. longum (77% случаев), B. bifidum (26%), B. catenulatum (15%) и B. breve.

В исследовании Cianci A. с соавт. (9) проведено изучение эффективности применения L. rhamnosus/reuteri, вводимых перорально по 2 таблетки в сутки в течение 15 дней в лечении и профилактике бактериального вагиноза, профилактике рецидивов. Согласно полученным результатам, 92% пациенток имели полную реколонизацию лактобактерий, что, по мнению авторов, имеет значение в профилактике рецидивов, поскольку происходит восстановление вагинальной экосистемы.

Результаты исследования подтверждают, что пробиотические штаммы L. rhamnosus GR-1 и L. reuteri RC-14 способны подавлять рост C. albicans и в ряде случаев оказывать фунгицидное действие на грибок (18).

Несмотря на то что наиболее распространенным возбудителем кандидоза остается C.albicans, за последние 15–20 лет отмечено значительное увеличение числа инфекций, вызываемых C.tropicalis, C.parapsilosis, C.glabrata и C.krusei. В исследовании Chew S.Y. с соавт. (19) обнаружена выраженная антагонистическая активность пробиотических штаммов L. rhamnosus GR-1 и L. reuteri RC-14 в отношении всех протестированных штаммов C. glabrata. Лактобациллы проявляли противогрибковые эффекты, в т.ч. связанные с их способностью к агрегации. В присутствии штаммов L. rhamnosus GR-1 и L. reuteri RC-14 зафиксировано прекращение роста и гибель клеток C. glabrata.

Эффективность данной комбинации в восстановлении вагинального биоценоза при пероральном применении изучена в многоцентровом двойном слепом рандомизируемом плацебо-контролируемом исследовании, в которое были включены женщины с лабораторно подтвержденным вагинальным дисбиозом (бактериальный вагиноз, кандидозный вульвовагинит, микст-инфекция) или трихомонадным вагинитом. Пациентки основной группы перорально принимали капсулы с

L. rhamnosus GR-1 и L. reuteri RC-14, пациентки контрольной группы получали плацебо. Длительность приема препарата/плацебо 6 нед. При трихомонадном вагините назначили метронидазол в дозе 2 г per os однократно. Контрольное обследование (окраска вагинальных мазков по Граму) проводили через 6 и 12 нед. Восстановление вагинальной микробиоты через 6 недель подтвердилось у 40 пациенток исследования (26,9%) в группе плацебо и у 243 (61,5%) – в группе с пробиотиками (p

Многоцентровое рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование проведено для определения возможности применения перорального пробиотического препарата, содержащего три штамма лактобацилл, вместе со стандартным лечением метронидазолом, а также антибиотиками (при неэффективности метронидазола) для снижения частоты рецидивов бактериального вагиноза (БВ) и аэробного вагинита (АВ). Пациенты частных гинекологических клиник Польши с рецидивирующими БВ/АВ и наличием симптомов были рандомизированы в 2 группы : 1-я группа –назначение метронидазола 500 мг 2 р/д 7 дней (клиндамицина) и перорального пробиотика (10 дней prOVag) ; 2-я группа – назначение метронидазола (клиндамицина) и плацебо. Лечение поводилось в перименструальный период с 18–22 дня менструального цикла.

Первичные точки эффективности – клинические или микробиологические рецидивы БВ/АВ и безопасность пробиотиков. Вторичные точки эффективности – вагинальный рН, оценка критерия Ньюджента и количество лактобацилл в вагинальной микробиоте. Исследование показало, что применение перорального пробиотического препарата приводит к повышению количества лактобацилл во влагалище, что ассоциировалось у пациенток со снижением рН влагалищной среды, поддержанием критерия Ньюджента и подавлянием роста патогенов. Данное исследование продемонстрировало, что пероральные пробиотики удлиняют ремиссию у пациентов с рецидивирующим БВ/АВ, а также улучшают клинические и микробиологические показатели.

У пациенток, резистентных к метронидазолу, на фоне применения клиндамицина (перорально и местно) в комбинации с пероральным пробиотиком отмечено также нарастание колонизации влагалища лактобациллами, несмотря на то, что штаммы лактобацилл, используемые в prOVag, чувствительны к клиндамицину in vitro.

Заключение

В настоящее время результаты исследований ученых позволяют рассматривать бактериальную транслокацию из желудочно-кишечного тракта в качестве естественного защитного механизма. Экспериментальное подтверждение этого процесса получено с применением гнотобиологических моделей взаимодействия макроорганизма хозяина с микробиотой, которые продемонстрировали проникновение микроорганизмов через кишечный барьер, что сопровождалось транзиторной бактериемией.

Вагинальные дисбиозы достаточно часто сочетаются с дисбиозом пищеварительного тракта. В данной ситуации пероральный прием пробиотиков при влагалищном дисбиозе имеет свои плюсы за счет параллельной коррекции состава кишечного биоценоза (10, 11, 12). Желудочно-кишечный тракт представляет собой важнейший элемент иммунной системы, дисбаланс в котором создает условия для развития иммунодефицитных состояний, являющихся фоном для развития хронических воспалительных заболеваний половых органов и их рецидивов. Анатомическая близость двух биотопов способствует проникновению микроорганизмов из кишечника во влагалище. Как правило, у 6 из 10 женщин, имеющих нарушение вагинальной микробиоты, обнаруживается также дисбиоз кишечника, а у 71 % женщин, страдающих бактериальным вагинозом, выявляется дисбиоз желудочно-кишечного тракта, т.е. эти два биотопа взаимосвязаны, и следует предположить единый дисбиотический процесс в организме с доминирующим проявлением в том или ином биотопе. Целесообразной является реализация концепции комплексного подхода, сочетающего своевременную коррекцию микроэкологических нарушений одновременно в двух биотопах, профилактику дисбиозов кишечника и влагалища.

Так как штаммы L.rhamnosus GR–1 и L.reuteri RC–14 сохраняют жизнеспособность после прохождения через ЖКТ, они обладают высокой колонизационной способностью как в ЖКТ, так и во влагалище, являются представителями нормофлоры влагалища. Препараты, содержащие данные штаммы, являются препаратами выбора для нормализации вагинальной микрофлоры среди пробиотиков для перорального приема. Примером такого продукта являются капсулы Вагилак, которые имеют удобную пероральную форму приема и могут применяться у женщин и девочек с 10 лет.

VGC-17.07.2020

Список литературы:

1. Г.И. Подопригора1, 2, Л.И. Кафарская1, Н.А. Байнов1, А.Н. Шкопоров1Бактериальная транслокация из кишечника: микробиологические, иммунологические и патофизиологические аспекты. Вестник РАМН, 2015, 70(6) 

2. Назаренко Л.Г., Соловьева Н.П. Применение орального пробиотика как альтернативная клиническая стратегия профилактики акушерских и перинатальных инфекций //Здоровье женщины. – 2013 - № 6 (82). – С.91-96 

3. Owens W.E., Berg R.D. Bacterial translocation from gastrointestinal tracts thymectomized micе.—Current Microbiology, 1982; 7(iss.3): 169-134.

4. И.Ю. Чичерин, И.П. Погорельский, И.А. Лундовских, И.В. Дармов, К.Е. Гаврилов, А.С. Горшков, А.И. Маньшин. Транслокация кишечной микробиоты. Журнал Международной медицины Оториноларингология / Аллергология / Иммунология / Инфекционные заболевания / 2016 / № 2(19), стр 87-99

5. Г.И. Подопригора1, 2, Л.И. Кафарская1, Н.А. Байнов1, А.Н. Шкопоров1Бактериальная транслокация из кишечника: микробиологические, иммунологические и патофизиологические аспекты. Вестник РАМН, 2015, 70(6) 

6. Hase K, Kawano K, Nochi T, Pontes GS, Fukuda S, Ebisawa M, et al. Uptake through glycoprotein 2 of FimH(+) bacteria by M cells initiates mucosal immune response. Nature. 2009;462(7270):226–230 doi: 10.1038/nature08529.

7. Ohno H, Hase K. Glycoprotein 2 (GP2): grabbing the FimH bacteria into M cells for mucosal immunity. Gut Microbes. 2010;1(6):407-410 doi: 10.4161/gmic.1.6.14078.

8. Gronlund MM, Gueimonde M, Laitinen K, Kociubinski G, Gronroos T, Salminen S, et al. Maternal breast-milk and intestinal bifidobacteria guide the compositional development of thе Bifidobacterium microbiota in infants at risk of allergic disease. Clin Exp Allergy. 2007;37(12):1764–1772. doi: 10.1111/j.1365-2222.2007.02849.x.

9. Cianci A., Giordano R., Delia A., et al. Efficacy of Lactobacillus Rhamnosus GR-1 and of Lactobacillus Reuteri RC-14 in the treatment and prevention of vaginoses and bacterial vaginitis relapses. Minerva Ginecol. 2008;60(5):369–76.]

10. Köhler G.A., Assefa S., Reid G. Probiotic interference of Lactobacillus rhamnosus GR-1 and Lactobacillus reuteri RC-14 with the opportunistic fungal pathogen Candida albicans. Infect Dis Obstet Gynecol. 2012:636474. Doi: 10.1155/2012/63647(46)4 

11. Тихомиров А.Л., Сарсания С.И. Комплаентность при терапии влагалищных дисбиозов. Медицинский совет. 2019;12:146-152. DOI: https://doi.org/10.21518/2079-701X-2019-12-146-152.

12. Кира Е.Ф. Бактериальный вагиноз. - М.:ООО «Медицинское информационное агенство», 2012 -472 с

13. Biagi E., Candela M., Fairwether–Taight S., Franceschi C., Brigidi P. Ageing of human metaorganism: the microbial counterpart //Age. - 2012 - Vol. 34 - P.247–267.

14. Потапов В.А. Пробиотики в гинекологии. Очередная мода или осознанная необходимость (аналитический обзор / В. Потапов // З турботою про жінку. - 2015. - N 1. - С. 10-15

15. Попкова С.М. и др. Микроэкологические сочетания вагинального и кишечного биотопов у женщин с воспалительными заболеваниями нижнего этажа полового тракта и девочек-подростков с дисфункцией яичников БЮЛЛЕТЕНЬ СО РАМН, ТОМ 33, № 4, 2013 стр.77-84

16. Irkitova A.N., Kagan Ya.R., Sergeeva I.Ya. Svoystva, ekologicheskie aspekty i prakticheskoe znachenie atsidofil'noy palochki. 1.Opisanie i mestoobitanie // Aktual'nye problemy tekhniki i tekhnologii pererabotki moloka. – Sib. NII syrodeliya. – Vyp.8. – 2011.– S. 207–212. (in Russian)

17. Mezzasalma V., Manfrini E., Ferri E., Boccarusso M., Di Gennaro P., Schiano I., Michelotti A., Labra M. Orally administered multispecies probiotic formulations to prevent uro-genital infections: a randomized placebo-controlled pilot study. Arch Gynecol Obstet. 2017;295(1):163-172.

18. Cianci A., Giordano R., Delia A., et al. Efficacy of Lactobacillus Rhamnosus GR-1 and of Lactobacillus Reuteri RC-14 in the treatment and prevention of vaginoses and bacterial vaginitis relapses. Minerva Ginecol. 2008;60(5):369–76.]

19. Chew S.Y., Cheah Y.K., Seow H.F., et al. Probiotic Lactobacillus rhamnosus GR-1 and Lactobacillus reuteri RC-14 exhibit strong antifungal effects against vulvovaginal candidiasis-causing Candida glabrata isolates. J Appl Microbiol. 2015;118(5):1180–90. Doi: 10.1111/ jam.12772. 

Как нормализовать микрофлору кишечника во время диеты - Красота и здоровье

Само слово «похудение» у многих из нас способно вызвать стресс, поскольку ассоциируется с дискомфортом, строгими ограничениями, изнурительными тренировками и соблюдением строгого режима питания. Можно ли добиться желаемых форм без лишних жертв и усилий? Оказывается, это вполне реально, достаточно наладить правильную работу кишечника.

Что такое пре- и пробиотики

В кишечнике происходит не только переваривание пищи, усвоение питательных веществ и выведение шлаков и токсинов. Помимо этого он отвечает за бодрое самочувствие, сильный иммунитет, хороший внешний вид и стройную фигуру. Насколько успешно кишечник справляется со своими задачами, в первую очередь, зависит от состояние его микрофлоры – а если говорить точнее, баланса пре- и пробиотиков.

Поскольку эти понятия часто путают, внесем немного ясности. Пребиотики – это неусваиваемые пищевые волокна, которые правильным образом стимулируют кишечную микрофлору и обеспечивают питание для полезных микроорганизмов. Источниками пребиотиков являются термически необработанные овощи и фрукты, а также некоторые виды злаковых культур. Недаром диетологи рекомендуют делать акцент в своем рационе на таких продуктах.

Однако многие люди на диете сталкиваются с тем, что увеличение потребления пищевых волокон приводит к результату, далекому от желаемого. Вместо потери килограммов многие жалуются на начавшиеся проблемы с пищеварением – вздутие, тяжесть в животе, запоры. Все дело в том, что в слаженной работе, помимо пребиотиков, важную роль играет другая группа «обитателей» кишечника – пробиотики. Они усваивают пребиотики и помогают нашему организму извлечь из них максимальную пользу.

Зачем принимать пре- и пробиотики

Ввиду важности для здоровья кишечника этих полезных бактерий, специалисты по питанию рекомендуют уделять особое внимание пробиотикам и включать их в свой рацион.

Пробиотики регулируют скорость и качество обмена веществ, именно поэтому их дефицит, иначе называемый дисбактериозом, приводит к целому комплексу неприятностей не только со здоровьем, но и с внешним видом. Лишний вес и неудовлетворительное состояния кожи (акне) – самые частые «спутники» кишечного дисбаланса.

Широко разрекламированные кисломолочные продукты с «живыми» культурами зачастую не являются решением проблемы, ведь для восстановления микрофлоры нужны пробиотики с содержанием полезных микроорганизмов в количестве не менее одного миллиарда на один прием. Количество бактерий в большинстве кисломолочных продуктов по сравнению с рекомендуемой дозировкой слишком незначительно.

Кишечник – это целая система, отдельные элементы которой успешно функционируют, только находясь в балансе. Правильное сочетание пре- и пробиотиков улучшает липидный обмен, тем самым способствуя похудению, и помогает поддерживать высокий уровень метаболизма. Именно хороший обмен веществ позволяет сохранять результат диеты на долгое время. Слаженная работа пре- и пробиотиков обеспечивает правильную перистальтику кишечника – благодаря чему происходит своевременное выведение всего того, что нашему организму не нужно. Таким образом, здоровая микрофлора кишечника обеспечивает оптимальную физическую форму и позволяет чувствовать себя полным сил и энергии.

Сбалансированная комбинация лакто- и бифидобактерий в мультипробиотике ЛАКТОБАЛАНС® содержит 3 миллиарда пробиотических микроорганизмов, которые способствуют восстановлению собственной микрофлоры кишечника. В его состав входит особая группа лактобактерий L. Gasseri, благотворно влияющих на обмен липидов и снижение массы тела, что было доказано в ходе исследований японских ученых1. В качестве источника пробиотиков ЛАКТОБАЛАНС® рекомендуют во время и после диеты, а также после приема медикаментов, нарушающих естественную микрофлору кишечника, в том числе, во время и после приема антибиотиков. Пробиотический комплекс восстанавливает баланс микрофлоры кишечника и нормализует его работу.

В отличие от многих других пробиотиков и кисломолочных продуктов ЛАКТОБАЛАНС® не требует хранения в холодильнике, его удобно брать с собой.

Пусть бурлит жизнь, а не живот!

Более подробно ознакомиться с информацией о ЛАКТОБАЛАНС® можно на официальном сайте lactobalance.ru


[1] Kadooka Y. Lactobacillus gasseri SBT2055 in fermented milk on abdominal adiposity in adults in a randomised controlled trial. British Journal of Nutrition (2013), 110, 1696-1703.

БАД. НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ЛЕКАРСТВОМ

На правах рекламы. Специально для Calorizator.ru
Копирование данной статьи целиком или частично запрещено.



Пробиотиков: роль в лечении кишечных инфекций и воспалений?

Воспаление и инфекция часто сопровождаются дисбалансом микрофлоры кишечника. Затем может возникнуть сильная воспалительная реакция микрофлоры, приводящая к сохранению воспаления и дисфункции кишечного барьера. Пробиотические бактерии могут противодействовать воспалительному процессу, стабилизируя микробную среду кишечника и барьер проницаемости кишечника, а также усиливая деградацию энтеральных антигенов и изменяя их иммуногенность.Другим объяснением стабилизирующего действия кишечника может быть улучшение иммунологического барьера кишечника, в частности, кишечных IgA-ответов. Эффекты пробиотиков также могут быть опосредованы контролем баланса между про- и противовоспалительными цитокинами. Таким образом, изменение кишечной флоры для увеличения преобладания специфических непатогенных бактерий и, таким образом, для изменения кишечной среды можно рассматривать как альтернативу для достижения профилактических или терапевтических эффектов при кишечных инфекционных и воспалительных состояниях.

ПРОБИОТИКА

Пробиотики - это живые микробные пищевые добавки или компоненты бактерий, которые, как было доказано, оказывают благотворное влияние на здоровье человека. 1 Раньше пробиотики отбирались в основном для того, чтобы обеспечить штаммам хорошие условия для обработки пищевых продуктов. Этот отбор был пересмотрен, чтобы включить здоровую микрофлору кишечника или слизистых оболочек человека в качестве основного источника новых штаммов, с дополнительным акцентом на выживаемость в кишечнике, стабильность кислоты и желчи и временную колонизацию поверхностей слизистой оболочки в кишечном тракте.Наиболее часто используемые роды, отвечающие этим критериям, - это лактобациллы и бифидобактерии.

Применение пробиотиков было дополнено концепцией пребиотиков (таблица 1). Наиболее часто используемые пребиотики - это углеводные субстраты, способные стимулировать компоненты нормальной микрофлоры кишечника, что может принести пользу здоровью хозяина. Однако пребиотики также могут быть неабсорбируемыми субстратами, которые стимулируют рост пробиотиков. Когда они применяются вместе, понятие определяется как синбиотик (таблица 1).

НОРМАЛЬНАЯ МИКРОФЛОРА ЖИВОТНОГО ЧЕЛОВЕКА - ИСТОЧНИК ПРОБИОТИКОВ

Нормальная микрофлора кишечника 2 - метаболически активный, но еще не изученный орган защиты хозяина. Установление нормальной флоры обеспечивает хозяину наиболее серьезную проблему антигена с сильным стимулирующим эффектом для созревания лимфоидной ткани, связанной с кишечником. 3– 6 Хотя бактерии распространены по всему кишечнику, основная концентрация микробов и метаболическая активность обнаруживаются в толстом кишечнике. 1, 3 На основе данных культур было показано, что во рту обитает сложная микрофлора, состоящая из факультативных и строгих анаэробов, включая стрептококки, бактероиды, лактобациллы и дрожжи. Верхний отдел кишечника (желудок, двенадцатиперстная кишка, тощая кишка) имеет разреженную микрофлору с содержанием до 10 5 колониеобразующих единиц / мл. Начиная с подвздошной кишки, концентрация бактерий постепенно увеличивается, достигая 10 11 до 10 12 колониеобразующих единиц / г в толстой кишке.Было подсчитано, что существует не менее 500 различных видов микробов, хотя на количественной основе в нормальной микрофлоре человека, вероятно, преобладают 10-20 родов, например, Bacteroides , Lactobacillus , Clostridium , Fusobacterium , Bifidobacterium , Eubacterium , Peptococcus , Peptostreptococcus , Escherichia и Veillonella .

Микробная колонизация начинается сразу после рождения. 3 Материнская микрофлора влагалища и кишечника является источником бактерий, колонизирующих кишечник новорожденного. Колонизация также определяется контактом с окружающей средой. На этом этапе преобладающими штаммами являются факультативные анаэробы, такие как энтеробактерии, колиформные бактерии и лактобациллы.

Диета может оказывать большое влияние на состав и активность микрофлоры кишечника. Считается, что у младенцев естественное преобладание бифидобактерий наблюдается у тех, кто находится на грудном вскармливании, тогда как у младенцев, вскармливаемых смесью, профиль более сложный и похожий на микрофлору взрослых, с энтеробактериями, лактобактериями, бактероидами, клостридиями, бифидобактериями и стрептококками. 7 После отъема состав микрофлоры постепенно изменяется, напоминая состав взрослой особи.

Местные бактерии иногда классифицируются как потенциально вредные или полезные для здоровья; большинство из них, однако, являются частью комменсальной флоры. Штаммы с полезными свойствами включают, в основном, бифидобактерии и лактобациллы. Наиболее распространенными пробиотиками (таблица 1) являются бифидобактерии и лактобациллы, и некоторые из них обладают мощными противовоспалительными свойствами. 8 Более того, этим же родам приписываются другие полезные аспекты, такие как стимуляция иммунного ответа и конкурентное исключение патогенов, посредством чего стимулируется неспецифическая устойчивость хозяина к микробным патогенам.

ОБОСНОВАНИЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЙ МОДУЛЯЦИИ МИКРОЭКОЛОГИИ КИШЕЧНИКА ПРИ ВОСПАЛЕНИИ И ИНФЕКЦИИ КИШЕЧНИКА

Желудочно-кишечный барьер контролирует транспорт антигена в кишечнике. Целостность защиты слизистой оболочки кишечника зависит от ряда факторов как в просвете кишечника, так и в слизистой оболочке.Обычно эти факторы ограничивают колонизацию патогенами, устраняют чужеродные антигены, проникшие через слизистую оболочку, и регулируют антигенспецифические иммунные ответы. 9 Чтобы установить инфекцию или воспаление, антиген должен обойти этот впечатляющий набор защит кишечника.

Большинство встречающихся антигенов уже обработаны, когда они контактируют с поверхностью слизистой оболочки. Протеазы кишечных бактерий разрушают антигенную структуру, что является важным шагом на пути к невосприимчивости к диетическим антигенам.Регуляторные процессы кишечного иммунного ответа происходят в различных лимфоидных компартментах кишечника: брыжеечных лимфатических узлах, пейеровских бляшках, изолированных лимфатических фолликулах и изолированных Т-лимфоцитах в эпителии и собственной пластинке, а также в секреторных участках. Секреторные антитела IgA в кишечнике являются частью общей иммунной системы слизистых оболочек, которая включает дыхательные пути, слезные, слюнные и молочные железы. Следовательно, иммунный ответ, инициированный в лимфоидной ткани, связанной с кишечником, может влиять на иммунные ответы на других поверхностях слизистой оболочки.

Пероральная толерантность состоит из иммунологической гипореактивности к антигенам, встречающимся при кишечном пути, что является признаком регуляции иммунной системы кишечника. 10 Считается, что механизмы пероральной толерантности относятся не только к диетическим антигенам, но и к резидентной микрофлоре. 11 Толерантность опосредуется подавлением ответа лимфоцитов и клональной делецией и / или анергией на периферии. Были идентифицированы две специфические популяции регуляторных лимфоцитов: регуляторные Т-лимфоциты и Т-хелперные клетки 3.Они функционируют за счет продукции подавляющих цитокинов, включая интерлейкин 10 и трансформирующий фактор роста β соответственно. Было высказано предположение, что одним из основных механизмов, с помощью которого ассоциированная с кишечником лимфоидная ткань поддерживает гомеостаз, является регулирование местных цитокинов. Этот гомеостаз позволяет поддерживать толерантность к массивному воздействию антигенов, встречающемуся при кишечном пути: пероральная толерантность к диетическим антигенам и здоровые взаимодействия между резидентной микрофлорой кишечника и эпителием.Гомеостаз требует эффективных барьерных функций кишечника и целостности эпителия.

Демонстрация того, что в отсутствие кишечной микрофлоры транспорт антигена увеличивается, указывает на то, что кишечная микрофлора является важным компонентом защитного барьера кишечника. 8 Начальное развитие состава кишечной микрофлоры считается ключевым фактором в развитии нормальных барьерных функций кишечника. 12 Воздействуя на развитие лимфоидной ткани кишечника в раннем возрасте, микрофлора кишечника управляет регуляцией системного и местного иммунного ответа, включая гипореактивность к антигенам, полученным из микроорганизмов и пищи.Экспериментальные животные, лишенные интерлейкина 10 или трансформирующего фактора роста β, вызывают воспалительную реакцию слизистой оболочки на резидентную микрофлору кишечника. 13 Эти наблюдения отражают сложные взаимодействия между микрофлорой и слизистой оболочкой кишечника.

Роль кишечной микрофлоры в индукции оральной толерантности была исследована на стерильных мышах. 5 Было замечено, что в отличие от контрольных мышей, стерильные животные сохраняли свою тенденцию к системному иммунному ответу, например выработке антител IgE, при пероральном введении антигена.Отмена оральной толерантности была результатом отсутствия кишечной флоры. Аберрантный ответ IgE можно исправить путем восстановления микрофлоры на неонатальной стадии, но не в более позднем возрасте. Недавние исследования развития микрофлоры у младенцев, рожденных естественным путем, и у младенцев, рожденных путем кесарева сечения, показали значительные различия в культивируемой микрофлоре. 14 Колонизация была связана с созреванием гуморальных иммунных механизмов, особенно циркулирующих клеток, секретирующих IgA и IgM, 6 , что отражает зависимость регуляции иммунного ответа слизистой оболочки от нормальной микрофлоры кишечника.

При некоторых воспалительных состояниях кишечника нарушается взаимодействие здорового хозяина и микроба, и воспаление сопровождается дисбалансом микрофлоры кишечника, поэтому иммунный ответ может быть вызван резидентными бактериями. Ротавирусная диарея связана с повышенной концентрацией фекальной уреазы, медиатора воспаления, который предрасполагает слизистую оболочку кишечника к пагубным воздействиям, вызванным аммиаком, и к чрезмерному росту бактерий, продуцирующих уреазу. 15 Duchmann и соавторы 11 показали, что здоровые люди толерантны к своей собственной микрофлоре и что такая толерантность отменяется у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника.Об изменении микрофлоры кишечника сообщается у пациентов с ревматоидным артритом 16 и аллергическим заболеванием, 17, 18 , что подразумевает, что нормальная микрофлора кишечника представляет собой экосистему, отвечающую на воспаление в кишечнике и других частях человеческого тела.

Предварительные данные исследований на людях указывают на зависимость от микрофлоры кишечника и нерегулируемого иммунного ответа на их антигенные структуры для развития воспалительных состояний кишечника, от аллергии до аутоиммунных и воспалительных заболеваний. 19 Нормализация свойств несбалансированной местной микрофлоры специфическими штаммами здоровой микрофлоры кишечника составляет основу пробиотической терапии (рис. 1). Пероральное введение пробиотиков может остановить порочный круг воспаления (рис. 2). Эффективность пробиотиков проявляется в нормализации повышенной кишечной проницаемости и изменения микроэкологии кишечника, улучшении функций иммунологического барьера кишечника и облегчении воспалительной реакции кишечника.Целями пробиотической терапии являются клинические состояния, сопровождающиеся нарушением барьерной функции слизистой оболочки, особенно инфекционные и воспалительные заболевания.

Рисунок 1

Эволюция микрофлоры кишечника и обоснование пробиотической терапии. Различные внутренние и внешние проблемы нарушают нормальный баланс здоровой микрофлоры кишечника. Их действие можно обратить вспять с помощью определенных штаммов здоровой микрофлоры кишечника.Нормализация свойств несбалансированной аборигенной микрофлоры специфическими штаммами здоровой микрофлоры кишечника составляет основу пробиотической терапии.

Рисунок 2

Воспаление кишечной микрофлоры. Воспаление может привести к тому, что состав и функция сбалансированной нормальной микрофлоры станут аберрантными и иммуногенными, что приведет к сохранению воспаления и дисфункции кишечного барьера. Пробиотические бактерии могут противодействовать воспалительному процессу, усиливая деградацию энтеральных антигенов, уменьшая секрецию медиаторов воспаления и способствуя нормализации местной флоры и исключению патогенов.

КЛИНИЧЕСКИЕ ДЕМОНСТРАЦИИ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО И ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПРОБИОТИКОВ

Потенциальные последствия нормальной микрофлоры кишечника для здоровья должны быть продемонстрированы хорошо контролируемыми клиническими исследованиями и исследованиями питания на людях. К настоящему времени в нескольких клинических исследованиях изучалось использование пробиотиков, в основном лактобацилл и бифидобактерий, в качестве пищевых добавок для профилактики и лечения различных инфекционных и воспалительных состояний желудочно-кишечного тракта.

Острый гастроэнтерит

Наиболее изученным заболеванием желудочно-кишечного тракта, которое лечат пробиотиками, является острая детская диарея. У пациентов, госпитализированных с острой ротавирусной диареей, штамм Lactobacillus GG (ATCC 53103) в виде ферментированного молока или лиофилизированного порошка значительно сократил продолжительность диареи по сравнению с группой плацебо, получавшей пастеризованный йогурт. 20 С тех пор результат был подтвержден в исследованиях, проведенных в аналогичной популяции 21 , а также в различных популяциях. 22 Эффект объясняется стабилизацией местной микрофлоры, 15 сокращением продолжительности выделения ротавируса, 23 и снижением повышенной проницаемости кишечника, вызванной ротавирусной инфекцией, 24 вместе со значительным увеличением IgA секретирующие клетки на ротавирус. 21, 25

В многоцентровом исследовании, проведенном рабочей группой Европейского общества детской гастроэнтерологии, гепатологии и питания, была проверена клиническая эффективность пробиотиков в случаях острой диареи, вызванной ротавирусом или другими патогенами. 26 При ротавирусной диарее наблюдалось значительное сокращение продолжительности диареи, в то время как при неспецифической или бактериальной диарее явного эффекта не обнаружено. Исследование показало безопасность введения пробиотика в растворе для пероральной регидратации и предотвращение развития ротавирусной диареи в сторону затяжного течения.

Пробиотики также доказали свою эффективность в профилактике острой детской диареи. Сааведра и его коллеги 27 провели двойное слепое плацебо-контролируемое исследование госпитализированных младенцев, которые были рандомизированы для получения стандартной детской смеси или той же смеси с добавлением Bifidobacterium bifidum (позже переименованного в Bifidobacterium lactis ) и Streptococcus thermophilus .В течение 17 месяцев наблюдения у 31% пациентов, получавших стандартную детскую смесь, но только у 7% пациентов, получавших смесь с пробиотиками, развился понос; Распространенность выделения ротавируса была значительно ниже у тех, кто получал смесь с пробиотиками. Добавление пробиотиков привело к значительному снижению заболеваемости диареей у недоедающих перуанских детей, находящихся под наблюдением в течение 15 месяцев. 28 Эффект был, однако, ограничен детьми, не находящимися на грудном вскармливании.Совсем недавно группа под руководством Шаевской оценила эффективность перорального введения Lactobacillus GG в профилактике нозокомиальной диареи у маленьких детей. 29 Восемьдесят один ребенок в возрасте от 1 до 36 месяцев, который был госпитализирован по причинам, не связанным с диареей, был включен в рандомизированное двойное слепое исследование для получения пробиотиков или плацебо на время их пребывания в больнице. Lactobacillus GG снижает частоту внутрибольничной диареи по сравнению с плацебо (6.7% против 33,3%; относительный риск 0,2, 95% доверительный интервал от 0,06 до 0,6). Распространенность ротавирусной инфекции была одинаковой в группах пробиотиков и плацебо. Однако использование пробиотиков по сравнению с плацебо значительно снижает риск ротавирусного гастроэнтерита, что позволяет предположить, что пробиотики снижают риск внутрибольничной диареи у младенцев.

Воспалительное заболевание кишечника

Попадание в организм пробиотических бактерий может стабилизировать иммунологический барьер слизистой оболочки кишечника за счет снижения выработки местных провоспалительных цитокинов (рис. 2).Предварительные отчеты показали клиническую пользу в обращении вспять некоторых иммунологических нарушений, характерных для болезни Крона. 30 Однако большинство доказательств роли аберрантной микрофлоры кишечника в воспалительном заболевании кишечника получено на экспериментальных животных моделях. У трансгенных мышей с целевой делецией Т-клеточного рецептора (TCR α) спонтанно развивается колит в ответ на кишечную микрофлору. 31 Если организованная лимфоидная ткань кишечника удаляется у мышей с помощью аппендэктомии в неонатальном возрасте, но не позднее, развивается толерантность к микрофлоре кишечника, и у мышей не развивается колит, что указывает на то, что первоначальный образец колонизации может определять последующие иммунологические процессы.Многочисленные экспериментальные исследования действительно показали, что отсутствие или неадекватность сигналов созревания от микрофлоры кишечника приводит к уменьшению площади поверхности кишечника, изменению структуры ферментов слизистой оболочки, дефектам неиммунологического барьера кишечника, снижению способности к воспалительным ответам, дефектам слизистой оболочки. Система IgA и отмена оральной толерантности. 1, 4– 6, 32, 33 Ограниченная доступность контролируемых данных по воспалительным заболеваниям человека требует дополнительных исследований влияния конкретных пробиотических штаммов на отдельные формы воспалительного заболевания кишечника и его осложнения.

Аллергическая болезнь

Распространенность атопических заболеваний в западных обществах постоянно растет. Гигиеническая гипотеза аллергии предполагает, что быстрое увеличение атопии связано с уменьшением воздействия микробов в раннем возрасте. 34 Самый ранний и самый массовый источник такого воздействия связан с установлением микрофлоры кишечника. Регуляторная роль пробиотиков при аллергических заболеваниях человека была впервые подчеркнута при демонстрации подавляющего действия на пролиферацию лимфоцитов и интерлейкинов 4 поколения in vitro. 35, 36 Впоследствии было показано, что иммуновоспалительные ответы на пищевые антигены у лиц с аллергией ослабляются пробиотиками, что частично связано с усилением продукции противовоспалительных цитокинов интерлейкина 10 37 и трансформирующего фактора роста β, 38 и частично для контроля аллергического воспаления в кишечнике. 39

В одном проспективном исследовании кишечная микрофлора 76 младенцев с высоким риском атопического заболевания была проанализирована в возрасте 3 недель и 3 месяцев с помощью обычного культивирования бактерий и двух независимых методов культивирования, газожидкостной хроматографии жирных кислот бактериальных клеток и количественной флуоресценции в гибридизация бактериальных клеток на месте. 40 Положительная кожная реакция на укол в 12 месяцев наблюдалась у 22/76 (29%) детей. В возрасте 3 недель профиль жирных кислот бактериальных клеток в образцах фекалий значительно отличался между младенцами с развивающейся и не развивающейся атопией (p = 0,005). При флуоресценции было обнаружено, что у атопиков гидридизации in situ больше клостридий и, как правило, меньше бифидобактерий в стуле, чем у неатопиков. Таким образом, было показано, что различия в микрофлоре кишечника новорожденных предшествуют развитию атопии, что свидетельствует о решающей роли баланса местных кишечных бактерий в созревании иммунитета человека к неатопическому типу.

Значительное улучшение клинического течения атопической экземы наблюдалось у младенцев, получавших диету с пробиотиками, и параллельно значительно снизились маркеры системного 38 и кишечного 39 аллергического воспаления. Аналогичные результаты были получены у взрослых с гиперчувствительностью к молоку. 41 У этих субъектов провокация молока в сочетании с пробиотическим штаммом предотвращала иммуновоспалительный ответ, характерный для ответа без пробиотиков.

Профилактический потенциал пробиотиков при атопическом заболевании недавно был продемонстрирован в двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании. 42 Пробиотики, вводимые до и после родов в течение шести месяцев детям с высоким риском атопических заболеваний, позволили снизить распространенность атопической экземы вдвое по сравнению с таковой у младенцев, получавших плацебо.

ПРОБИОТИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ: ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ ШТАММОВ

Роль диеты для здоровья и благополучия изменилась по мере развития науки о питании.В настоящее время исследовательский интерес направлен на улучшение определенных физиологических функций, помимо влияния пищи на питание, включая возможность снижения риска заболеваний. Это также центр исследований пробиотиков. Будущие пробиотики будут иметь более тщательно проясненные механизмы либо для контроля конкретных физиологических процессов в развитии болезни в группах риска, либо для диетического управления конкретными заболеваниями. Пробиотические функциональные пищевые продукты можно определить как продукты, содержащие определенные пробиотические микробы с научно доказанной клинической эффективностью для конечного продукта, предназначенного для использования человеком.Разработка пробиотических функциональных пищевых продуктов требует новых критериев для штаммов, соответствующих конкретным показаниям.

Предпосылки для действия пробиотиков включают выживание и адгезию к определенным областям желудочно-кишечного тракта и конкурентное исключение патогенов или вредных антигенов. Эти процессы могут зависеть, во-первых, от конкретных характеристик штамма, а во-вторых, от возраста и иммунологического состояния хозяина. Некоторые штаммы пробиотиков лучше прикрепляются к тонкой кишке, а некоторые специфически связываются с различными частями толстой кишки. 43 Вероятно, что штаммы также по-разному прилипают к здоровой и поврежденной слизистой оболочке. 44 Более того, было показано, что даже близкородственные пробиотики обладают различными свойствами in vitro, 45 , возможно, также объясняет различия в клинических эффектах. 21 Однако недавно было показано, что штаммы с более низкой общей связывающей способностью in vitro могут по-прежнему обеспечивать высокое конкурентное исключение патогенов или вредных бактерий, 46 , что указывает на необходимость дальнейшей характеристики адгезионных свойств для разработки методологий доклинического отбора кандидатов пробиотические штаммы.

Пополнение пробиотиками может также происходить за счет использования генетически модифицированных бактерий, проявляющих улучшенные или дополнительные функциональные свойства. К ним относятся пробиотики, созданные для производства противовоспалительных цитокинов. Сообщения об эффектах Lactococcus lactis , созданного для выработки интерлейкина 10 локально в слизистой оболочке кишечника мышей, указывают на большой потенциал для будущих терапевтических применений. 47 Другими методами модификации пробиотиков являются воздействие на микроорганизм сублетального стресса, такого как кислотные условия или тепло, с целью улучшения выживаемости в желудочно-кишечном тракте и повышения устойчивости к стрессу и, таким образом, повышения конкурентоспособности организма в отношении патогенов. в кишечной среде. 48– 50 Инактивация также может иметь потенциал для модификации пробиотиков. Использование инактивированных вместо жизнеспособных микроорганизмов имело бы свои преимущества с точки зрения безопасности, более длительного срока хранения и меньшего взаимодействия с другими компонентами пищевого продукта. В целом инактивированные пробиотики клинически изучены в меньшей степени, чем их жизнеспособные аналоги. Было показано, что при лечении ротавирусной диареи инактивированные пробиотики столь же эффективны, как и активный в сокращении продолжительности эпизодов диареи, но их способность стимулировать иммунную защиту хозяина была слабее. 21 То же самое, по-видимому, применимо к бактериальным инфекциям, как показали исследования, в которых подвергались воздействию мышей Salmonella typhimurium 51 ; только жизнеспособные пробиотики стимулировали антигенспецифический иммунный ответ. Однако в некоторых случаях, таких как связывание кишечных токсинов, нежизнеспособные пробиотики могут быть даже более эффективными, чем жизнеспособные. 52

АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОБИОТИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ

Модификация микрофлоры кишечника представляет собой относительно новый метод лечения желудочно-кишечных заболеваний.Пробиотическая терапия с продемонстрированным эффектом для здоровья - это новый подход. Проглатывание большого количества жизнеспособных бактерий требует гарантии безопасности. Используемые в настоящее время пробиотики были признаны безопасными для использования в ферментированных пищевых продуктах, но в целом оценка безопасности микробных пищевых добавок недостаточно развита. 23

Некоторые исследования предполагают, что кишечник является источником заболевания, вызываемого бактериями, обычно проживающими в просвете кишечника, но иногда перемещающимися через эпителий кишечника. 54 Поскольку для использования пробиотиков было выбрано все больше адгезивных штаммов, способность выживать в условиях желудка и прилипать к кишечному эпителию может повлечь за собой риск транслокации. 55 Транслокация может усиливаться дисфункцией кишечного барьера, вызванной воспалением. Однако эффективные пробиотики могут обладать свойствами, которые противодействуют повреждению эпителия и, следовательно, снижают риск транслокации. Концепция транслокации подразумевает особые требования безопасности для микробов, используемых в бактериотерапии полости рта.К ним относятся происхождение штамма, его видовые характеристики и стабильность. Приемлемое происхождение - нормальная здоровая микрофлора кишечника человека.

Пробиотики были выбраны из представителей нормальной здоровой микрофлоры кишечника, большинство из которых принадлежит к Lactobacillus или Bifidobacterium , но недавно были введены новые пробиотические микробы из других видов и родов. Бифидобактерии и молочнокислые бактерии редко вызывают заболевание в результате транслокации, и их показатели безопасности в ферментированном молоке, овощах и злаках превосходны.Их естественное присутствие на всех поверхностях слизистой оболочки человека также свидетельствует об их безопасности.

Генетически модифицированные микроорганизмы в настоящее время не используются и не планируются для использования в пищевых продуктах. Однако быстрое развитие в этой области может изменить цели их применения. Самая важная проблема безопасности - это содержание маркеров устойчивости к антибиотикам в генетических компонентах модифицированных организмов. Процедуры отбора были разработаны, чтобы гарантировать отсутствие таких маркеров специально для лактококков. 52 В случае новых пробиотиков было предложено использование инактивированных бактерий, отчасти потому, что их потребление кажется более безопасным, чем использование жизнеспособных бактерий. Однако информации о влиянии методов инактивации на структуру и состав клеточной стенки мало. Например, методы термообработки могут вызвать ряд изменений в структурах клеточной стенки чувствительных пробиотиков, таким образом влияя, например, на иммуногенность и адгезионные свойства этих агентов.Такие заботы ограничиваются термической обработкой; пагубные эффекты также можно ожидать, например, в ответ на лиофилизацию и другие технологические обработки.

Взятые вместе, влияние и долгосрочные эффекты традиционных и новых пробиотиков на резидентную микрофлору кишечника и их метаболическую активность должны быть охарактеризованы в четко определенных исследованиях. Они должны включать характеристику конкретных иммуномодулирующих свойств штаммов для разработки конкретных клинических применений в определенных целевых популяциях.

ВЫВОДЫ

Пробиотики - это живые микробные пищевые добавки или компоненты бактерий, которые, как было доказано, оказывают благотворное влияние на здоровье человека. Недавние исследования расширили определение пробиотиков, поскольку было показано, что генетически модифицированные микробы и нежизнеспособные микробы могут в равной степени обладать таким потенциалом. Однако нормализация свойств несбалансированной аборигенной микрофлоры специфическими штаммами здоровой микрофлоры кишечника составляет основу пробиотической терапии.Было показано, что пероральное введение пробиотиков усиливает различные линии защиты кишечника: иммунную изоляцию, иммунную элиминацию и иммунную регуляцию. Пробиотики также стимулируют неспецифическую резистентность хозяина к микробным патогенам и тем самым способствуют их искоренению. Применение пробиотиков в настоящее время заключается в снижении риска заболеваний, связанных с дисфункцией кишечного барьера. Пробиотические свойства штаммов различаются; различные бактерии или их модификации / компоненты обладают определенными участками прикрепления, иммунологическими эффектами и различными эффектами в здоровой и воспаленной среде слизистой оболочки.В будущем такие специфические свойства пробиотиков могут быть использованы при разработке профилактических и терапевтических вмешательств для конкретных заболеваний.

ССЫЛКИ

  1. Salminen S , Bouley C, Boutron-Ruault MC, и др. . Физиология и функции желудочно-кишечного тракта - цели для развития функционального питания. Br J Nutr1998; 80 (добавлено): 147–71.

  2. Берг РД .Аборигенная микрофлора желудочно-кишечного тракта. Тенденции Microbiol 1996; 4: 430–5.

  3. Бенно Y , Мицуока Т. Развитие микрофлоры кишечника у человека и животных. Бифидобактерии Microfi1986; 5: 13–25.

  4. Cebra JJ . Влияние микробиоты на развитие иммунной системы кишечника. Am J Clin Nutr1999; 69 (добавлено): 1046–51.

  5. Судо N , Савамура С., Танака К., и др. .Необходимость кишечной бактериальной флоры для развития системы продукции IgE, полностью восприимчивой к индукции оральной толерантности. J Immunol1997; 159: 1739–45.

  6. Grönlund MM , Arvilommi H, Kero P, et al . Важность кишечной колонизации в созревании гуморального иммунитета в раннем младенчестве: проспективное последующее исследование здоровых младенцев в возрасте 0–6 месяцев. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed2000; 83: F186–92.

  7. Harmsen HJ , Wildeboer-Veloo AC, Raangs GC, и др. . Анализ развития кишечной флоры у детей, находящихся на грудном вскармливании и на искусственном вскармливании, с использованием методов молекулярной идентификации и обнаружения. J Pediatr Gastroenterol Nutr2000; 30: 61–7.

  8. Isolauri E , Sütas Y, Kankaanpää P, et al . Пробиотики: влияние на иммунитет. Am J Clin Nutr, 2001; 73: S444–50.

  9. Sanderson IR , Walker WA. Поглощение и транспорт макромолекул кишечником: возможная роль в клинических расстройствах (обновленная информация). Гастроэнтерология, 1993; 104: 622–39.

  10. Weiner HL , van Rees EP. Переносимость слизистой оболочки. Immunol Lett1999; 69: 3–4.

  11. Duchmann R , Kaiser I, Hermann E, и др. .Существует толерантность к резидентной кишечной флоре, но она нарушается при активном воспалительном заболевании кишечника (ВЗК). Clin Exp Immunol1995; 102: 448–55.

  12. Hooper LV , Wong MH, Thelin A, и др. . Молекулярный анализ комменсальных взаимоотношений между хозяином и микробом в кишечнике. Science2001; 291: 881–4.

  13. Groux H , Powrie F. Регуляторные Т-клетки и воспалительное заболевание кишечника.Immunol Today1999; 20: 442–6.

  14. Grönlund MM , Lehtonen OP, Eerola E, et al . Фекальная микрофлора здоровых детей, рожденных разными способами родоразрешения: стойкие изменения микрофлоры кишечника после кесарева сечения. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 1999; 28: 19-25.

  15. Isolauri E , Kaila M, Mykkänen H, et al . Пероральная бактериотерапия вирусного гастроэнтерита.Dig Dis Sci1994; 39: 2595–600.

  16. Malin M , Verronen P, Mykkänen H, et al . Повышенная активность бактериальной уреазы в фекалиях при ювенильном хроническом артрите: свидетельства изменения микрофлоры кишечника? Br J Rheumatol 1996; 35: 689–94.

  17. Apostolou E , Pelto L, Kirjavainen PV, et al . Различия в бактериальной флоре кишечника здоровых взрослых и взрослых с гиперчувствительностью к молоку, измеренные с помощью флуоресцентной гибридизации in situ.FEMS Immunol Med Microbiol2001; 30: 217–21.

  18. Björkstén B , Naaber P, Sepp E, et al . Микрофлора кишечника у детей 2-летнего возраста из Эстонии и Швеции с аллергией. Clin Exp Allergy 1999; 29: 342–6.

  19. Isolauri E . Пробиотики при болезнях человека. Am J Clin Nutr, 2001; 73: 11425–65.

  20. Isolauri E , Juntunen M, Rautanen T, et al .Штамм Lactobacillus человека (Lactobacillus GG) способствует выздоровлению детей от острой диареи. Педиатрия, 1991; 88: 90–7.

  21. Majamaa H , Isolauri E, Saxelin M, и др. . Молочнокислые бактерии в лечении острого ротавирусного гастроэнтерита. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 1995; 20: 333–9.

  22. Pant AR , Graham SM, Allen SJ, и др. .Lactobacillus GG и острая диарея у детей раннего возраста в тропиках. J Trop Pediatr 1996; 42: 162–5.

  23. Guarino A , Canani RB, Spagnuolo MI, и др. . Пероральная бактериальная терапия сокращает продолжительность симптомов и выведение вирусов у детей с легкой диареей. J Pediatr Gastroenterol Nutr, 1997; 25: 516–19.

  24. Isolauri E , Kaila M, Arvola T, et al .Диета при ротавирусном энтерите влияет на проницаемость тощей кишки для макромолекул у крыс-сосунов. Педиатр Res1993; 33: 548–53.

  25. Kaila M , Isolauri E, Soppi E, и др. . Усиление ответа циркулирующих клеток, секретирующих антитела, при диарее человека с помощью штамма лактобацилл человека. Pediatr Res1992; 32: 141–4.

  26. Guandalini S , Pensabene L, Zikri MA, и др. .Lactobacillus GG, вводимый в растворе для пероральной регидратации детям с острой диареей: многоцентровое европейское исследование. J Pediatr Gastroenterol Nutr2000; 30: 54–60.

  27. Saavedra JM , Bauman NA, Oung I, et al . Кормление младенцев в больнице Bifidobacterium bifidum и Streptococcus thermophilus для профилактики диареи и выделения ротавируса. Lancet1994; 344: 1046–9.

  28. Оберхельман Р.А. , Гилман Р.Х., Шин П., и др. .Плацебо-контролируемое испытание Lactobacillus GG для предотвращения диареи у недоедающих перуанских детей. J Pediatr1999; 134: 15–20.

  29. Szajewska H , Kotowska M, Mrukowicz JZ, et al . Эффективность Lactobacillus GG в профилактике нозокомиальной диареи у младенцев. Журнал Педиатр, 2001; 138: 361–5.

  30. Малин М , Суомалайнен Х., Сакселин М, и др. .Содействие иммунному ответу IgA у пациентов с болезнью Крона с помощью пероральной бактериотерапии Lactobacillus GG. Энн Нутр Метаб 1996; 40: 137–45.

  31. Mombaerts P , Mizoguchi E, Grusby MJ, et al . Спонтанное развитие воспалительного заболевания кишечника у мышей с мутантными Т-клеточными рецепторами. Cell1993; 75: 275–82.

  32. Brandtzaeg P . Развитие иммунной системы слизистых оболочек человека.В: Bindels JG, Goedhart AC, Visser HKA, eds. Последние разработки в области детского питания . Великобритания: Kluwer Academic Publishers, 1996: 349–76.

  33. Gaskins HR . Иммунологические аспекты взаимодействия хозяина / микробиоты в кишечном эпителии. В: Mackie RI, White BA, Isaacson RE, eds. Желудочно-кишечная микробиология . Нью-Йорк: International Thomson Publishing; 1997: 537–87.

  34. Страчан Д.П. .Сенная лихорадка, гигиена и размер домочадца. BMJ1989; 299: 1259–60.

  35. Sütas Y , Soppi E, Korhonen H, et al . Подавление пролиферации лимфоцитов in vitro бычьим казеином, гидролизованным ферментами, производными Lactobacillus GG. J. Allergy Clin Immunol. 1996; 98: 216–24.

  36. Sütas Y , Hurme M, Isolauri E. Подавление продукции IL-4, индуцированной антителами против CD3, коровьими казеинами, гидролизованными ферментами, производными Lactobacillus GG.Scand J Immunol1996; 43: 687–9.

  37. Pessi T , Sütas Y, Hurme M, и др. . Поколение интерлейкина-10 у детей с атопией после перорального приема Lactobacillus rhamnosus GG. Clin Exp Allergy 2000; 30: 1804-8.

  38. Isolauri E , Arvola T, Sütas Y, и др. . Пробиотики в лечении атопической экземы. Clin Exp Allergy 2000; 30: 1605–10.

  39. Majamaa H , Isolauri E.Пробиотики: новый подход к лечению пищевой аллергии. J. Allergy Clin Immunol. 1997; 99: 179–86.

  40. Kalliomäki M , Kirjavainen P, Eerola E, et al . Отчетливые паттерны микрофлоры кишечника новорожденных у младенцев, у которых атопия развивалась и не развивалась. J Allergy Clin Immunol, 2001; 107: 129–34.

  41. Pelto L , Isolauri E, Lilius EM, и др. .Пробиотические бактерии подавляют вызванную молоком воспалительную реакцию у субъектов с гиперчувствительностью к молоку, но обладают иммуностимулирующим эффектом у здоровых субъектов. Clin Exp Allergy 1998; 28: 1474–9.

  42. Каллиомяки М. , Салминен С., Керо П., и др. . Пробиотики в первичной профилактике атопического заболевания: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование. Lancet2001; 357: 1076–9.

  43. Цзинь Л , Маркварт Р., Чжао Х.Штамм Enterococcus faecium (18C23) подавляет адгезию энтеротоксигенной Escerichia coli K88 к слизи тонкого кишечника свиней. Appl Environ Microbiol2000; 66: 4200–4.

  44. Mao Y , Nobaek S, Kasravi B, et al . Влияние штаммов Lactobacillus и овсяных отрубей на вызванный метотрексатом энтероколит у крыс. Гастроэнтерология 1996; 111: 334–44.

  45. Ouwehand AC , Kirjavainen PV, Grönlund MM, et al .Адгезия пробиотических микроорганизмов к кишечной слизи. Int Dairy J1999; 9: 623–30.

  46. Lee YK , Lim CY, Teng WL, и др. . Качественный подход к изучению адгезии молочнокислых бактерий на клетках кишечника и их конкуренции с энтеробактериями. Appl Environ Microbiol2000; 66: 3692–7.

  47. Steidler L , Hans W, Schotte L, и др. .Лечение мышиного колита Lactococcus lactis, секретирующим интерлейкин-10. Science2000; 289: 1352–5.

  48. Hartke A , Bouché S, Giard JC, и др. . Реакция молочнокислого стресса на Lactococcus lactis subsp. lactis. Curr Microbiol 1996; 33: 194–9.

  49. Hartke A , Bouché S, Gansel X, и др. . Устойчивость к стрессу, вызванная голоданием, у Lactococcus lactis subsp.lactis IL1403. Appl Environ Microbiol1994; 60: 3474–8.

  50. Kets EPW , Teunissen PJM, de Bont JAM. Влияние совместимых растворенных веществ на выживаемость молочнокислых бактерий, подвергнутых сушке. Appl Environ Microbiol 1996; 62: 259–61.

  51. Perdigón G , Alvarez S, Gobbato N, и др. . Сравнительный эффект адъювантной способности Lactobacillus casei и липополисахарида на секреторный ответ кишечных антител и устойчивость к инфекции сальмонеллы у мышей.Food Agric Immunol, 1995; 7: 283–94.

  52. Эль-Незами H , Kankaanpää P, Salminen S, и др. . Физико-химические изменения повышают способность молочных штаммов молочнокислых бактерий удалять афлатоксин из загрязненной среды. J. Food Protect, 1998; 61: 466–8.

  53. Salminen S , фон Райт А., Морелли Л., и др. . Демонстрация безопасности пробиотиков - обзор.Int J Food Microbiol 1998; 44: 93–106.

  54. MacFie J , O'Boyle C, Mitchell C, и др. . Кишечное происхождение сепсиса: проспективное исследование, посвященное изучению связи между бактериальной транслокацией, микрофлорой желудка и заболеваемостью сепсисом. Gut1999; 45: 223–8.

  55. Apostolou E , Kirjavainen, Saxelin M, et al . Хорошие адгезионные свойства пробиотиков: потенциальный риск бактериемии? FEMS Иммунол Мед Микробиол .Под давлением.

Изменение микробиоты кишечника в раннем возрасте: функциональное влияние на риск ожирения? - FullText - Annals of Nutrition and Metabolism 2013, Vol. 63, Прил. 2

Аннотация

Избыточный вес и ожирение в настоящее время можно рассматривать как серьезную угрозу для здоровья и благополучия человека. Последние научные достижения указывают на аберрантное развитие микробиоты кишечника и слабое воспаление как способствующие факторы в сочетании с чрезмерным потреблением энергии.Диета с высоким содержанием жиров и калорий изменяет состав микробиоты кишечника, что в свою очередь способствует накоплению и хранению избыточной энергии. Кроме того, микробный дисбаланс увеличивает проницаемость кишечника, что приводит к метаболической эндотоксемии, воспалению и инсулинорезистентности. Местный иммунологический гомеостаз кишечника достигается толерогенными иммунными ответами на микробные антигены. В контексте улучшения чувствительности к инсулину и снижения ожирения потенциал модуляции микробиоты кишечника с помощью определенных пробиотиков и пребиотиков заключается в нормализации аберрантной микробиоты, улучшении барьерной функции кишечника и создании противовоспалительной среды.Это предполагает роль пробиотических / пребиотических вмешательств в поиске профилактических и терапевтических применений в управлении весом.

© 2013 S. Karger AG, Базель


Ключевые сообщения

• Учитывая, что перинатальный микробный контакт и начальная колонизация определяют иммунное и метаболическое программирование младенца, вмешательства, направленные на предотвращение ожирения и его метаболических последствий в более позднем возрасте, следует начинать уже в перинатальном периоде.

• Вклад микробиоты кишечника в развитие избыточного веса и связанного с ожирением воспаления низкой степени становится очевидным, хотя причинно-следственная связь на людях еще предстоит доказать.

• Требуется дальнейшая работа, чтобы установить, как микробиота может взаимодействовать с иммунным ответом хозяина в контексте ожирения и связанных с ожирением расстройств, и, таким образом, определить специфические бактериальные сообщества и механизмы, применимые в профилактических и терапевтических вмешательствах в управлении весом.

Введение

Ожирение представляет собой серьезную проблему для педиатрического здоровья; Фактически, это наиболее распространенное нарушение питания среди детей во всем мире. В Европе около 20% детей и подростков имеют избыточный вес, причем треть из них считается страдающим ожирением [1]. Несмотря на обширный и междисциплинарный научный интерес, сосредоточенный на этой проблеме, исследования до сих пор не смогли окончательно установить детерминанты, лежащие в основе эпидемии ожирения [2].Напротив, следует ожидать эскалации расстройства, поскольку скорость распространения наиболее высока в педиатрической популяции.

В недавней статье о систематических обзорах была предпринята попытка определить детерминанты ожирения в раннем возрасте [3]. В общей сложности 22 соответствующих критериям обзора из базы данных, содержащей 12 021 публикацию, поддались оценке качества: ни один обзор не соответствовал критериям высокого качества, 11 были признаны средними стандартами, а 11 - низкими. В этих отчетах избыточный вес и ожирение были связаны с материнским диабетом и курением, быстрым ростом ребенка, отсутствием грудного вскармливания или короткой продолжительностью грудного вскармливания, ожирением в младенчестве, короткой продолжительностью сна, физической активностью менее 30 минут в день и потреблением сахаросодержащих напитков.Важно отметить, что многие из этих вопросов по-прежнему вызывали недоумение: продолжительность сна, социально-экономический статус и, прежде всего, грудное вскармливание. Было показано, что, несмотря на значительную разницу в среднем индексе массы тела (ИМТ) у детей, находящихся на грудном вскармливании, по сравнению с младенцами, находящимися на искусственном вскармливании, поправка на возможные искажающие факторы (социально-экономический статус, курение матери и ИМТ матери) устраняет эффект, но в более поздних обзорах, тем не менее, он оставалась, даже когда исключительный характер грудного вскармливания не рассматривался. Авторы пришли к выводу, что, поскольку сложно распутать сложную сеть ассоциаций и взаимных влияний, будущие исследования должны быть сосредоточены на исследованиях вмешательства.

До сих пор интервенционные исследования были сосредоточены, по очевидным причинам, на количестве или качестве пищевого рациона. Первопричина ожирения - нарушение энергетического баланса: потребляется больше калорий, чем расходуется. Тем не менее, все еще существует разрыв между приемом пищи и набором веса, и действительно, наши знания о каскаде событий, вызванных потреблением и расходом энергии, качеством пищи, накоплением энергии и составом тела, никоим образом не являются удовлетворительными. В частности, требуется более глубокое понимание сложного взаимодействия между питанием и микробиомом кишечника, общим генетическим пулом микробиоты.В нашем кишечнике, возможно, в 10–100 раз больше микробов, чем клеток в организме, а микробиом, по оценкам, содержит в 100–1000 раз больше генов, чем генов в геноме человека [4]. Более того, кишечная микробиота, неотъемлемая часть кишечного барьера, функционирует на пересечении генотипа хозяина и диеты, чтобы модулировать физиологию хозяина. На использование пищи влияет микробиом кишечника, а коллективный состав и композиционное развитие микробиоты кишечника, эволюционирующей совместно с иммунной системой, очень чувствительны к диете [5].Состояние питания, защитные силы организма хозяина и болезнь влияют друг на друга [6]. Действительно, успехи в изучении микробиома за последнее десятилетие показывают, что микробиота кишечника на самом деле модулирует функцию кишечного барьера и иммунную реакцию [7,8,9], и наоборот, и на нее могут влиять определенные питательные вещества или их недостаток. . Таким образом, было бы упрощением предполагать, что для борьбы с эпидемией ожирения будет достаточно одного способа профилактики или лечения. Строгие научные усилия необходимы для выяснения механизмов, способствующих развитию ожирения, и разработки новых вмешательств и практических приложений.

Колонизация кишечника младенца

Первоначальный послеродовой микробный контакт

Недавняя догма о том, что кишечная микробиота человека начинает формироваться во время и после рождения и к концу первых двух лет жизни сходится к микробиоте, подобной взрослой. бросили вызов. Традиционное мышление, как указано в статье Уокера в этом выпуске, предполагает, что первые бактерии-пионеры могут происходить из влагалищной и фекальной микробиоты матери.К другим источникам бактерий относятся молочные железы при грудном вскармливании, кожа матери и микробы полости рта, а также окружающая среда при первых контактах с младенцем. Первоначальные колонизаторы, как правило, являются факультативными анаэробами, включая энтеробактерии, колиформные бактерии, Lactobacilli и Streptococci , которые затем заменяются анаэробными родами, такими как Bifidobacterium , Bacteroides , Clostridium и Clostridium первой недели и Clostridium жизни [10].Было установлено, что разнообразие ранней микробиоты изначально относительно невелико и что межиндивидуальные различия в разнообразии высоки [11,12]. Младенцы, рожденные естественным путем, приобретают набор бактериальных сообществ, подобных тем, которые присутствуют во влагалище и коже их собственной матери, тогда как у младенцев, родившихся после кесарева сечения, появляются другие и менее разнообразные бактериальные сообщества, которые могут напоминать микробиоту обслуживающего персонала и общую среду родов. Другие факторы, влияющие на композиционное развитие микробиоты кишечника, включают гестационный возраст при рождении, использование антибиотиков матерью или младенцем в раннем возрасте и необходимость госпитализации [13,14,15].

Воздействие бактерий во время беременности

Новые данные, которые ставят под сомнение прежнюю догму о стерильном внутриутробном существовании, предполагают, что микробный контакт человека может фактически начаться еще до рождения [16]. Накапливающиеся данные свидетельствуют о том, что следы микробов, включая микробную ДНК и клеточные структуры кишечных бактерий, обнаруживаются в плаценте, околоплодных водах и плодных оболочках, их присутствие подтверждается при доношенных беременностях без признаков воспаления, разрыва плодных оболочек или начала родов. [16,17,18,19].Кроме того, было показано, что микробный контакт в утробе матери вызывает изменения в экспрессии гена врожденного иммунитета, связанной с толл-подобными рецепторами (TLR) плода [19]. В дополнение к предыдущим открытиям, микробная ДНК также была охарактеризована в меконии здоровых доношенных новорожденных, что позволяет предположить пренатальное происхождение [20,21]. Следовательно, контакт со сложными бактериальными сообществами внеутробного мира может быть инициирован уже в утробе матери и, таким образом, определяться изменениями микробиоты кишечника матери во время беременности.Исходя из этого, факторы, влияющие, а также возможности изменять состав материнской микробиоты во время беременности требуют дальнейшей характеристики.

Влияние диеты

После рождения режим кормления и время введения различных продуктов для прикорма оказывают дополнительное влияние на состав и активность кишечной микробиоты младенца [10]. Доказано, что грудное молоко является отличным и постоянным источником потенциально полезных и комменсальных бактерий, в том числе стафилококков , стрептококков , молочнокислых бактерий и бифидобактерий с числом бактериальных клеток от 10 3 до 10 5 / мл грудного молока.Присутствие Bifidobacteria в грудном молоке имеет первостепенное значение для колонизации кишечника младенца, поскольку известно, что активация IgA-продуцирующих плазматических клеток в кишечнике новорожденного человека зависит от колонизации кишечника Bifidobacterium . а также Lactobacillus spp. стимулируется ферментацией неперевариваемых олигосахаридов, содержащихся также в грудном молоке. Хорошо известно, что микробиота кишечника, в которой преобладают Bifidobacteria , типична для здорового младенца, находящегося на грудном вскармливании [22], грудного ребенка, содержащего в два раза больше клеток Bifidobacterium по сравнению с младенцами, находящимися на искусственном вскармливании [23].С другой стороны, новорожденные, находящиеся на искусственном вскармливании, вероятно, будут иметь более разнообразную микробиоту, включая Enterobacteriaceae, Enterococcus и, как недавно было продемонстрировано, также Bacteroides [23,24,25].

Состав грудного молока, однако, зависит от иммунологического и метаболического статуса матери. Помимо изменений в микробиоме грудного молока в период лактации, молоко от матерей с ожирением, как правило, содержит другое и менее разнообразное бактериальное сообщество по сравнению с молоком от матерей с нормальным весом [26].В рассматриваемом исследовании было обнаружено, что грудное молоко от женщин с ожирением содержит более высокое общее количество бактерий, Staphylococcus и Lactobacillus и более низкое количество Bifidobacterium по сравнению с грудным молоком женщин с нормальным весом в течение первых 6 месяцев. грудного вскармливания [26]. Чрезмерная прибавка в весе во время беременности оказала влияние на количество бактерий в грудном молоке, как и ожирение до беременности. Интересно, что способ доставки также влияет на бактериальное разнообразие грудного молока.В образцах молока от матерей, перенесших плановое, но не экстренное кесарево сечение, количество уменьшилось на Leuconostocaceae и увеличилось на Carnobacteriaceae , среди прочего, по сравнению с теми, которые родили естественным путем, что позволяет предположить, что это не операция как таковая, а скорее отсутствие физиологического стресса или гормональных сигналов, которые могут способствовать аберрантному процессу передачи микробов в грудное молоко [26]. Действительно, высвобождение гормонов стресса запускает каскад цитокинов, участвующих в воспалительных путях [27].Кроме того, сообщалось о сложных взаимодействиях цитокинов и микробиоты в грудном молоке, поскольку уровни трансформирующего фактора роста β 2 и растворимого врожденного микробного рецептора CD14 в грудном молоке матерей с избыточным весом имели тенденцию быть ниже, чем у матерей с нормальным весом [28].

Таким образом, можно предположить, что изменения кишечного барьера позволяют переносить бактерии из кишечника, среди прочего, в грудное молоко, в то время как роды и ранняя лактация дополнительно подтверждают бактериальную транслокацию.Путь передачи этих бактерий, обнаруженных в грудном молоке, еще не выяснен, хотя были выдвинуты разные гипотезы. Было показано, что дендритные клетки проникают в эпителий кишечника и поглощают комменсальные бактерии из просвета кишечника, достигают системного кровообращения и удерживают живые бактерии в течение нескольких дней [29]. В последнее время предполагается перенос кишечных бактерий в молочные железы внутри дендритных клеток [17,30]. Однако состав грудного молока представляет собой сложный и многофакторный континуум, на который влияет не только микробиота кишечника матери и способ родоразрешения, но и сам ребенок, и было показано, что иммуномодулирующие компоненты грудного молока реагируют на инфекцию у новорожденных. [31].

Ранний контакт с микробами и риск заболевания

Как описано в статье Уокера в этом выпуске, изменения в композиционном развитии кишечной микробиоты новорожденного, как было показано, связаны с несколькими расстройствами и предрасполагают к заболеваниям в более позднем возрасте. жизнь. Лучше всего задокументированная функция кишечной микробиоты, неотъемлемой части кишечного барьера, заключается в контроле воздействия антигена на ткани хозяина, тем самым снижая вероятность патологических исходов. Уже было продемонстрировано, что отклонения в ранней микробиоте связаны с более высоким риском аллергии, желудочно-кишечных инфекций и воспалительных состояний, некротического энтероколита и позднего сепсиса у недоношенных детей, а также с ожирением [32,33,34,35,36 ].Кроме того, было показано, что дети, рожденные с помощью кесарева сечения, несут повышенный риск хронических воспалительных состояний, таких как целиакия, сахарный диабет 1 типа, астма, а также ожирение, по сравнению с детьми, рожденными путем естественных родов [37,38,39], это указывает на то, что как иммунологические, так и метаболические нарушения могут быть вызваны аберрантной популяцией кишечной микробиоты. Точно так же благотворное влияние грудного вскармливания на здоровье опосредуется, по крайней мере, частично, посредством модуляции иммунной реакции младенца и состава кишечной микробиоты.Примером этого является снижение риска некротического энтероколита и инфекций желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей у младенцев, находящихся на грудном вскармливании, по сравнению с младенцами, находящимися на искусственном вскармливании, но также в улучшении когнитивного развития и снижении частоты глютеновой болезни, астмы, гиперхолестеринемии, диабета 2 типа. сахарный диабет и ожирение в более старшем возрасте (обзор Rautava et al. [40]). Исходя из этого, роль раннего микробного инокулята, в дальнейшем определяемого ранним питанием, может иметь значительное влияние на здоровье в дальнейшем.

Микробиота кишечника и метаболическое здоровье - экспериментальные и клинические данные

Траектории некоторых метаболических заболеваний устанавливаются в раннем возрасте. Сосредоточение внимания на зубном налете западных стран, ожирении, сложных регуляторных механизмах кишечной микробиоты привлекло внимание исследователей с точки зрения обработки, извлечения и использования питательных веществ, а также изменения иммунитета и воспаления [9]. Хотя генетические факторы могут определять склонность человека к ожирению, особенности окружающей среды и образа жизни, включая пищевые привычки, являются основными факторами роста ожирения.Изменения в рационе питания не только влияют на энергетический баланс, но также постоянно регулируют и изменяют состав микробиоты, что влияет на доступность питательных веществ для организма-хозяина и тем самым потенциально способствует увеличению веса (рис. 1) [41]. Эти наблюдения подтверждают, что микробиота кишечника может адаптироваться к чрезмерному потреблению энергии, выбирая микробиоту, вызывающую ожирение, которая передает дополнительную энергию хозяину для хранения. Более того, определенные штаммы могут способствовать развитию воспалительного состояния легкой степени и, как следствие, метаболических нарушений, связанных с ожирением [42,43].

Рис. 1

Микробиота кишечника заполняет разрыв между потреблением энергии и набором веса. Повышенное потребление энергии изменяет состав и разнообразие кишечной микробиоты. Микробиота, вызывающая ожирение, увеличивает сбор и хранение энергии. Насыщенные жирные кислоты (SAFA) обеспечивают метаболические изменения в тканях. Кишечный барьер регулирует потребление питательных веществ и уменьшает / усиливает воспалительную реакцию, вызванную аберрантной микробиотой. ЛПС является мощным медиатором воспаления, причинно связанным с ожирением и инсулинорезистентностью.Конечными целями в попытках обратить вспять ожирение являются: оптимальное качество и количество диеты, сбалансированный состав кишечной микробиоты и хорошо функционирующий неповрежденный кишечный барьер.

Возможные механизмы, связанные с влиянием кишечной микробиоты на ожирение

Было предложено несколько механизмов, связывающих микробиоту с ожирением (рис. 2). Дисбиоз, нарушение состава микробиоты кишечника, может способствовать всасыванию моносахаридов в кишечнике и извлечению энергии из неперевариваемых пищевых компонентов (в основном углеводов) посредством производства короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) и липогенеза de novo в печени [41,44,45].Кроме того, этот дисбактериоз может увеличивать запасы жирных кислот в адипоцитах за счет подавления индуцированного голоданием фактора жировой ткани в кишечнике, что, в свою очередь, увеличивает активность фермента липопротеинлипазы [41]. Другой механизм, предполагаемый для связывания сбалансированного состава кишечной микробиоты с защитой от ожирения, вызванного диетой, может быть, во-первых, ингибированием клеточной энергетически зависимой активации протеинкиназы [46] и, во-вторых, ассоциацией между сигнальными молекулами SCFA, активацией рецепторов, связанных с G-белками. и накопление энергии [47].

Рис. 2

Предлагаемые механизмы, связывающие микробиоту кишечника с ожирением. Микробиота кишечника может регулировать накопление энергии, во-первых, за счет увеличения ферментации неперевариваемых пищевых полисахаридов, увеличения абсорбции моносахаридов, продукции SCFA и увеличения липогенеза в печени. Другой предполагаемый механизм - подавление фактора адипоцитов, индуцированного голоданием (FIAF) в кишечнике, что, в свою очередь, увеличивает активность липопротеинлипазы (LPL) в адипоцитах. В-третьих, ингибирование аденозинмонофосфат-активируемой протеинкиназы (AMPK) -зависимого окисления жирных кислот может способствовать развитию избыточной массы тела.Диета с высоким содержанием жиров меняет состав микробиоты кишечника сложным образом. Это явление связано с более высокой проницаемостью кишечника, что приводит к более высоким уровням ЛПС в плазме, например метаболическая эндотоксемия, которая способствует развитию метаболических нарушений, вызванных воспалением низкой степени, таких как инсулинорезистентность, диабет, ожирение, стеатоз, окислительный стресс и инфильтрация макрофагами жировой ткани.

Роль кишечной микробиоты в низкоуровневом воспалении, связанном с избыточным весом

Кроме того, все шире признается, что ожирение характеризуется хронической активацией воспалительных путей [48].Сверхэкспрессия провоспалительных цитокинов в адипоцитах активирует различные каскады передачи сигналов, многие из которых являются критическими ингибиторами действия инсулина. Важным признаком воспаления является инфильтрация воспаленных тканей иммунными клетками, особенно макрофагами, которые способствуют поддержанию воспалительных реакций. Аберрантный состав микробиоты кишечника может вызвать низкоуровневое воспалительное состояние, «метаболическую эндотоксемию», делая хозяина подверженным системному воздействию липополисахарида (ЛПС), большого гликолипида, происходящего из внешней мембраны грамотрицательных бактерий [49] .Известно, что ЛПС является мощным триггером реакции врожденной иммунной системы и причинно связан с ожирением, инсулинорезистентностью и синтезом триглицеридов de novo. После связывания с TLR-4 и его корецепторами LPS запускают каскад ответов, в конечном итоге приводящих к высвобождению провоспалительных молекул, которые мешают модуляции метаболизма глюкозы и инсулина. Эти воспалительные сигнальные пути причинно связаны с инсулинорезистентностью, которая является предпосылкой для многочисленных патологий, связанных с избыточным весом, включая инсулинозависимый диабет, гипертонию и дислипидемию, и способствуют прогрессированию жировой болезни печени в стеатогепатит и способствуют развитию и разрыву атеросклеротическая бляшка [50].Интересно, что диетические жирные кислоты, уровни циркуляции которых часто повышаются при ожирении, вызывают резистентность к инсулину посредством передачи сигналов TLR-4, что связывает врожденную иммунную систему с резистентностью к инсулину также в ответ на изменения в питательной среде и отражает сложное взаимодействие между диетами. , микробы и метаболизм хозяина [51].

Experimental Evidence

Первые экспериментальные исследования предоставили доказательства того, что микробиота кишечника способствует извлечению энергии из принятой пищи и ее хранению в жировой ткани хозяина [41,46,52,53].Переносимая природа фенотипа ожирения была продемонстрирована колонизацией стерильных мышей «тучной микробиотой», что привело к значительно большему увеличению общего жира в организме, чем колонизация «тощей микробиотой» [54]. Кроме того, положительная корреляция между приростом Bifidobacterium spp. продемонстрирована нормализация воспалительного статуса у мышей с ожирением [49]. Недавние сообщения также предполагают, что присутствие бактерий Akkermansia muciniphila обратно пропорционально массе тела, восстанавливает слизистый слой у мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров, и, кроме того, снижает жировую массу и уровни ЛПС, тем самым улучшая метаболический профиль [55].

Клинические доказательства

За вышеупомянутыми публикациями последовали демонстрации изменений микробиоты кишечника у людей с ожирением по сравнению с людьми с нормальным весом [53,55]. Эти исследования сообщили об уменьшении количества бактерий, принадлежащих к типу Bacteroidetes, у лиц с ожирением, а также об обогащении генов, участвующих в углеводном и липидном метаболизме микробиомов хозяев с ожирением [56]. К настоящему времени относительное обилие различных типов кишечных бактерий у людей с ожирением и худощавых людей, взрослых и детей было продемонстрировано в нескольких исследованиях, хотя результаты не привели к такому же выводу (обзор Angelakis et al.[57]). Однако в свете самых последних результатов, меньшие изменения в сообществе кишечной микробиоты, а не те, которые происходят на уровне широкого филума, могут быть вовлечены в развитие избыточной массы тела. Как континуум, диетические изменения, а также программа похудания с помощью физических упражнений могут изменить состав и активность кишечной микробиоты [58,59,60]. Следует отметить, что в вышеупомянутом исследовании Santacruz et al. [59], реакция подростков с избыточной массой тела на диету и программу снижения веса с помощью упражнений зависела от микробиоты кишечника, преобладающей до лечения.Точно так же исходный состав кишечной микробиоты был предложен как инструментальный фактор в исследовании Walker et al. [60], где было продемонстрировано заметное увеличение относительной численности филотипов Ruminococcus bromii и Eubacterium rectale в результате диеты, богатой резистентным крахмалом.

На основании этих данных можно предположить, что изменение микробиоты кишечника с помощью определенных диетических или фармакологических вмешательств может благоприятно повлиять на метаболизм хозяина.Было показано, что пробиотики, «живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу для здоровья хозяина», влияют на барьерные функции слизистой оболочки кишечника и взаимодействие между хозяином и бактериями. Некоторые из этих функций могут быть связаны с развитием избыточной массы тела и, таким образом, могут служить целями как профилактики, так и лечения. Вклад конкретных кишечных бактерий вместе с вмешательством в образ жизни для поддержания микробного равновесия изучался в некоторых проспективных рандомизированных клинических испытаниях с метаболическими маркерами или другими сердечно-сосудистыми факторами риска в качестве результатов.Однако доказательств прямого влияния модуляции кишечной микробиоты на рост веса пока недостаточно. Kadooka et al. [61] вводили пробиотик Lactobacillus gasseri SBT2055 (LG2055) субъектам с избыточной массой тела и обнаружили, что это вмешательство оказывает значительное уменьшение влияния на абдоминальное ожирение, массу тела, а также на другие показатели, отражающие ожирение. Несколько исследований также предоставили клинические доказательства положительного влияния пребиотиков на контроль веса, как это было рассмотрено Delzenne et al.[62]. Точно так же активная роль аберрантного состава микробиоты кишечника в патогенезе ожирения и воспаления слабой степени может быть еще одним предполагаемым объяснением быстрой потери веса, снижения ожирения и особенно значительного улучшения метаболизма глюкозы после бариатрической хирургии [63,64].

В последнее время трансплантация фекальной микробиоты вызвала большой научный интерес в лечении не только инфекции, вызванной Clostridium difficile , воспалительного заболевания кишечника и синдрома раздраженного кишечника, но и ожирения [65].Недавнее клиническое исследование показало, что перенос кишечной микробиоты от худых доноров увеличивает чувствительность к инсулину у лиц с метаболическим синдромом [66].

Современные представления о функциональном взаимодействии между кишечной микробиотой и развитием ожирения в детстве

Традиционный подход к профилактике увеличения веса и ожирения заключался в изменении привычек образа жизни отдельного человека или группы людей, страдающих ожирением или ожирением. кажется, есть риск ожирения.Положительные результаты описаны в литературе [67], но с учетом того, насколько распространено ожирение, этого подхода недостаточно. Необходимо действовать до появления каких-либо признаков ожирения. Чтобы остановить порочный круг, необходимы ранние вмешательства [2,3]. Самым захватывающим открытием на сегодняшний день является то, что условия ранней жизни определяют риск развития болезни в более позднем возрасте, «эффект программирования». Теория программирования предполагает, что здоровье будет определяться событиями ранней жизни в утробе матери и в раннем младенчестве, при этом среда питания постоянно изменяет структуру, физиологию и метаболизм тела и приводит к болезням во взрослой жизни [68].Этому программированию развития способствуют питательные, гормональные и метаболические факторы, а также состав микробиоты, предоставляемый матерью в критические периоды, когда система пластична и чувствительна к окружающей среде [69]. Мать передает информацию об окружающей среде плоду через плаценту или младенцу в период лактации. Эта формирующая информация может включать в себя статус веса матери (недостаточное или избыточное питание), несбалансированное потребление пищи или состав микробиоты, а также состав грудного молока.

Перинатальное окно возможностей

Таким образом, беременность и раннее младенчество, согласно нынешнему пониманию, являются наиболее интересными критическими этапами и целями для вмешательств, направленных на снижение риска развития избыточной массы тела в будущих поколениях. Таким образом, модификация кишечной микробиоты пробиотиками в раннем возрасте вызвала интерес, поскольку в первые месяцы жизни наступает критический период, который дает важную возможность для иммунного воспитания, в то время как формирование кишечной микробиоты и созревание иммунной системы еще не завершено.Первоначальная микробная колонизация желудочно-кишечного тракта, связанная с детерминантами образа жизни, может вносить существенный вклад в увеличение веса младенца, поэтому новорожденные составляют одну из групп населения, которые с наибольшей вероятностью получат пользу от использования пробиотиков. Ввиду вышеупомянутого явления, что иммунное воспитание младенца может начинаться уже в утробе матери [40], введение пробиотиков во время беременности также рассматривается с учетом положительного воздействия, которое некоторые штаммы оказывают на определенные клинические состояния как у беременных женщин, так и у беременных. в ребенке.У беременных женщин с избыточным весом и ожирением может возникнуть порочный круг неблагоприятного метаболического развития из поколения в поколение, если аберрантная кишечная микробиота, связанная с избыточным весом или чрезмерным набором веса во время беременности, передается младенцу.

Клинические доказательства влияния статуса питания матери на развитие детской микробиоты

О связи между статусом питания матери и составом кишечной микробиоты во время беременности сообщили группы Колладо [70] и Сантакрус [59].Интересно, что оба исследования подтверждают мнение о том, что профиль кишечной микробиоты, благоприятствующий большему количеству Bifidobacteria и меньшему количеству Staphylococcus aureus , может обеспечить защиту от развития избыточной массы тела у матери. Кроме того, было показано, что микробный состав фекалий младенцев связан с массой тела матери и прибавкой в ​​весе во время беременности [71]. Более высокий ИМТ матери и чрезмерная прибавка в весе во время беременности были связаны в исследуемой популяции с более низким уровнем Bifidobacteria и более высокими концентрациями Bacteroidetes, Clostridium и Staphylococcus .Инструментальная роль микробного стимула во время беременности для последующего метаболического программирования потомства также может частично объяснить результаты большого проспективного когортного исследования, в котором доказана большая часть связи между прибавкой в ​​весе матери во время беременности у женщин с избыточным весом и ожирением и более поздним ИМТ потомства. связано с внутриутробными механизмами, отличными от общих семейных (генетических и ранних средовых) характеристик [72]. В другом крупном продольном проспективном исследовании было показано, что сочетание раннего воздействия, включая способ родоразрешения, ИМТ до беременности и антибиотики в младенчестве, влияет на риск избыточного веса в более позднем детстве [73].

Клинические данные исследований пробиотиков

В клиническом плацебо-контролируемом исследовании мы показали, что перинатально вводимая комбинация пробиотиков, Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) и Bifidobacterium lactis , обеспечивает стабильное улучшение чувствительности к инсулину в плазме крови и концентрации глюкозы в плазме. метаболически здоровые женщины во время беременности и через 12 месяцев после родов, когда предпочтительное диетическое питание сочеталось с пробиотиками [74]. Кроме того, было показано, что положительные эффекты распространяются на новорожденных и младенцев.Интересно, что консультирование по вопросам питания и пробиотическое вмешательство оказывали явное влияние на гестационный диабет, пробиотики снижали риск, в то время как диетическое консультирование снижало связанный с ним риск избыточного роста плода [75]. Это же интервенционное исследование предоставило клинические доказательства того, что потребление пробиотиков снижает риск центрального ожирения у матерей в течение 6-месячного послеродового периода [76]. Учитывая, что ранняя колонизация бифидобактериями может иметь далеко идущие последствия для развития массы тела ребенка, следует отметить, что потребление LGG матерями в другом двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании пробиотиков до и после родов вызывало специфические изменения в переносе и начальной колонизации новорожденных. Bifidobacteria по сравнению с плацебо [77].В рассматриваемом исследовании младенцы, матери которых получали пробиотики, показали увеличение разнообразия бифидобактерий, более высокую распространенность Bifidobacterium breve и более низкую распространенность Bifidobacterium adolescentis в течение первого года жизни, чем в группе плацебо. Кроме того, в этой же когорте было показано, что различия в составе микробиоты кишечника в раннем возрасте позволяют прогнозировать избыточный вес у детей в раннем возрасте, у детей с избыточным весом к 7 годам уровень Bifidobacteria и более высокий уровень S.aureus в возрасте 6 и 12 месяцев по сравнению с теми, кто оставался нормальным [36]. В соответствии с этим наблюдением было обнаружено, что это перинатальное пробиотическое вмешательство с LGG сдерживало чрезмерную прибавку в весе, особенно среди детей, которые впоследствии стали полными в течение первых лет жизни, причем влияние было наиболее выражено в возрасте 4 лет [78].

Заключение

Признано, что дисбактериоз может быть ключевым фактором и «недостающим звеном» в борьбе с эпидемией ожирения.Однако, прежде чем можно будет охарактеризовать термин «дисбактериоз», необходимо определить состав здоровой «нормальной» микробиоты при оценке композиционного развития микробиоты кишечника у здоровых младенцев, находящихся на грудном вскармливании, которые также сохраняют нормальный вес и долгое время остаются здоровыми. На основе данных, представленных в этом обзоре, конкретные стратегии модификации кишечной микробиоты для повышения уровня Bifidobacteria в младенчестве и детстве могут, таким образом, стать мерой по снижению частоты развития избыточной массы тела и, как следствие, сдерживанию западного образа жизни. эпидемия болезни.Необходимы дальнейшие механистические исследования, особенно на людях, чтобы лучше понять, как микробиота кишечника может взаимодействовать с иммунным ответом хозяина в контексте ожирения и связанных с ожирением заболеваний. Более того, беременность и раннее младенчество, согласно нынешнему пониманию, являются наиболее интересными критическими этапами и целями для вмешательств, направленных на снижение риска развития избыточной массы тела в будущих поколениях. Другими словами, влияя на пищевую и микробную среду матери и ее плода сегодня, можно изменить здоровье следующего поколения.

Заявление о раскрытии информации

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Написание этой статьи поддержано Институтом питания Нестле.

Список литературы

  1. Бранка Ф., Никогосян Х., Лобштейн Т. (ред.): Проблема ожирения в Европейском регионе ВОЗ и стратегии ответных мер.Копенгаген, Европейское региональное бюро ВОЗ, 2007 г.
  2. Monasta L, Batty GD, Macaluso A, et al: Вмешательства для профилактики избыточного веса и ожирения у детей дошкольного возраста: систематический обзор рандомизированных контролируемых испытаний. Obes Rev 2011; 12: e107-e118.
  3. Монаста Л., Бэтти Г.Д., Каттанео А. и др.: Детерминанты избыточного веса и ожирения в раннем возрасте: обзор систематических обзоров.Obes Rev 2010; 11: 695-708.
  4. Ley RE, Hamady M, Lozupone C и др.: Эволюция млекопитающих и их кишечных микробов. Наука 2008; 320: 1647-1651.
  5. Ву Г.Д., Чен Дж., Хоффманн С. и др.: Связь долгосрочных диетических моделей с кишечными микробными энтеротипами.Наука 2011; 334: 105-108.
  6. Келли П .: Питание, защита кишечника и микробиом. Proc Nutr Soc 2010; 69: 261-268.
  7. Кау А.Л., Ахерн П.П., Гриффин Н.В. и др.: Питание человека, микробиом кишечника и иммунная система.Природа 2011; 474: 327-336.
  8. Brandtzaeg P: Развитие и основные механизмы иммунитета кишечника человека. Nutr Rev 1998; 56: S5-S8.
  9. Хупер Л.В., Гордон Дж. И.: Комменсальные отношения между хозяином и бактериями в кишечнике.Наука 2001; 292: 1115-1118.
  10. Jost T, Lacroix C, Braegger CP, Chassard C: Новые данные об установлении кишечной микробиоты у здоровых новорожденных, вскармливаемых грудью. PLoS One 2012; 7: e44595.
  11. Курокава К., Ито Т., Кувахара Т. и др.: Сравнительная метагеномика выявила обычно обогащенные наборы генов в микробиомах кишечника человека.ДНК Res 2007; 14: 169-181.
  12. O'Toole PW, Claesson MJ: Микробиота кишечника: изменения на протяжении жизни от младенчества до пожилого возраста. Int Dairy J 2010; 20: 281-291.
  13. Mackie RI, Sghir A, Gaskins HR: Микробная экология развития желудочно-кишечного тракта новорожденных.Am J Clin Nutr 1999; 69: 1035S-1045S.
  14. Палмер С., Бик Э.М., ДиДжиулио Д.Б. и др.: Развитие кишечной микробиоты у младенцев человека. PLoS Biol 2007; 5: e177.
  15. Koenig JE, Spor A, Scalfone N, et al: Последовательность микробных консорциумов в развивающемся микробиоме кишечника младенца.Proc Natl Acad Sci USA 2011; 108 (приложение 1): 4578-4585.
  16. Сатокари Р., Грёнроос Т., Лайтинен К. и др.: ДНК Bifidobacterium и Lactobacillus в плаценте человека. Lett Appl Microbiol 2009; 48: 8-12.
  17. Перес П.Ф., Доре Дж., Леклерк М. и др.: Бактериальный импринтинг иммунной системы новорожденных: уроки материнских клеток? Педиатрия 2007; 119: e724-e732.
  18. Хименес Э., Фернандес Л., Марин М.Л. и др.: Выделение комменсальных бактерий из пуповинной крови здоровых новорожденных, рожденных с помощью кесарева сечения. Curr Microbiol 2005; 51: 270-274.
  19. Rautava S, Collado MC, Salminen S, Isolauri E: Пробиотики модулируют взаимодействие хозяина и микроба в плаценте и кишечнике плода: рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование.Неонатология 2012; 102: 178-184.
  20. Хименес Э., Марин М.Л., Мартин Р. и др .: Действительно ли меконий от здоровых новорожденных бесплоден? Рес Microbiol 2008; 159: 187-193.
  21. Мшвильдадзе М., Ной Дж., Шустер Дж. И др.: Микробная экология кишечника у недоношенных новорожденных, оцененная с помощью некультуральных методов.Журнал Педиатр 2010; 156: 20-25.
  22. Gueimonde M, Laitinen K, Salminen S, Isolauri E: Грудное молоко: источник бифидобактерий для развития и созревания кишечника младенца? Неонатология 2007; 92: 64-66.
  23. Jost T, Lacroix C, Braegger C, Chassard C: Оценка бактериального разнообразия в грудном молоке с использованием культурально-зависимых и независимых от культуры подходов.Br J Nutr 2013, электронный паб в преддверии печати.
  24. Favier CF, Vaughan EE, De Vos WM, Akkermans AD: Молекулярный мониторинг последовательности бактериальных сообществ у новорожденных людей. Appl Environ Microbiol 2002; 68: 219-226.
  25. Roger LC, Costabile A, Holland DT, et al: Исследование фекальных популяций Bifidobacterium у младенцев, вскармливаемых грудью и искусственными смесями, в течение первых 18 месяцев жизни.Микробиология 2010; 156: 3329-3341.
  26. Кабрера-Рубио Р., Колладо М.К., Лайтинен К. и др.: Микробиом грудного молока изменяется в течение лактации и определяется весом матери и способом родоразрешения. Am J Clin Nutr 2012; 96: 544-551.
  27. Маламитси-Пухнер А., Протонотариу Э., Буцику Т. и др.: Влияние способа доставки на концентрацию циркулирующих цитокинов в перинатальном периоде.Ранний Hum Dev 2005; 81: 387-392.
  28. Collado MC, Laitinen K, Salminen S, Isolauri E: Вес матери и чрезмерное увеличение веса во время беременности изменяют иммуномодулирующий потенциал грудного молока. Педиатр Res 2012; 72: 77-85.
  29. Rescigno M, Urbano M, Valzasina B и др.: Дендритные клетки экспрессируют белки плотных контактов и проникают в монослои эпителия кишечника, чтобы взять образцы бактерий.Нат Иммунол 2001; 2: 361-367.
  30. Доннет-Хьюз А., Перес П.Ф., Доре Дж и др.: Потенциальная роль кишечной микробиоты матери в образовании иммунитета новорожденных. Proc Nutr Soc 2010; 69: 407-415.
  31. Рискин А., Алмог М., Пери Р. и др.: Изменения иммуномодулирующих компонентов грудного молока в ответ на активную инфекцию у грудного ребенка.Педиатр Res 2012; 71: 220-225.
  32. Kalliomäki M, Kirjavainen P, Eerola E, et al: Отчетливые образцы микрофлоры кишечника новорожденных у младенцев, у которых атопия развивалась и не развивалась. J Allergy Clin Immunol 2001; 107: 129-134.
  33. Collado MC, Donat E, Ribes-Koninckx C и др.: Конкретные группы дуоденальных и фекальных бактерий, связанные с детской глютеновой болезнью.Дж. Клин Патол 2009; 62: 264-269.
  34. Mai V, Young CM, Ukhanova M, et al: Фекальная микробиота недоношенных детей до некротического энтероколита. PLoS One 2011; 6: e20647.
  35. Mai V, Torrazza RM, Ukhanova M, et al: Нарушения в развитии кишечной микробиоты, связанные с поздним началом сепсиса у недоношенных детей.PLoS One 2013; 8: e52876.
  36. Каллиомяки М., Колладо М.К., Салминен С., Изолаури Э. Ранние различия в составе фекальной микробиоты у детей могут предсказать избыточный вес. Am J Clin Nutr 2008; 87: 534-538.
  37. Neu J, Rushing J: Кесарево сечение по сравнению с вагинальными родами: долгосрочные результаты для новорожденных и гипотеза гигиены.Clin Perinatol 2011; 38: 321-331.
  38. Голдани Х.А., Беттиол Х., Барбьери М.А. и др.: Кесарево сечение связано с повышенным риском ожирения во взрослом возрасте в когортном исследовании бразильских новорожденных. Am J Clin Nutr 2011; 93: 1344-1347.
  39. Barros FC, Matijasevich A, Hallal PC, et al: Кесарево сечение и риск ожирения в детстве, подростковом и раннем взрослом возрасте: данные трех бразильских когорт.Am J Clin Nutr 2012; 95: 465-470.
  40. Раутава С., Луото Р., Салминен С., Изолаури Э: Микробный контакт во время беременности, кишечной колонизации и болезней человека. Нат Рев Гастроэнтерол Гепатол 2012; 9: 565-576.
  41. Бэкхед Ф., Динг Х., Ван Т. и др.: Микробиота кишечника как фактор окружающей среды, регулирующий накопление жира.Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101: 15718-15723.
  42. Cani PD, Amar J, Iglesias MA и др.: Метаболическая эндотоксемия вызывает ожирение и инсулинорезистентность. Диабет 2007; 56: 1761-1772.
  43. Мембрез М., Бланчер Ф., Жаке М. и др.: Модуляция микробиоты кишечника с помощью норфлоксацина и ампициллина повышает толерантность к глюкозе у мышей.FASEB J 2008; 22: 2416-2426.
  44. Schwiertz A, Taras D, Schäfer S, et al: Микробиота и SCFA у худых и полных здоровых людей. Эпидемиология 2009; 18: 190-195.
  45. Велагапуди В.Р., Хезаве Р., Рейгстад ​​С.С. и др.: Микробиота кишечника модулирует энергию хозяина и метаболизм липидов у мышей.Журнал Lipid Res 2010; 51: 1101-1112.
  46. Бэкхед Ф., Манчестер Дж. К., Семенкович К. Ф., Гордон Дж. И.: Механизмы, лежащие в основе устойчивости к ожирению, вызванному диетой, у стерильных мышей. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104: 979-984.
  47. Самуэль Б.С., Шайто А., Мотоике Т. и др.: Эффекты кишечной микробиоты на ожирение хозяина модулируются короткоцепочечным рецептором, связывающим жирные кислоты с G-белком, Gpr41.Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105: 16767-16772.
  48. Хотамислигил GS: Воспаление и нарушение обмена веществ. Природа 2006; 444: 860-867.
  49. Cani PD, Amar J, Iglesias MA и др.: Метаболическая эндотоксемия вызывает ожирение и инсулинорезистентность.Диабет 2007; 56: 1761-1772.
  50. Saltiel AR, Kahn CR: Передача сигналов инсулина и регулирование метаболизма глюкозы и липидов. Природа 2001; 414: 799-806.
  51. Ши Х., Кокоева М.В., Иноуе К. и др.: TLR4 связывает врожденный иммунитет и резистентность к инсулину, индуцированную жирными кислотами.Дж. Клин Инвест 2006; 116: 3015-3025.
  52. Ley RE, Bäckhed F, Turnbaugh P и др.: Ожирение изменяет микробную экологию кишечника. Proc Natl Acad Sci USA 2005; 102: 11070-11075.
  53. Ley RE, Turnbaugh PJ, Klein S, Gordon JI: Микробная экология: кишечные микробы человека, связанные с ожирением.Природа 2006; 444: 1022-1023.
  54. Тернбо П.Дж., Лей Р.Э., Маховальд М.А. и др.: Кишечный микробиом, связанный с ожирением, с повышенной способностью собирать энергию. Природа 2006; 444: 1027-1031.
  55. Everard A, Belzer C, Geurts L, et al: Перекрестный разговор между Akkermansia muciniphila и кишечным эпителием, контролирующим ожирение, вызванное диетой.Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110: 9066-9071.
  56. Тернбо П.Дж., Хамади М., Яцуненко Т. и др.: Микробиом ядра кишечника у тучных и худых близнецов. Природа 2009; 457: 480-484.
  57. Ангелакис Э., Армугом Ф., Миллион М., Рауль Д.: Взаимосвязь между кишечной микробиотой и увеличением веса у людей.Future Microbiol 2012; 7: 91-109.
  58. Ley RE: Ожирение и микробиом человека. Curr Opin Gastroenterol 2010; 26: 5-11.
  59. Santacruz A, Collado MC, García-Valdés L и др.: Состав кишечной микробиоты у беременных женщин связан с массой тела, набором веса и биохимическими параметрами.Br J Nutr 2010; 104: 83-92.
  60. Уокер А.В., Инс Дж., Дункан С.Х. и др.: Доминирующие и зависимые от диеты группы бактерий в микробиоте толстой кишки человека. ISME J 2011; 5: 220-230.
  61. Kadooka Y, Sato M, Imaizumi K и др.: Регулирование абдоминального ожирения пробиотиками ( Lactobacillus gasseri SBT2055) у взрослых с тенденциями к ожирению в рандомизированном контролируемом исследовании.Eur J Clin Nutr 2010; 64: 636-643.
  62. Дельценн Н.М., Нейринк А.М., Кани П.Д.: Микробиота кишечника и метаболические нарушения: как может работать пребиотик? Br J Nutr 2013; 109 (приложение 2): S81-S85.
  63. Лиу А.П., Пазюк М., Лювано Дж. М. мл. И др.: Сохраненные сдвиги в микробиоте кишечника из-за обходного желудочного анастомоза снижают вес хозяина и ожирение.Sci Transl Med 2013; 5: 178ra41.
  64. Kong LC, Tap J, Aron-Wisnewsky J, et al: Микробиота кишечника после желудочного обходного анастомоза при ожирении человека: повышенное богатство и ассоциации бактериальных родов с генами жировой ткани. Am J Clin Nutr 2013; 98: 16-24.
  65. Borody TJ, Paramsothy S, Agrawal G: Трансплантация фекальной микробиоты: показания, методы, доказательства и направления на будущее.Curr Gastroenterol Rep 2013; 15: 337.
  66. Vrieze A, Van Nood E, Holleman F и др.: Перенос кишечной микробиоты от худых доноров увеличивает чувствительность к инсулину у людей с метаболическим синдромом. Гастроэнтерология 2012; 143: 913-916.
  67. Чан Р.С., Ву Дж .: Профилактика избыточного веса и ожирения: насколько эффективен нынешний подход общественного здравоохранения.Int J Environ Res Public Health 2010; 7: 765-783.
  68. Баркер Д.Д.: Истоки теории происхождения развития. J Intern Med 2007; 261: 412-417.
  69. Kaplan JL, Shi HN, Walker WA: Роль микробов в иммунологическом программировании развития.Педиатр Res 2011; 69: 465-472.
  70. Collado MC, Isolauri E, Laitinen K, Salminen S: отчетливый состав кишечной микробиоты во время беременности у женщин с избыточным и нормальным весом. Am J Clin Nutr 2008; 88: 894-899.
  71. Collado MC, Isolauri E, Laitinen K, Salminen S: Влияние веса матери на приобретение, состав и активность микробиоты младенца в раннем младенчестве: проспективное последующее исследование, начатое на ранних сроках беременности.Am J Clin Nutr 2010; 92: 1023-1030.
  72. Лоулор Д.А., Лихтенштейн П., Фрейзер А., Лонгстрём Н.: Имеет ли прибавка в весе матери во время беременности долгосрочное влияние на ожирение у потомства? Исследование братьев и сестер в проспективной когорте из 146 894 мужчин из 136 050 семей. Am J Clin Nutr 2011; 94: 142-148.
  73. Айслев Т.А., Андерсен С.С., Гамборг М. и др.: Избыточный вес в детстве после установления микробиоты кишечника: роль способа родов, вес до беременности и раннее введение антибиотиков. Инт Дж. Обес (Лондон) 2011; 35: 522-529.
  74. Лайтинен К., Пусса Т., Изолаури Э. и др.: Пробиотики и диетическое консультирование способствуют регулированию уровня глюкозы во время и после беременности: рандомизированное контролируемое исследование.Br J Nutr 2009; 101: 1679-1687.
  75. Луото Р., Лайтинен К., Нермес М., Изолаури Э.: Влияние консультирования матери по вопросам питания с добавлением пробиотиков на исход беременности и пренатальный и послеродовой рост: двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. Br J Nutr 2010; 103: 1792-1799.
  76. Ilmonen J, Isolauri E, Poussa T., Laitinen K: Влияние диетического консультирования и пробиотического вмешательства на антропометрические измерения матери во время и после беременности: рандомизированное плацебо-контролируемое исследование.Clin Nutr 2011; 30: 156-164.
  77. Геймонд М., Саката С., Каллиомаки М. и др.: Влияние потребления матерью Lactobacillus GG на передачу и формирование фекальной бифидобактериальной микробиоты у новорожденных. J Pediatr Gastroenterol Nutr 2006; 42: 166-170.
  78. Луото Р., Каллиомаки М., Лайтинен К., Изолаури Э: Влияние перинатального пробиотического вмешательства на развитие избыточного веса и ожирения: последующее исследование от рождения до 10 лет.Инт Дж. Обес (Лондон) 2010; 34: 1531-1537.

Автор Контакты

Раакель Луото, доктор медицинских наук

Отделение педиатрии и подростковой медицины

Университетская больница Турку

Kiinamyllynkatu 4-8, FI-20520 Турку (Финляндия)

Электронная почта [email protected]


Подробности статьи / публикации

Предварительный просмотр первой страницы

Опубликовано онлайн: 8 ноября 2013 г.
Дата выпуска: ноябрь 2013 г.

Количество страниц для печати: 11
Количество рисунков: 2
Количество столов: 0

ISSN: 0250-6807 (печатный)
eISSN: 1421-9697 (онлайн)

Для дополнительной информации: https: // www.karger.com/ANM


Авторские права / Дозировка препарата / Заявление об ограничении ответственности

Авторские права: Все права защищены. Никакая часть данной публикации не может быть переведена на другие языки, воспроизведена или использована в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись, микрокопирование, или с помощью какой-либо системы хранения и поиска информации, без письменного разрешения издателя. .
Дозировка лекарства: авторы и издатель приложили все усилия, чтобы гарантировать, что выбор и дозировка лекарства, указанные в этом тексте, соответствуют текущим рекомендациям и практике на момент публикации.Тем не менее, ввиду продолжающихся исследований, изменений в правительственных постановлениях и постоянного потока информации, касающейся лекарственной терапии и реакций на них, читателю настоятельно рекомендуется проверять листок-вкладыш для каждого препарата на предмет любых изменений показаний и дозировки, а также дополнительных предупреждений. и меры предосторожности. Это особенно важно, когда рекомендованным агентом является новый и / или редко применяемый препарат.
Отказ от ответственности: утверждения, мнения и данные, содержащиеся в этой публикации, принадлежат исключительно отдельным авторам и соавторам, а не издателям и редакторам.Появление в публикации рекламы и / или ссылок на продукты не является гарантией, одобрением или одобрением рекламируемых продуктов или услуг или их эффективности, качества или безопасности. Издатель и редактор (-ы) не несут ответственности за любой ущерб, причиненный людям или имуществу в результате любых идей, методов, инструкций или продуктов, упомянутых в контенте или рекламе.

границ | Роль микробиома и метаболома кишечника собак в здоровье и желудочно-кишечных заболеваниях

Введение

Микробиом кишечника состоит из бактерий, архей, вирусов и эукариотических организмов, которые обитают в желудочно-кишечном тракте и связаны с хозяином симбиотическим образом.Например, бактерии в кишечнике производят короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), которые питают эпителий кишечника, в то время как эпителий производит слизь, которая питает полезные бактерии.

Микробиом кишечника участвует в метаболических функциях, защищает от патогенов, обучает иммунную систему и посредством этих основных функций прямо или косвенно влияет на большинство наших физиологических функций. Серотонин, нейромедиатор, в основном вырабатывается в кишечнике, что привело к развитию концепции оси кишечник-мозг (1).Здоровый и стабильный микробиом может одновременно действовать как провоспалительный и противовоспалительный, поддерживая баланс, предотвращающий чрезмерное воспаление, при этом будучи способным быстро реагировать на инфекции (2).

Микробиом здоровой собаки

Вариации со стороны желудочно-кишечного тракта

Исследования с использованием бактериальных культур или молекулярных методов согласуются друг с другом, демонстрируя, что численность и богатство бактерий увеличивается по ходу тракта (3). Первоначальные исследования бактериологического посева показали, что бактериальная нагрузка в тонком кишечнике здоровых собак ниже, чем в толстой кишке, при этом общая нагрузка в желудочно-кишечном тракте колеблется от 10 2 до 10 11 колониеобразующих единиц (КОЕ) на грамм просвета. содержание (4, 5).Молекулярные методы позволили идентифицировать некультивируемые бактерии, присутствующие в желудочно-кишечном тракте собаки, и оценки общей микробной нагрузки теперь колеблются между 10 12 и 10 14 , что примерно в 10 раз превышает количество клеток, присутствующих в организме хозяина ( 6).

Микробные сообщества вдоль тракта различаются, чтобы отражать микросреду и физиологические функции каждого сегмента кишечника. Например, в тонкой кишке обитает смесь аэробных и факультативно анаэробных бактерий, тогда как толстая кишка заселена почти исключительно анаэробами.Вдоль желудочно-кишечного тракта бактериальные последовательности обычно принадлежат к одному из пяти типов: Firmicutes, Fusobacteria, Bacteroidetes, Proteobacteria и Actinobacteria (3, 7).

Различия в численности таксонов в желудочно-кишечном тракте отражаются в производстве и потреблении различных метаболитов. Вдоль тракта концентрация большинства метаболитов постепенно увеличивается или уменьшается, хотя некоторые из них резко снижаются в конце подвздошной кишки, а иногда даже колеблются по ходу тракта (7).Метаболомика, то есть изучение метаболитов, - это новая область исследований, которая пытается зафиксировать и проанализировать обмен веществ между хозяином и микробиомом. Данные метаболомики можно считать дополнительными к метагеномике при изучении микробиома кишечника и позволяют ученым выйти за рамки вопроса «какие микроорганизмы существуют?» на, возможно, более острый вопрос «что они делают?»

Несмотря на разнообразие таксонов в желудочно-кишечном тракте, образцы из определенных регионов тракта получить сложно, поэтому большинство клинических исследований сосредоточено на фекальной микробиоте.Образцы фекалий собак достоверно представляют большинство соответствующих таксонов, в отличие от людей, у которых наиболее значимые таксоны тесно связаны со слизистой оболочкой (8). Эти результаты могут быть связаны с анатомией желудочно-кишечного тракта собак, короче, чем у человека, и с более быстрым временем прохождения, и облегчают изучение микробиома кишечника собак.

Хотя в разных исследованиях наблюдаются различия в составе, важно, однако, отметить, что, независимо от используемых методов, ключевые виды бактерий постоянно присутствуют в образцах фекалий здоровых собак, что указывает на присутствие основного бактериального сообщества фекалий.В фекальном микробиоме здоровых собак доминируют три типа: Fusobacterium, Bacteroidetes и Firmicutes (9, 10). При просмотре литературы можно увидеть широкий разброс процентного содержания конкретных бактериальных таксонов. Важно помнить, что методы секвенирования и анализа данных постоянно развиваются, и многие из этих вариаций можно отнести к различным методам секвенирования и / или анализа данных. Действительно, даже разная глубина секвенирования (то есть количество последовательностей на образец) может уменьшить сходство данных, а новые методы значительно увеличили количество последовательностей на образец, которое может быть получено.Кроме того, существуют индивидуальные различия в профиле микробиома (11, 12), и их следует учитывать, особенно при экстраполяции результатов из небольших групп образцов.

В рамках этого основного бактериального сообщества многие основные таксоны принадлежат к типу Firmicutes. Бактериальный класс Clostridia постоянно входит в число наиболее распространенных таксонов, среди которых преобладают три кластера Clostridium : IV (например, семейство Ruminococcaceae, Faecalibacterium prausnitzii ), XI (например, семейство Peptostreptococcaceae ) и XIVa.g., семейство Lachnospiraceae, Blautia spp.) (8, 13, 14). Помимо Clostridia, в филюме Firmicutes преобладают дополнительные классы Bacilli и Erysipelotrichi. Класс Bacilli состоит почти исключительно из отряда Lactobacillales, в котором преобладают роды Streptococcus и Lactobacillus . Класс Erysipelotrichi в основном включает роды Turicibacter, Catenibacterium и Coprobacillus (14, 15).

Bacteroidetes - еще один распространенный филум в образцах фекалий собак, включающий роды Prevotella, Bacteroides и Megamonas (10, 14).Было обнаружено, что наиболее распространенные роды, Bacteroides и Prevotella , сильно различаются по численности у разных собак. Интересно, что объединенная численность Prevotella и Bacteroides , по-видимому, обратно пропорциональна численности филума Fusobacteria, что может указывать на то, что они занимают одну и ту же нишу (8).

Внутри филума Fusobacteria род Fusobacterium связан со здоровыми контрольными собаками. Интересно, что у людей Fusobacterium связано с желудочно-кишечными заболеваниями, что указывает на то, что Fusobacterium играет иную роль в желудочно-кишечном тракте собак (8). Изобилие Fusobacterium увеличивается у собак, выходящих на улицу (16), а более высокие уровни Fusobacterium также наблюдаются у других видов хищников (17–19).

Также обычно идентифицируются Phyla Proteobacteria и Actinobacteria. Эти типы обычно являются колонизаторами тонкого кишечника и в физиологических условиях будут присутствовать в меньших количествах в образцах фекалий. Например, члены семейства Enterobacteriaceae (например, Escherichia coli ) являются факультативными анаэробами, что позволяет им использовать кислород, доступный в тонком кишечнике.В образцах кала их увеличение связано со многими заболеваниями, о чем будет сказано далее в этом обзоре. Актинобактерии также связаны с тонким кишечником и включают семейства Corynebacteriaceae (например, Corynebacterium spp.) И Coriobacteriaceae (например, Collinsella spp.) (7).

Эффект диеты

Собаки в их естественном состоянии - хищники-падальщики, что означает, что они хорошо себя чувствуют на диете, богатой мясом, но будут использовать любую доступную пищу.У собак большинство исследований микробиома проводилось на основе экструдированных кормов (также известных как сухие корма), которые составляют до 95% рынка сухих кормов для собак. Традиционно процесс экструзии требует высокой загрузки углеводов, что достигается за счет включения растительных ингредиентов. Однако недавно стали доступны альтернативные промышленные процессы, и теперь определенная доля рынка кормов для домашних животных включает в себя сухие корма с пониженным содержанием углеводов и повышенным содержанием белка. Также все более популярными становятся сырые диеты, замороженные или сублимированные, которые, как правило, основаны на мясе и содержат от низкого до незначительного процентного содержания углеводов.

Несколько исследований на разных видах показали, что состав рациона - особенно большие различия в макроэлементах, подобные тем, которые обнаруживаются в рационах плотоядных и травоядных - отражается на различных профилях микробиома кишечника. У всеядных видов, включая людей, которые могут терпеть и процветать на любом конце спектра, краткосрочного потребления диет, полностью состоящих из продуктов животного или растительного происхождения, достаточно, чтобы изменить структуру микробного сообщества и преодолеть межиндивидуальные различия в микробных генах. выражение (20).У людей потребление диеты на основе животных увеличивает количество устойчивых к желчи микроорганизмов и снижает уровень Firmicutes, который включает виды, которые, как известно, метаболизируют полисахариды пищевых растений. У собак, как и у людей, увеличение содержания растительной клетчатки в экструдированных рационах приводит к увеличению общей численности Firmicutes и снижению количества Fusobacteria и Proteobacteria (9, 21).

Однако для собак царство происхождения ингредиентов, по-видимому, менее важно, чем общий состав макроэлементов.Экструдированные рационы с аналогичным содержанием макроэлементов, но приготовленные исключительно из растительных источников белка, по-видимому, существенно не изменяют микробиом собак по сравнению с традиционными экструдированными рационами (смешанные животные и овощи) (22).

В нескольких исследованиях оценивалось влияние мясных сырых диет на микробиом кишечника здоровых собак по сравнению с собаками, которых кормили сухими кормами. В одном исследовании (23) собак кормили домашней диетой Bones and Raw Food (BARF), состоящей из комбинации сырого мяса, органов, мясистых костей и овощей.В целом, по сравнению с контрольной группой, получавшей гранулы, диета BARF включала больше белков и жиров и меньше клетчатки и углеводов. В другом исследовании (19) оценивалась диета из красного мяса, содержащая исключительно говяжье мясо, органы, кости и минеральные добавки, в соответствии с рекомендациями Американской ассоциации должностных лиц по контролю кормов (AAFCO). Диета с красным мясом содержала больше белка, но меньше жира, клетчатки и углеводов, чем контрольные кусочки.

Обе диеты значительно различались по содержанию макроэлементов по сравнению с коммерческими кормовыми диетами, включая меньшее количество клетчатки и углеводов и больше белка, и приводили к аналогичным сдвигам микробной популяции по сравнению с контрольными группами, получавшими гранулированные корма.В обоих исследованиях у собак, получавших сыроедение, наблюдалось общее снижение численности Firmicutes (23), включая роды Peptostreptococcus и Faecalibacterium , а также роды Bacteroides и Prevotella (тип Bacteroidetes) (тип 19). Большинство из этих родов связаны с перевариванием пищевых волокон и производством SCFA, что указывает на снижение ферментации клетчатки и углеводов из-за их пониженного потребления. Напротив, было обнаружено увеличение численности других бактериальных таксонов, включая Proteobacteria и Fusobacteria (род Fusobacterium ) и два рода из филума Firmicutes ( Lactobacillus и Clostridium ) (19, 23).

В этих исследованиях собак кормили диетой BARF не менее 4 недель (4 недели - 9 лет) (23) и диетой из красного мяса в течение 3-9 недель (19). Одно исследование с собаками, получавшими сыроедение в течение как минимум 1 года, показало, что у них более богатый и равномерный микробиом по сравнению с контрольной группой, получавшей корм на гранулах (24). Они также показали увеличение численности Clostridium perfringens и Fusobacterium varium и снижение численности Coprobacillus sp. по сравнению с контролем.Однако исследование (24) включало только шесть животных, и для подтверждения этих результатов необходимы исследования с более крупными когортами.

В другом исследовании (25) здоровые собаки были переведены на диету, состоящую из кусочков, смешанных с увеличивающимся процентным содержанием рубленого говяжьего мяса. Из-за отсутствия состава, отвечающего требованиям к питанию, в сочетании с коротким периодом наблюдения (всего 1 неделя для каждой комбинации) результаты следует интерпретировать с осторожностью. Несмотря на это, они сообщили о схожих результатах с уменьшением Faecalibacterium и увеличением двух штаммов Clostridiaceae .

Интересно, что один из штаммов Clostridiaceae позже был идентифицирован как Clostridium hiranonis , бактериальный вид, связанный с нормальным метаболизмом желчных кислот (БК) (25, 26). В исследовании (23) сообщалось о нормальном метаболизме БА у здоровых собак, получавших диету BARF, без существенных отличий от контрольной группы, получавшей гранулы. Метаболизм БА является важным путем не только для переваривания липидов, но и для регуляции воспаления кишечника и обычно изменяется при хронических желудочно-кишечных заболеваниях (26, 27).

Несмотря на то, что они обычно связаны с желудочно-кишечными заболеваниями (из-за Clostridium perfringens и Clostridioides difficile , потенциальных патогенов, которые будут дополнительно обсуждаться позже в этой рукописи), было высказано предположение, что численность членов Clostridiaceae увеличивается (например, Clostridium ) при кормлении собак рационами, богатыми белками, может не быть вредным для их здоровья (19), а скорее связано с перевариванием белка.Было обнаружено, что увеличение численности семейства Clostridiaceae положительно коррелирует с содержанием белка в пище (19). Кроме того, было обнаружено, что Clostridiaceae положительно коррелируют с усвояемостью белка и отрицательно коррелируют с содержанием белка в кале (то есть, более Clostridiaceae приводит к меньшему количеству оставшегося белка в кале). Эти данные позволяют предположить, что Clostridiaceae может играть роль в метаболизме белка в кишечном тракте собак, отличную от той роли, которую играет в толстом кишечнике крысы, где Clostridiaceae отвечают на пищевые углеводы.Кроме того, у Clostridiaceae была положительная корреляция с показателем здоровья фекалий (т. Е. Фекалии были более твердыми) и отрицательная корреляция с фекальным продуктом (т. Е. Меньшим фекальным выходом).

Важно проявлять осторожность при экстраполяции результатов от всеядных видов к плотоядным. Влияние диеты на Bifidobacterium spp. ( Bifidobacteriaceae ), Lactobacillus spp. ( Lactobacillaceae ) и Faecalibacterium spp.( Ruminococcaceae ) часто исследуют, поскольку они считаются полезными для всеядных животных (28). Их преимущество объясняется их ролью в производстве продуктов ферментации углеводов, которые позже превращаются в бутират посредством пути бутирил-КоА: ацетат-КоА-трансферазы. Роль бутирата, SCFA, в здоровье кишечника неоспорима, поскольку бутират является предпочтительным источником энергии для колоноцитов (29).

Однако бутират можно найти в образцах фекалий всех млекопитающих, независимо от их источников пищи.Следовательно, у млекопитающих, которые потребляют мало углеводов или совсем не потребляют их, должны присутствовать альтернативные пути производства бутирата. В исследовании с диетой с высоким содержанием жиров и низким содержанием крахмала (с добавлением сала) у собак уровни ацетата, бутирата и пропионата не отличались от собак, получавших диету с низким содержанием жира и высоким содержанием крахмала (с добавлением кукурузы и дробленого риса), что указывает на что производство SCFA у собак не зависит исключительно от содержания углеводов (30). Подтверждая эту гипотезу, другое исследование (25) показало, что добавление мясного фарша к обычной диете в виде гранул на самом деле привело к небольшому увеличению фекального бутирата и изовалерата.

Недавнее исследование показало, что у плотоядных животных Clostridiaceae и, в частности, Clostridium perfringens , связаны с путем синтеза бутираткиназы бутирата, который позволяет производить бутират из белка (17). Другой бактерией, которая, как известно, продуцирует бутират из источников белка, является Fusobacterium varium (31), которая была более распространена в группе собак, получавших мясные сырые диеты в течение как минимум 1 года, что предполагает адаптацию микробиома к долгосрочным условиям. диета (24).Кроме того, было обнаружено, что представители семейства Fusobacteriaceae более многочисленны среди других видов плотоядных животных [кошки: (18, 32), волки: (33, 34), другие плотоядные: (17, 35)] и собаки. скармливаемые сырыми диетами (19, 23, 36).

Эти данные ставят под вопрос, приносят ли бактерии, которые специализируются на ферментации углеводов, те же преимущества, что и у всеядных, для желудочно-кишечного тракта плотоядных (19). Возможно, что у плотоядных животных производство бутирата может, по крайней мере, частично обеспечиваться другими видами бактерий, такими как представители семейств Clostridiaceae и Fusobacteriaceae , что может быть причиной их увеличения у собак, получающих сырой рацион.

Также было обнаружено, что диета

BARF увеличивает уровень гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), нейромедиатора, и его предшественника гамма-гидроксимасляной кислоты (GHB) в кале (23). ГАМК и ГОМК быстро абсорбируются из желудочно-кишечного тракта при пероральном введении (37, 38), а в Японии доступны продукты, богатые ГАМК-продуцирующими бактериями для лечения гипертонии (39). Связь между кишечником и мозгом изучалась при многих заболеваниях у собак и других видов животных и привела к развитию концепции оси кишечник-мозг (40).

Другой нейротрансмиттер, серотонин, необходим для здоровья кишечника. Около 90% серотонина, производимого в организме, поступает из кишечника, где он регулирует моторику, секрецию и кровоток в кишечной нервной системе (41). Производство серотонина также частично контролируется микробиомом либо путем прямого производства серотонина бактериями (42), либо путем потребления его предшественника, аминокислоты триптофана (1). Микробиота кишечника важна для развития кишечной нервной системы.Бесплодные мыши демонстрируют аномально повышенную двигательную активность и снижение тревожных реакций, которые нормализуются после колонизации микробиотой обычных мышей (43).

Установление, стабильность и упадок микробиома кишечника

Независимо от вида, колонизация желудочно-кишечного тракта у млекопитающих начинается еще до того, как новорожденный выходит из родовых путей. Начальная колонизация варьируется и отражает способ родов и питания, а разнообразие микробиома со временем будет увеличиваться (44).У людей младенцы, рожденные естественным путем, приобретают микробные популяции из влагалищной микробиоты матери, в то время как младенцы, рожденные посредством кесарева сечения, приобретают бактериальные популяции из кожи матери (45). Хотя исследований на собаках, рожденных посредством кесарева сечения, не проводилось, новорожденные собаки с рождения подвергаются воздействию влагалищной и фекальной микробиоты матери через язык матери, и поэтому эффект от метода родоразрешения, вероятно, менее выражен.

У собак, как и у людей, созревание микробиома до взрослого состава совпадает с отлучением от груди.В исследовании со щенками в возрасте от 1 недели до 1 года (46) у щенков в течение первых нескольких недель жизни были существенно различающиеся микробиомы с преобладанием протеобактерий. Однако в возрасте 9 недель протеобактерии значительно снизились, и Faecalibacterium spp. и Clostridium hiranonis были значительно увеличены со значениями в пределах референтного интервала здоровых взрослых. Кроме того, было обнаружено, что у взрослых однопометников более похожий состав микробиома, чем у неродственных собак, что указывает на важность генетики и воздействия в раннем возрасте (10).

Окружающая среда и, в частности, другие члены семьи могут влиять на микробиом кишечника. В исследовании, сравнивающем собак и их владельцев, наблюдалось значительное совместное использование микробиоты кожи между парами собака-владелец по сравнению с другими членами семьи, не являющимися членами семьи, и меньший эффект наблюдался также в фекальной микробиоте (16). Хотя общее влияние такого обмена микробиотой, вероятно, невелико, его следует иметь в виду в домохозяйствах, в которых есть люди с ослабленным иммунитетом из-за потенциального зоонозного воздействия (47).

У многих видов микробиом кишечника у здоровых взрослых с течением времени обычно остается стабильным. У собак оценивалась только краткосрочная изменчивость, и было обнаружено, что микробиом относительно стабилен в течение 2 недель (14). В исследовании взрослых людей, не принимавших антибиотики, более 70% видов фекальных бактерий у одного человека были стабильными в течение 1 года, и расчеты показывают, что большинство видов, вероятно, были стабильными в течение десятилетий у лиц со стабильным весом (48). Хотя долгосрочные данные по собакам недоступны, разумно ожидать, что микробиом кишечника может быть стабильным у здоровых взрослых животных, потенциально на протяжении всей их взрослой жизни.Подмножество бактериальных таксонов было идентифицировано как ключевые бактерии для здоровья желудочно-кишечного тракта (8) и использовалось для создания индекса дисбактериоза, который может оценивать микробиом кишечника с помощью набора реакций кПЦР (49). Индекс дисбактериоза будет обсуждаться далее в этом обзоре.

Было показано, что микробное разнообразие желудочно-кишечного тракта снижается с возрастом у других видов, и это снижение связано с повышенной хрупкостью и снижением когнитивной функции (50). Иммунное старение у пожилых пациентов связано с воспалением, хроническим воспалительным состоянием низкой степени, которое включает дисбаланс в составе микробиома (51).В исследовании с исключительно долгоживущими видами летучих мышей было обнаружено, что микробиом здоровых старых летучих мышей очень похож на микробиом молодых летучих мышей, что указывает на связь между здоровым старением и микробиомом кишечника (52). Микробиом стареющей собаки еще не изучен, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить, могут ли стратегии задержки потери разнообразия микробиома у пожилых людей также отсрочить наступление иммунного старения и увеличить продолжительность жизни.

Микробиом кишечника при болезнях

Хотя возраст, диета и факторы окружающей среды могут играть значительную роль в поддержании здорового микробиома, изменения, которые они вызывают, бледнеют по сравнению с изменениями, обнаруженными у больных животных.Многие заболевания, системные или локальные, влияют на микробиом кишечника или находятся под его влиянием и связаны с дисбактериозом.

Дисбиоз кишечника определяется как изменения в составе микробиоты кишечника, которые приводят к функциональным изменениям микробного транскриптома, протеома или метаболома (53). Увеличение численности факультативных анаэробных бактерий семейства Enterobacteriaceae является распространенным маркером дисбактериоза (54), наблюдаемым также у собак (8).

Было высказано предположение, что кислород может быть ответственным за изменения в составе микробиоты, наблюдаемые при дисбактериозе (55).Эта гипотеза фокусируется на доступности кислорода в просвете кишечника, который может увеличиваться в ситуациях, которые позволяют повысить проницаемость кишечника, включая воспаление (54). Возникающее в результате увеличение свободного кислорода отрицательно влияет на популяции строгих анаэробов и приводит к неконтролируемому распространению в просвете факультативных анаэробов, особенно членов семейства Enterobacteriaceae (53). Представление о том, что кислород, сам по себе или в сочетании с другими респираторными акцепторами электронов, контролирует изобилие Enterobacteriaceae в толстом кишечнике, имеет важные разветвления для понимания того, как нарушение гомеостаза кишечника вызывает дисбактериоз.

Состав микробиоты кишечника также оказывает значительное влияние на иммунную функцию и регулирует местную выработку антител. Хотя кишечные микробы отделены внутренним слизистым слоем и гликокаликсом от прямого контакта с энтероцитами, дендритные клетки кишечника могут распространять свои дендриты в просвет кишечника и брать образцы микробиоты. Большинство этих вторгающихся бактерий убиваются макрофагами, а некоторые также передаются В-клеткам. В-клетки продуцируют IgA, который секретируется в просвет, связываясь с бактериями и активируя целенаправленное бактериальное разрушение (2).

Предшественники кишечных хелперов T (Th) могут дифференцироваться в клетки Treg или Th27 в зависимости от сигналов, полученных от микробиоты (2). В гомеостазе производство Treg-клеток благоприятно, производство Th27-клеток подавляется, и в стенке кишечника возникает минимальное воспаление. В отсутствие Treg-клеток неконтролируемые эффекторные T-клетки будут реагировать на микробные антигены и вызывать воспаление (2). Определенные бактериальные группы могут влиять на этот процесс: например, было показано, что представители Clostridium групп IV и XIVa стимулируют индукцию Treg (56), вызывая противовоспалительный ответ, в то время как сегментированные нитчатые бактерии (SFB) были показаны индуцировать Th27 (57), генерируя провоспалительные сигналы.

Воспаление кишечника также может быть вызвано дисбиозом кишечника из-за дисметаболизма желчных кислот, который наблюдается как у собак, так и у людей (26, 27, 58). Желчные кислоты (БК) необходимы для переваривания липидов, но также играют роль в защите слизистой оболочки и обладают противовоспалительными свойствами. Бактерии в просвете кишечника ответственны за деконъюгацию и дегидроксилирование БА, поэтому дисбактериоз может нарушать продукцию вторичных БА. Хроническое заболевание кишечника также может снижать экспрессию апикального натрийзависимого транспортера желчных кислот (ASBT), который необходим для реабсорбции конъюгированной первичной БК (27).Взятые вместе, эти результаты показывают, что дисбактериоз и воспаление кишечника могут значительно ухудшить метаболизм БА, что, в свою очередь, может еще больше стимулировать воспаление кишечника.

Дисбактериоз наблюдается при многих патологиях как локально, в желудочно-кишечном тракте, так и системно (59). Несмотря на то, что недавняя работа выходит за рамки этого обзора, недавние исследования связывают дисбактериоз с ожирением (60), метаболическими заболеваниями (61), раком (62), неврологическими нарушениями (63) и многими другими как у собак, так и у людей.Однако следует проявлять осторожность при интерпретации этих результатов. Хотя связь с дисбактериозом была продемонстрирована при этих заболеваниях, часто причинно-следственный эффект еще предстоит доказать, и дисбактериоз может быть симптомом процесса болезни, а не его причиной.

Кишечный микробиом и болезни ЖКТ

Дисфункции желудочно-кишечного тракта - наиболее очевидная связь с дисбактериозом кишечника. Было обнаружено, что микробиом кишечника изменяется как при острой, так и при хронической диарее.Как и в случае со здоровыми собаками, исследования на собаках с заболеваниями желудочно-кишечного тракта будут сообщать о различных процентах обилия таксонов, однако большинство таксонов постоянно увеличиваются или уменьшаются в рамках одного и того же фенотипа заболевания.

Большая часть очевидных расхождений между исследованиями может быть отнесена на счет сложности получения образцов из хорошо изученных клинических случаев без смешивающих факторов, таких как недавнее введение антибиотиков. Эта трудность в сочетании с бюджетными ограничениями приводит к исследованиям с небольшим количеством выборок, что ограничивает статистическую мощность.Новые технологии делают секвенирование метагенома более доступным, и с увеличением количества образцов в рамках проекта подобные методологические проблемы должны стать легче.

При острой неосложненной диарее (AD) у собак разовьется сильный дисбиоз с уменьшением количества бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), таких как Blautia spp., Ruminococcus spp., Faecalibacterium praunitzii и Turicibacter spp. (64), а также увеличение численности в роде Clostridium (26).Микробное разнообразие снижается, и микробные сообщества значительно отличаются от здоровых собак.

Несмотря на мягкую клиническую картину, AD связана с фекальным дисбиозом, который значительно изменяет не только профили SCFA в кале, но также метаболиты крови и мочи, что позволяет предположить, что острые эпизоды диареи влияют на общий метаболический профиль организма-хозяина. Фактически, исследование (65) продемонстрировало, что, хотя численность SCFA-продуцирующих бактерий была снижена в образцах фекалий собак с AD, при измерении SCFA значительно снизилась только концентрация пропионата.Вместо этого было обнаружено, что бутират повышен в образцах фекалий собак с БА, противоречие, по мнению авторов, могло возникнуть из-за снижения абсорбции бутирата или уменьшения использования бутирата энтероцитами. Интересно, однако, что они также продемонстрировали увеличение численности Clostridium sp., Которые, как упоминалось ранее, могут продуцировать бутират из белка с использованием альтернативного пути, что может быть другим объяснением увеличения бутирата.

Подобные изменения были обнаружены у собак с синдромом острой геморрагической диареи (AHDS), также известным как геморрагический гастроэнтерит (HGE) (66).Несмотря на различие в клинической картине, собаки с AD и AHDS демонстрируют сходные сдвиги в бактериальных группах (65). По сравнению со здоровыми собаками, у обеих собак с AD и AHDS более низкое содержание Ruminococcaceae и Faecalibacterium spp. Исследования показали связь между Clostridium perfringens и AHDS (66), однако его энтеротоксин не может быть обнаружен в образцах кала AHDS (67). Ген из недавно открытого токсина netF был обнаружен в геноме C.perfringens , выделенный из биоптатов кишечника собак с AHDS (68). Кроме того, другие исследования обнаружили сильную корреляцию между присутствием гена netF в образцах кала и AHDS (69), а восстановление после AHDS сопровождалось значительным снижением гена netF и численности C. perfringens (70). В совокупности эти результаты предполагают, что токсин netF может играть роль в некротических поражениях, присутствующих в AHDS.

Другая Clostridia, которая привлекла большое внимание в медицине, Clostridioides difficile (ранее известная как Clostridium difficile ) (71) является противоречивой проблемой для собак.В то время как инфекции C. difficile у людей хорошо изучены и связаны с терапией антибиотиками и госпитализацией, у собак C. difficile и его токсины обнаруживаются у клинически здоровых субъектов, и инфекция не может быть вызвана у здоровых собак даже после лечения антибиотиками. . Фактически, в одном исследовании (72) сообщалось о 29% случаев изоляции здоровых собак-добровольцев в Японии и 35% среди пациентов ветеринарной больницы при лечении состояний, не связанных с желудочно-кишечным трактом. Тем не менее, другие исследования дают более консервативные показатели изоляции: 5.5% собак из приютов в Германии положительны на C. difficile (73) и отсутствуют изоляты из 55 здоровых собак в Канаде (74).

Штаммы C. difficile , выделенные от собак, способны продуцировать токсины in vitro , которые серьезно нарушают плотные контакты в линиях клеток собак и человека (75). Авторы предположили, что, как и у людей, присутствие бактерий, дегидроксилирующих желчные кислоты, в частности Clostridium hiranonis , может быть защитным фактором у собак.Кроме того, Sphingobacterium faecium также был предложен в качестве защитного вида, что может быть связано с его способностью продуцировать сфингофосфолипиды (75).

У собак с симптомами, обнаруженных как положительные на C. difficile , неизвестно, связаны ли клинические признаки с C. difficile или это вторичная находка. В интересном исследовании (76) у пяти собак с хронической диареей, которые дали положительный результат на C. difficile , диарея возобновилась после лечения метронидазолом, но прекратилась после диетического вмешательства, и у C.difficile больше не обнаруживался. Эти результаты предполагают, что C. difficile был вторичным по отношению к основной проблеме. Учитывая частую идентификацию эпидемических ПЦР-риботипов человека у собак (72, 77), следует контролировать потенциал C. difficile как зоонозного агента (78).

Развитие хронических энтеропатий (ХЭ) было зарегистрировано у собак после эпизодов парвовирусной инфекции (79), и аналогичная картина была описана у людей (80, 81).Некоторые из изменений, присутствующих при острой диарее как у людей, так и у собак, также возникают при CE. Примеры включают дисбактериоз и снижение количества бактерий, продуцирующих SCFA, что было обнаружено у собак с острой и хронической диареей (64, 65, 82). Необходимы дальнейшие исследования для оценки долгосрочного воздействия острой диареи и ее роли в развитии ХЭ.

Хронические энтеропатии у собак обычно классифицируются в соответствии с их реакцией на лечение как диарея, чувствительная к пище (FRD), диарея, чувствительная к антибиотикам (ARD), и диарея, чувствительная к иммунодепрессантам (SRD, также известная как идиопатическое воспалительное заболевание кишечника, IBD).У всех собак с хроническими энтеропатиями в той или иной степени будет наблюдаться воспаление кишечника, и поэтому дисбиотические микробиомы будут одинаковыми по сравнению со здоровыми собаками (83).

Помимо дисбактериоза, у собак с ХЭ также значительно снижено бактериальное разнообразие фекалий (82, 84). У собак с ВЗК численность филума Fusobacteria снижена, как и филума Bacteroidetes, особенно семейств Bacteroidaceae и Prevotellaceae (например, род Prevotella ) (82, 83).Внутри филума Firmicutes у собак с ВЗК наблюдались сокращения в семействах Ruminococcaceae (род Ruminococcus ), Veillonellaceae (род Megamonas ) и Lachnospiraceae (82–84). Из-за их роли в качестве основных бактерий, продуцирующих SCFA, одновременное уменьшение всех этих бактериальных таксонов снижает доступность SCFA, которые являются основным источником энергии для колоноцитов (82). Кроме того, гамма-протеобактерии (например, Enterobacteriaceae ), являющиеся признаком дисбактериоза, чрезмерно представлены в образцах фекалий собак с ХЭ (8, 82, 85, 86).

Когда определенные роды были оценены в образцах фекалий с помощью кПЦР, численность Blautia spp. (Класс Clostridia), Faecalibacterium spp. (Класс Clostridia) и Turicibacter spp. (Класс Erysipelotrichia) были значительно уменьшены (82, 84). Кроме того, Fusobacterium spp. (Класс Fusobacteriia) и Clostridium hiranonis (Класс Clostridia) также были уменьшены, а Streptococcus spp. (Класс Bacilli) и E.coli (класс Gammaproteobacteria) были увеличены (82). На основе конкретных знаний, накопленных в результате многочисленных молекулярных исследований (8, 87), была разработана серия реакций кПЦР для количественной оценки дисбактериоза кишечника в образцах фекалий собак. Разработанная математическая модель (49) использует количественную оценку общего количества бактерий и панель из семи бактериальных групп: Faecalibacterium spp., Turicibacter spp., Escherichia coli, Streptococcus spp., Blautia spp., Fusobacterium spp. И Clostridium hiranonis для расчета индекса дисбактериоза (DI). Отрицательные значения DI указывают на нормобиоз, а положительные значения DI указывают на дисбактериоз. DI - это первый инструмент, который позволяет количественно оценить дисбактериоз кишечника и может использоваться для мониторинга дисбактериоза с течением времени и в ответ на лечение. С тех пор другие исследования подтвердили, что DI увеличивается у собак с CE (26, 27, 82).

Было обнаружено, что помимо SCFA, изменения в аминокислотах, таких как триптофан, в значительной степени коррелируют с хроническими энтеропатиями.Триптофан является незаменимой аминокислотой для собак и предшественником таких соединений, как кинуренин, серотонин, мелатонин и индол. Кинурениновый путь включает не менее 90% катаболизма триптофана и ограничен по скорости ферментом индоламин 2,3, диоксигеназой 1 (IDO-1). Было обнаружено, что люди с ВЗК имеют повышенную экспрессию IDO-1, что приводит к более низким концентрациям триптофана в сыворотке. Подобные результаты наблюдались у кошек с CE, у которых уровни триптофана в сыворотке обратно коррелировали с тяжестью заболевания (88).Повышенный катаболизм триптофана ограничивает производство серотонина, нейромедиатора, необходимого для секреции желудочно-кишечного тракта, моторики и восприятия боли (89).

Доступность триптофана также может напрямую влиять на микробиоту кишечника, поскольку триптофан является прекурсором для производства соединений индола. Соединения индола могут синтезироваться только бактериями, и было показано, что они увеличивают экспрессию генов, связанных с улучшенным гомеостазом кишечника, снижением проницаемости кишечника и увеличением продукции муцина у других видов (90, 91).Триптофан был единственной аминокислотой, уровень которой был снижен в сыворотке от собак с энтеропатией с потерей белка, формой хронической энтеропатии, и более низкий уровень триптофана в сыворотке коррелировал с более низким уровнем сывороточного альбумина и худшими результатами (92). Кроме того, у собак с ВЗК было обнаружено значительное снижение содержания некоторых соединений индола в образцах фекалий (93).

Хотя собаки с FRD или IBD не различаются с точки зрения глобального богатства, разнообразия или состава микробиоты до лечения, их реакция на лечение действительно различается (94).После лечения как собаки с FRD, так и собаки с IBD показали увеличение количества Bacteroides , которое связано со здоровым микробиомом, в толстой кишке. Однако несколько конкретных бактериальных таксонов имели разную численность между FRD и IBD. У собак с FRD было снижение на Enterococcus spp., Corynebacterium spp. И Proteobacteria, всех потенциальных патогенов, в двенадцатиперстной кишке после лечения. В другом исследовании, посвященном собакам с FRD (22), после пробной диеты с использованием растительной белковой диеты, разнообразие микробиома больше не отличалось значительно от здорового контроля, а богатство было значительно увеличено.

Однако, в отличие от FRD, у собак с IBD, получавших иммуносупрессивную терапию, с антибиотиками или другими терапевтическими мерами или без них, клиническое выздоровление не всегда сопровождается восстановлением микробиоты. В одном исследовании (84), хотя все собаки клинически выздоровели, индексы разнообразия после 3 недель терапии показали тенденцию к дальнейшему снижению. В другом исследовании оценивалось восстановление метаболизма желчных кислот и DI в течение 3 месяцев, и, хотя метаболизм BA был восстановлен и C.hiranonis значительно увеличился, другие соответствующие виды и общий DI все еще были значительно изменены (26).

Разница в ответе на лечение между собаками с FRD и собаками с IBD, вероятно, может быть связана с различиями в патогенезе энтеропатии. В то время как у собак с ВЗК есть воспалительный процесс, который, по-видимому, возникает из-за комбинации генетической предрасположенности и факторов окружающей среды, у собак с ФЗЛ наблюдается воспалительный процесс, который вызывается постоянным присутствием антигена пищевого происхождения.Как только антиген удаляется из рациона, воспаление отступает, позволяя микробиому вернуться в состояние нормобиоза.

Стратегии лечения и их влияние на микробиом

Манипуляции с микробиомом часто включают в лечение заболеваний ЖКТ. Антибиотики, пробиотики и трансплантаты фекалий работают либо путем устранения вредных бактерий, либо путем внедрения полезных бактерий. Однако манипулирование таким сложным бактериальным сообществом непросто и часто дает неоднозначные результаты.

Антибиотики используются как при острых, так и при хронических желудочно-кишечных заболеваниях с целью удаления патогенных бактерий. Однако антибиотики имеют серьезные последствия для микробиоты кишечника, и часто недостаточно доказательств, чтобы оправдать их использование. Например, у собак с AHDS двойное слепое клиническое испытание на собаках без сепсиса не выявило разницы в уровне смертности, продолжительности госпитализации, тяжести клинических признаков или исходе между группой антибиотиков и плацебо (95).Хроническую диарею также часто лечат антибиотиками, однако исследование (96) не обнаружило разницы в клиническом выздоровлении у собак, получавших метронидазол и преднизон, по сравнению с собаками, получавшими только преднизон. Следовательно, целесообразность назначения антибиотиков следует оценивать в индивидуальном порядке, а не в качестве стандартного лечения заболевания ЖКТ. В конечном итоге решение о назначении антибиотиков будет зависеть от тяжести клинической картины, результатов лабораторных исследований и опыта клинициста.

Тилозин и / или метронидазол являются широко используемыми антибиотиками при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и оказывают серьезное влияние на микробиом кишечника (97). Введение антибиотиков может вызвать дисбактериоз кишечника, при этом антибиотики широкого спектра действия вызывают быстрое и значительное снижение таксономического богатства, разнообразия и равномерности (97). Однако после прерывания лечения антибиотиками многие виды бактерий восстанавливаются, однако полный возврат к исходному составу достигается редко (98, 99).

Из-за этих хорошо известных последствий использования антибиотиков возобновился интерес к пробиотикам, пребиотикам и синбиотикам.В то время как пребиотики представляют собой неперевариваемые пищевые вещества, такие как клетчатка, которые способствуют размножению полезных бактерий, уже находящихся в организме хозяина, пробиотики являются экзогенным источником живых бактерий для хозяина (100). Синбиотики - это продукты, которые содержат комбинацию того и другого. Коммерчески доступно множество различных составов, но нет достаточных научных доказательств, подтверждающих, что один состав противопоставляется другим (101).

У собак были изучены различные волокна на предмет их пребиотических свойств, которые вызывают определенные изменения в микробиоме.Было обнаружено, что жом свеклы (9) увеличивает общий тип Firmicutes, с увеличением численности класса Clostridia и уменьшением Erysipelotrichi, а также снижает уровень Fusobacteria. Картофельное волокно (102) и шелуха сои (103) действуют в основном путем обогащения ферментирующих волокно бактериальных групп Firmicutes, включая кластеры Clostridium IV (например, семейство Ruminococcaceae, Faecalibacterium prausnitzii ) и XIVa (например, семейство Lachnautiaraceae). видов). Фруктаны инулинового типа также увеличивали количество Firmicutes, но из семейств Erysipelotrichaceae и Turicibacteraceae (21).Картофельная клетчатка, шелуха сои и фруктаны инулинового типа также увеличивают количество SCFA, включая ацетат, бутират и пропионат. Кроме того, фруктаны инулинового типа (21) увеличивали общее количество желчных кислот в кале и уменьшали количество протеобактерий (например, Enterobacteriaceae ). Инулин и клеточная стенка дрожжей были протестированы в сочетании с сырым мясом (104), и было обнаружено, что инулин снижает количество энтеробактерий и увеличивает количество видов Megamonas и Lactobacillus .Вместо этого клеточная стенка дрожжей приводит к увеличению рода Bifidobacterium .

Пробиотические бактерии обычно не могут колонизировать кишечник из-за конкуренции с уже установленной микробиотой. В исследовании на здоровых собаках (15) увеличение численности Enterococcus spp. и Streptococcus spp. индуцированный введением синбиотика, содержащего семь видов пробиотиков, был временным и возвращался к исходному содержанию после прекращения лечения.Другое исследование обнаружило лишь небольшое увеличение видового разнообразия при введении симбиотика, содержащего Enterococcus faecium (105).

Тем не менее, пробиотики могут оказывать положительное воздействие за счет продукции метаболитов и антимикробных пептидов, которые изменяют местную микробиоту и взаимодействуют с иммунной системой хозяина (101). В двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании (106) кисломолочный продукт, содержащий три Lactobacillus spp. Собачьего происхождения.разновидность использовалась для лечения собак с AD. Применение кисломолочного продукта ускорило нормализацию консистенции стула и снизило количество продуцирующих α-токсин штаммов Clostridium perfringens и Enterococcus faecium , которые являются потенциальными энтеропатогенами. Кроме того, лечение также улучшило самочувствие собак за счет поддержания аппетита. У ездовых собак, которые обычно страдают от диареи во время периодов физических нагрузок, симбиотик, содержащий три вида пробиотиков, приводил к значительному увеличению фекалий Lactobacillaceae после 2 недель лечения и оказывал защитный эффект во время вспышки заразной диареи, несмотря на не оказывая значительного влияния на общую продукцию SCFA (107).

У собак с ВЗК пробиотики иногда рекомендуются в сочетании со стандартным иммуносупрессивным лечением. В исследовании (108) собаки с ВЗК были рандомизированы для получения стандартной терапии с пробиотиком или без него. Оба лечения модулировали количество бактерий слизистой оболочки собак с ВЗК аналогичным образом, с увеличением количества бактерий в прилипшей слизи, и были связаны с быстрой клинической ремиссией, несмотря на отсутствие уменьшения гистопатологического воспаления. Интересно, однако, что только собаки, получавшие пробиотики, имели повышенную экспрессию белка плотных контактов, что позволяет предположить, что, несмотря на отсутствие колонизации, пробиотики могут оказывать благотворное влияние на гомеостаз слизистой оболочки.

В другом исследовании (109) пробиотик из нескольких штаммов был успешной альтернативой комбинированному протоколу (преднизон и метронидазол) у собак с ВЗК в течение 60 дней. Клинические показатели в обеих группах со временем значительно снизились, хотя основной клинический признак исчез быстрее в группе, получавшей стандартное лечение. Однако, когда микробиом кишечника оценивался с помощью кПЦР для конкретных релевантных таксонов через 30 дней после окончания лечения, только группа, получавшая пробиотики, показала восстановление Faecalibacterium spp.изобилие, бактерии, продуцирующие бутират, которых не было среди пробиотических штаммов. Никаких значительных изменений в ответ на лечение для других групп бактерий не наблюдалось.

Одним из интересных направлений исследования микробиома кишечника является трансплантация фекальной микробиоты (FMT), которая заключается в введении пациенту фекалий от здорового донора, обычно эндоскопически. У людей фекальные трансплантаты успешно применялись при лечении рецидива C.difficile в течение многих лет с целью восстановления микробиома для подавления колонизации C. difficile . FMT считается более безопасным и эффективным средством лечения рецидивирующих инфекций, вызванных C. difficile , по сравнению со стандартной терапией антибиотиками (110, 111). Сообщалось об испытаниях лечения других заболеваний с помощью FMT, включая IBD (112). У людей с ВЗК частота успеха варьировала от 22 до 60,5% (113). У собак отсутствуют исследования случай-контроль, а в отчетах о случаях используется ряд различных методов, что затрудняет сравнение или определение их эффективности (114).

В одном из немногих исследований «случай-контроль» на собаках щенки, инфицированные парвовирусом, получавшие FMT, значительно сократили время госпитализации и выздоравливали быстрее, чем щенки, получавшие стандартное лечение (115). Однако, когда пероральный FMT применялся к щенкам во время отъема в исследовательских условиях, не наблюдалось улучшения показателей кала, и FMT не предотвращал диарею, связанную с отъемом (116). В исследовании (117) сообщалось о хороших результатах, хотя и преходящих, в серии случаев из 16 собак с ВЗК, с продолжительной ремиссией, наблюдаемой, когда собаки поддерживали ежедневный пероральный прием замороженного донорского стула после FMT.В другом исследовании (118) сообщалось об успешном выздоровлении кошки с язвенным колитом после двух раундов FMT.

Хотя использование FMT для лечения дисбактериоза и связанных с ним заболеваний многообещающе, необходимы дальнейшие исследования для определения идеальной методологии, которая будет применяться к собакам. Такие факторы, как сохранение донорского образца (замораживание или добавки), способ (эндоскопия верхних отделов ЖКТ или колоноскопия) и график введения (однократная трансплантация или ежедневное введение капсул) могут значительно повлиять на результаты, и данные исследований на людях не обязательно относятся к собакам из-за анатомические и физиологические различия.Надеемся, что будущие исследования позволят исследователям полностью оценить потенциальные и возможные ограничения FMT при лечении желудочно-кишечных заболеваний.

Выводы

В заключение, состав микробиома кишечника собак коррелирует с общим состоянием здоровья. Микробиом кишечника у взрослых здоровых собак стабилен, но возраст, диета и многие другие факторы окружающей среды могут влиять на поддержание здорового микробиома. Однако изменения, обнаруживаемые у больных животных, заметны, и когда они влияют на транскриптом, протеом или метаболом, их называют дисбиозом.При патологии желудочно-кишечного тракта всегда следует учитывать дисбактериоз. Восстановление состава микробиома не обязательно коррелирует с клиническим выздоровлением, и долгосрочные последствия таких длительных изменений пока неизвестны. Идентификация таксонов бактерий и производных бактерий, участвующих в патогенезе острых и хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта, может помочь в разработке новых диагностических и терапевтических инструментов и должна быть исследована.

Авторские взносы

RP выполнила большую часть написания и редактирования.JS предоставил важные советы по содержанию и редактированию по мере того, как этот документ развивался до его нынешней формы.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

1. О'Махони С.М., Кларк Дж., Борре Й.Е., Динан Т.Г., Крайан Дж. Ф. Серотонин, метаболизм триптофана и ось мозг-кишечник-микробиом. Behav Brain Res. (2015) 277: 32–48. DOI: 10.1016 / j.bbr.2014.07.027

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

2. Tizard IR, Jones SW. Микробиота регулирует иммунитет и иммунные заболевания у собак и кошек. Ветеринарная клиника North Am Small Anim Pract. (2018) 48: 307–22. DOI: 10.1016 / j.cvsm.2017.10.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

3. Suchodolski JS, Camacho J, Steiner JM. Анализ бактериального разнообразия в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке, подвздошной и толстой кишке собак с помощью сравнительного анализа гена 16S рРНК. FEMS Microbiol Ecol. (2008) 66: 567–78. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2008.00521.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

4. Герман А.Дж., Дэй М.Дж., Руо К.Г., Штайнер Дж.М., Уильямс Д.А., Холл Э.Дж. Сравнение прямых и непрямых тестов на избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике и антибиотикочувствительную диарею у собак. J Vet Intern Med. (2003) 17: 33–43. DOI: 10.1111 / j.1939-1676.2003.tb01321.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

5.Mentula S, Harmoinen J, Heikkilä M, Westermarck E, Rautio M, Huovinen P и др. Сравнение культивируемых микробиот тонкого кишечника и фекалий у гончих. Appl Environ Microbiol. (2005) 71: 4169–75. DOI: 10.1128 / AEM.71.8.4169-4175.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

7. Honneffer JB, Steiner JM, Lidbury JA, Suchodolski JS. Изменения микробиоты и метаболома в желудочно-кишечном тракте собак. Метаболомика. (2017) 13:26. DOI: 10.1007 / s11306-017-1165-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Vazquez-Baeza Y, Hyde ER, Suchodolski JS, Knight R. Dog и воспалительное заболевание кишечника человека основаны на перекрывающихся, но различных сетях дисбактериоза. Nat Microbiol. (2016) 1: 16177. DOI: 10.1038 / nmicrobiol.2016.177

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

9. Мидделбос И.С., Вестер Болер Б.М., Ку А., Уайт Б.А., Суонсон К.С., Фэхи Г.К. мл.Филогенетическая характеристика фекальных микробных сообществ собак, получавших диеты с добавлением пищевых волокон или без них, с использованием пиросеквенирования 454. PLoS ONE. (2010) 5: e9768. DOI: 10.1371 / journal.pone.0009768

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

10. Хэнд Д., Уоллис К., Колайер А., Пенн К. В.. Пиросеквенирование фекальной микробиоты собак: широта и глубина биоразнообразия. PLoS ONE. (2013) 8: e53115. DOI: 10.1371 / journal.pone.0053115

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

11.Suchodolski JS, Ruaux CG, Steiner JM, Fetz K, Williams DA. Оценка качественной изменчивости бактериальной микрофлоры среди отделов кишечного тракта собак с использованием метода молекулярной дактилоскопии. Am J Vet Res. (2005) 66: 1556–62. DOI: 10.2460 / ajvr.2005.66.1556

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

12. Охрана BC, Suchodolski JS. СИМПОЗИУМ ПО ВИДАМ ЛОШАДЕЙ: микробиология и метагеномика кишечника собак: от филогении к функции. J Anim Sci. (2016) 94: 2247–61. DOI: 10.2527 / jas.2015-0029

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

13. Хэндл С., Дауд С.Е., Гарсия-Мазкорро Дж. Ф., Штайнер Дж. М., Суходольски Дж. С.. Массивное параллельное пиросеквенирование гена 16S рРНК выявляет очень разнообразные фекальные бактериальные и грибковые сообщества у здоровых собак и кошек. FEMS Microbiol Ecol. (2011) 76: 301–10. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2011.01058.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

14.Гарсия-Мазкорро Дж. Ф., Дауд С. Е., Поульсен Дж., Штайнер Дж. М., Суходольски Дж. С.. Обилие и краткосрочная временная изменчивость фекальной микробиоты у здоровых собак. Microbiologyopen. (2012) 1: 340–7. DOI: 10.1002 / mbo3.36

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

15. Гарсия-Мазкорро Дж. Ф., Ланери Д. Д., Дауд С. Е., Паддок К. Г., Груцнер Н., Штайнер Дж. М. и др. Эффект многовидового синбиотического состава на бактериальную микробиоту фекалий здоровых кошек и собак по оценке пиросеквенирования. FEMS Microbiol Ecol. (2011) 78: 542–54. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2011.01185.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Сонг С.Дж., Лаубер С., Костелло Е.К., Лозупоне, Калифорния, Хамфри Дж., Берг-Лайонс Д. и др. Сожительствующие члены семьи разделяют микробиоту друг с другом и со своими собаками. eLife . (2013) 2: e00458. DOI: 10.7554 / eLife.00458

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

17. Витал М., Гао Дж., Риццо М., Харрисон Т., Тидже Дж. М..Диета является основным фактором, определяющим структуру сообщества, производящего фекальный бутират, у млекопитающих, авесов и рептилий. ISME J. (2015) 9: 832–43. DOI: 10.1038 / ismej.2014.179

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

18. Бермингем Е.Н., Янг В., Киттельманн С., Керр К.Р., Суонсон К.С., Рой Н.К. и др. Формат питания изменяет популяции фекальных бактерий у домашней кошки ( Felis catus ). Microbiologyopen. (2013) 2: 173–81. DOI: 10.1002 / mbo3.60

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Bermingham EN, Maclean P, Thomas DG, Cave NJ, Young W. Ключевые семейства бактерий (Clostridiaceae, Erysipelotrichaceae и Bacteroidaceae) связаны с перевариванием белка и энергии у собак. PeerJ. (2017) 5: e3019. DOI: 10.7717 / peerj.3019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

20. Дэвид Л.А., Морис К.Ф., Кармоди Р.Н., Гутенберг Д.Б., Баттон Дж. Э., Вулф Б. Э. и др.Диета быстро и воспроизводимо изменяет микробиом кишечника человека. Природа. (2014) 505: 559–63. DOI: 10.1038 / природа12820

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

21. Александр К., Кросс Т.Л., Девендран С., Ноймер Ф., Тайс С., Ридлон Дж. М. и др. Влияние пребиотиков фруктанов инулиноподобного типа на концентрацию метаболитов и гормонов в крови, а также микробиоту и метаболиты фекалий у собак с избыточным весом. Br J Nutr. (2018) 120: 711–20. DOI: 10.1017 / S0007114518001952

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

22.Bresciani F, Minamoto Y, Suchodolski JS, Galiazzo G, Vecchiato CG, Pinna C и др. Влияние экструдированной безбелковой диеты на фекальную микробиоту собак с пищевой энтеропатией. J Vet Intern Med. (2018) 32: 1903–10. DOI: 10.1111 / jvim.15227

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

23. Шмидт М., Унтерер С., Суходольски Дж. С., Хоннеффер Дж. Б., Гарвард BC, Лидбери Дж. А. и др. Микробиом и метаболом фекалий различаются у собак, получавших диеты с костями и сырой пищей (BARF), и собак, получавших коммерческие диеты. PLoS ONE. (2018) 13: e0201279. DOI: 10.1371 / journal.pone.0201279

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

24. Ким Дж., Ан Джу, Ким В., Ли С., Чо С. Различия в микробиоте кишечника собак ( Canis lupus ownis), получавших естественный рацион или коммерческий корм, выявленные платформой Illumina MiSeq. Gut Pathog. (2017) 9:68. DOI: 10.1186 / s13099-017-0218-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

25.Herstad KMV, Gajardo K, Bakke AM, Moe L, Ludvigsen J, Rudi K и др. Переход с сухого корма на говядину вызывает обратимые изменения фекальной микробиоты у здоровых взрослых собак, принадлежащих клиентам. BMC Vet Res. (2017) 13: 147. DOI: 10.1186 / s12917-017-1073-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

26. Охранник BC, Хоннеффер Дж. Б., Джергенс А. Э., Йоника М. М., Торессон Л., Лоуренс Ю. А. и др. Продольная оценка микробного дисбактериоза, концентраций неконъюгированных желчных кислот в кале и активности заболевания у собак со стероид-зависимой хронической воспалительной энтеропатией. J Vet Intern Med. (2019) 33: 1295–305. DOI: 10.1111 / jvim.15493

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

27. Giaretta PR, Rech RR, Guard BC, Blake AB, Blick AK, Steiner JM, et al. Сравнение кишечной экспрессии апикального натрийзависимого переносчика желчных кислот у собак с хронической воспалительной энтеропатией и без нее. J Vet Intern Med. (2018) 32: 1918–26. DOI: 10.1111 / jvim.15332

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

28.Туррони Ф., ван Синдерен Д., Вентура М. Геномика и экологический обзор рода Bifidobacterium . Int J Food Microbiol. (2011) 149: 37–44. DOI: 10.1016 / j.ijfoodmicro.2010.12.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

29. Ривера-Чавес Ф., Чжан Л.Ф., Фабер Ф., Лопес К.А., Биндлосс М.Х., Олсан Э.Е. и др. Истощение клостридий кишечника, продуцирующих бутират, вызывает аэробное распространение сальмонелл в просвете. Клеточный микроб-хозяин. (2016) 19: 443–54. DOI: 10.1016 / j.chom.2016.03.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

30. Schauf S, de la Fuente G, Newbold CJ, Salas-Mani A, Torre C, Abecia L, et al. Влияние диетического жира на содержание крахмала на состав и активность фекальной микробиоты у собак. J Anim Sci. (2018) 96: 3684–98. DOI: 10.1093 / jas / sky264

CrossRef Полный текст | Google Scholar

31. Potrykus J, White RL, Bearne SL. Протеомное исследование катаболизма аминокислот в анаэробе местного кишечника Fusobacterium varium . Протеомика. (2008) 8: 2691–703. DOI: 10.1002 / pmic.200700437

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

32. Бермингем Е.Н., Янг В., Бутовски К.Ф., Мун С.Д., Маклин П.Х., Розендейл Д. и др. На микробиоту фекалий домашней кошки ( Felis catus ) влияет взаимодействие между возрастом и диетой; Пятилетнее лонгитюдное исследование. Front Microbiol. (2018) 9: 1231. DOI: 10.3389 / fmicb.2018.01231

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

33.Wu X, Zhang H, Chen J, Shang S, Yan J, Chen Y и др. Анализ и сравнение микробиома волка при различных факторах окружающей среды с использованием трех различных данных секвенирования следующего поколения. Научный доклад (2017) 7: 11332. DOI: 10.1038 / s41598-017-11770-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

34. Лю Т., Лю Г, Чжан Х, Ван Л., Чжоу С., Доу Х и др. Изменения в пищевых привычках способствовали дифференциации состава и функции микробиоты кишечника между домашними собаками ( Canis lupus, unknown) и серыми волками ( Canis lupus ). AMB Exp. (2018) 8: 123. DOI: 10.1186 / s13568-018-0652-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

35. Менке С., Мейер М., Мфуне Дж.К., Мельцхаймер Дж., Вахтер Б., Соммер С. Влияние особенностей хозяина и изменений в землепользовании на микробиоту кишечника намибийского шакала с черной спиной ( Canis mesomelas ). FEMS Microbiol Ecol. (2017) 93: исправление123. DOI: 10.1093 / femsec / fix123

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

36.Сандри М., Даль Монего С., Конте Г., Сгорлон С., Стефанон Б. Диета на основе сырого мяса влияет на фекальный микробиом и конечные продукты ферментации у здоровых собак. BMC Vet Res. (2017) 13:65. DOI: 10.1186 / s12917-017-0981-z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

38. Туэйтс Д.Т., Бастерфилд Л., Макклив П.М., Картер С.М., Симмонс Н.Л. Транспорт гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) через монослои эпителиальных клеток кишечника человека (Caco-2). Br J Pharmacol. (2000) 129: 457–64. DOI: 10.1038 / sj.bjp.0703069

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

39. Барретт Э., Росс Р.П., О'Тул П.В., Фицджеральд Г.Ф., Стэнтон С. Производство гамма-аминомасляной кислоты культивируемыми бактериями из кишечника человека. J Appl Microbiol. (2012) 113: 411–7. DOI: 10.1111 / j.1365-2672.2012.05344.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

40. Гайсас С., Махер Дж., Кантасами А. Кишечный микробиом в состоянии здоровья и болезни: связь между осью микробиом, кишечником и мозгом и факторами окружающей среды в патогенезе системных и нейродегенеративных заболеваний. Pharmacol Ther. (2016) 158: 52–62. DOI: 10.1016 / j.pharmthera.2015.11.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

41. Де Ваддер Ф., Грассе Э., Маннерас Холм Л., Карсенти Дж., Макферсон А. Дж., Олофссон Л. Е. и др. Микробиота кишечника регулирует созревание кишечной нервной системы взрослых через кишечные серотониновые сети. Proc Natl Acad Sci USA. (2018) 115: 6458–63. DOI: 10.1073 / pnas.1720017115

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

42.Хата Т., Асано Й., Йошихара К., Кимура-Тодани Т., Мията Н., Чжан ХТ и др. Регулирование уровня серотонина в просвете кишечника комменсальной микробиотой у мышей. PLoS ONE. (2017) 12: e0180745. DOI: 10.1371 / journal.pone.0180745

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

43. Диас Хейц Р., Ван С., Ануар Ф., Цянь Й., Бьоркхольм Б., Самуэльссон А. и др. Нормальная микробиота кишечника регулирует развитие и поведение мозга. Proc Natl Acad Sci USA. (2011) 108: 3047–52.DOI: 10.1073 / pnas.1010529108

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

44. Backhed F, Roswall J, Peng Y, Feng Q, Jia H, Kovatcheva-Datchary P, et al. Динамика и стабилизация микробиома кишечника человека в течение первого года жизни. Клеточный микроб-хозяин. (2015) 17: 690–703. DOI: 10.1016 / j.chom.2015.04.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

45. Домингес-Белло М.Г., Костелло Е.К., Контрерас М., Магрис М., Идальго Г., Фирер Н. и др.Способ доставки формирует приобретение и структуру исходной микробиоты в различных средах обитания новорожденных. Proc Natl Acad Sci USA. (2010) 107: 11971–5. DOI: 10.1073 / pnas.1002601107

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

46. Cigarroa A, Suchodolski JS. Оценка развития постнатального микробиома желудочно-кишечного тракта собак с использованием индекса дисбактериоза. В: Труды Национального симпозиума ученых-ветеринаров. Колледж-Стейшн, Техас (2018).

Google Scholar

47. О Си, Ли К., Чеонг И, Ли С.В., Пак С.И., Сон С.С. и др. Сравнение микробиомов полости рта собак и их владельцев с использованием секвенирования следующего поколения. PLoS ONE. (2015) 10: e0131468. DOI: 10.1371 / journal.pone.0131468

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

48. Вера Дж. Дж., Гурудж Дж. Л., Шарбонно М., Субраманиан С., Зеедорф Х., Гудман А. Л. и др. Долгосрочная стабильность микробиоты кишечника человека. Наука. (2013) 341: 1237439. DOI: 10.1126 / science.1237439

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

49. Аль-Шавакфе М.К., Ваджид Б., Минамото Ю., Маркель М., Лидбери Дж. А., Штайнер Дж. М. и др. Индекс дисбактериоза для оценки микробных изменений в образцах кала собак с хронической воспалительной энтеропатией. FEMS Microbiol Ecol. (2017) 93: исправление136. DOI: 10.1093 / фемсек / fix136

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

51.Кандела М., Биаджи Е., Бриджиди П., О'Тул П.В., Де Вос В.М. Поддержание здоровой траектории кишечного микробиома при старении: диетический подход. Механическое старение . (2014) 136–7: 70–5. DOI: 10.1016 / j.mad.2013.12.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

52. Хьюз Дж. М., Лич Дж., Пуэчмайл С. Дж., Лопес Дж. В., Тилинг ЕС. Есть ли связь между старением и разнообразием микробиома в исключительной продолжительности жизни млекопитающих? PeerJ. (2018) 6: e4174.DOI: 10.7717 / peerj.4174

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

56. Атараси К., Тануэ Т., Шима Т., Имаока А., Кувахара Т., Момосе И. и др. Индукция регуляторных Т-клеток толстой кишки аборигенными видами Clostridium. Наука. (2011) 331: 337–41. DOI: 10.1126 / science.1198469

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

57. Иванов И.И., Атараши К., Манель Н., Броди Е.Л., Шима Т., Караоз У и др. Индукция кишечных клеток Th27 сегментированными нитчатыми бактериями. Cell. (2009) 139: 485–98. DOI: 10.1016 / j.cell.2009.09.033

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

58. Duboc H, Rajca S, Rainteau D, Benarous D, Maubert MA, Quervain E, et al. Соединение дисбактериоза, дисметаболизма желчных кислот и воспаления кишечника с воспалительными заболеваниями кишечника. Gut. (2013) 62: 531–9. DOI: 10.1136 / gutjnl-2012-302578

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

59. Zapata HJ, Quagliarello VJ.Микробиота и микробиом при старении: потенциальные последствия для здоровья и возрастных заболеваний. J Am Geriatr Soc. (2015) 63: 776–81. DOI: 10.1111 / jgs.13310

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

60. Килер И.Н., Шамзир Камал С., Витгер А.Д., Нильсен Д.С., Лауридсен С., Бьорнвад CR. Состав кишечной микробиоты может иметь отношение к скорости потери веса у собак с ожирением. Vet Med Sci. (2017) 3: 252–62. DOI: 10.1002 / vms3.80

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

61.Монтойя-Алонсо Дж. А., Баутиста-Кастано И., Пена С., Суарес Л., Джусте М. С., Тварихонавичуте А. Распространенность собачьего ожирения, связанная с ожирением метаболическая дисфункция и связь с ожирением владельцев в регионе Испании, где наблюдается ожирение. Front Vet Sci. (2017) 4:59. DOI: 10.3389 / fvets.2017.00059

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

62. Zitvogel L, Daillere R, Roberti MP, Routy B, Kroemer G. Противораковые эффекты микробиома и его продуктов. Nat Rev Microbiol. (2017) 15: 465–78. DOI: 10.1038 / nrmicro.2017.44

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

63. Wu J, Zhang Y, Yang H, Rao Y, Miao J, Lu X. Кишечная микробиота как альтернативная терапевтическая мишень для лечения эпилепсии. Can J Infect Dis Med Microbiol. (2016) 2016: 09. DOI: 10.1155 / 2016/09

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

64. Suchodolski JS, Markel ME, Garcia-Mazcorro JF, Unterer S, Heilmann RM, Dowd SE, et al.Микробиом фекалий у собак с острой диареей и идиопатическим воспалительным заболеванием кишечника. PLoS ONE. (2012) 7: e51907. DOI: 10.1371 / journal.pone.0051907

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

65. Страж BC, Барр Дж. У., Реддивари Л., Клемашевич С., Джаяраман А., Штайнер Дж. М. и др. Характеристика микробного дисбактериоза и метаболических изменений у собак с острой диареей. PLoS ONE. (2015) 10: e0127259. DOI: 10.1371 / journal.pone.0127259

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

66.Unterer S, Busch K, Leipig M, Hermanns W, Wolf G, Straubinger RK и др. Эндоскопически визуализированные поражения, гистологические данные и бактериальная инвазия в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта собак с синдромом острой геморрагической диареи. J Vet Intern Med. (2014) 28: 52–8. DOI: 10.1111 / jvim.12236

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

67. Busch K, Suchodolski JS, Kuhner KA, Minamoto Y, Steiner JM, Mueller RS ​​и др. Clostridium perfringens энтеротоксин и Clostridium difficile токсин A / B не играют роли в развитии синдрома острой геморрагической диареи у собак. Vet Rec. (2015) 176: 253. DOI: 10.1136 / vr.102738

CrossRef Полный текст | Google Scholar

68. Leipig-Rudolph M, Busch K, Prescott JF, Mehdizadeh Gohari I., Leutenegger CM, Hermanns W, et al. Поражения кишечника у собак с синдромом острой геморрагической диареи, ассоциированные с netF-положительными Clostridium perfringens тип A. J Vet Diagn Invest. (2018) 30: 495–503. DOI: 10.1177 / 1040638718766983

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

69.Сарвар Ф., Вернер М., Зизе А., Буш К., Минамото Ю., Блейк А. и др. Распространенность Clostridium perfringens, кодирующей ген netF, у собак с острыми и хроническими желудочно-кишечными заболеваниями . Сиэтл: Американский колледж ветеринарной внутренней медицины (2018).

Google Scholar

70. Цизе А.Л., Суходольски Дж. С., Хартманн К., Буш К., Андерсон А., Сарвар Ф. и др. Влияние лечения пробиотиками на клиническое течение, микробиом кишечника и токсигенные Clostridium perfringens у собак с острой геморрагической диареей. PLoS ONE. (2018) 13: e0204691. DOI: 10.1371 / journal.pone.0204691

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

71. Лоусон PA, Citron DM, Tyrrell KL, Finegold SM. Реклассификация Clostridium difficile как Clostridioides difficile (Hall and O'Toole 1935) Prevot 1938. Anaerobe. (2016) 40: 95–9. DOI: 10.1016 / j.anaerobe.2016.06.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

72.Усуи М., Сузуки К., Ока К., Миямото К., Такахаши М., Инамацу Т. и др. Распространение и характеристика Clostridium difficile , выделенного от собак в Японии. Анаэроб. (2016) 37: 58–61. DOI: 10.1016 / j.anaerobe.2015.10.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

73. Шнеберг А., Рупник М., Нойбауэр Х., Сейбольдт С. Распространенность и распределение Clostridium difficile ПЦР риботипов у кошек и собак из приютов для животных в Тюрингии, Германия. Анаэроб. (2012) 18: 484–8. DOI: 10.1016 / j.anaerobe.2012.08.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

74. Weese JS, Staempfli HR, Prescott JF, Kruth SA, Greenwood SJ, Weese HE. Роль Clostridium difficile и энтеротоксигенного Clostridium perfringens при диарее у собак. J Vet Intern Med. (2001) 15: 374–8. DOI: 10.1892 / 0891-6640 (2001) 015 <0374: TRODAE> 2.3.CO; 2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

75.Stone NE, Nunnally AE, Jimenez V Jr, Cope EK, Sahl JW, Sheridan K и др. Домашние собаки не обнаруживают признаков микробного дисбактериоза кишечника в присутствии Clostridioides (Clostridium) difficile, несмотря на восприимчивость клеток к его токсинам. Анаэроб. (2019) 58: 53–72. DOI: 10.1016 / j.anaerobe.2019.03.017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

76. Силва РОС, де Оливейра Калифорния младший, Блан Д.С., Перейра СТ, де Араужо MCR, Васконселос А. и др. Clostridioides difficile Инфекция у собак с хронической рецидивирующей диареей, реагирующей на изменения в питании. Анаэроб. (2018) 51: 50–3. DOI: 10.1016 / j.anaerobe.2018.03.011

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

77. Андрес-Лашерас С., Мартин-Бурриэль И., Майнар-Хайме Р.С., Моралес М., Куиджпер Э., Бланко Дж. Л. и др. Предварительные исследования изолятов Clostridium difficile от собак и экзотических домашних животных. BMC Vet Res. (2018) 14:77.DOI: 10.1186 / s12917-018-1402-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

78. Родригес К., Ван Брок Дж., Таминиау Б., Делми М., Добе Г. Инфекция Clostridium difficile : ранний анамнез, методы диагностики и молекулярного штамма. Microb Pathog. (2016) 97: 59–78. DOI: 10.1016 / j.micpath.2016.05.018

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

79. Килиан Э., Суходольски Дж. С., Хартманн К., Мюллер Р. С., Весс Дж., Унтерер С.Долгосрочные последствия парвовирусной инфекции у собак. PLoS ONE. (2018) 13: e01. DOI: 10.1371 / journal.pone.01

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

80. Гарсия Родригес Л.А., Руигомес А., Панес Дж. Острый гастроэнтерит сопровождается повышенным риском воспалительного заболевания кишечника. Гастроэнтерология. (2006) 130: 1588–94. DOI: 10.1053 / j.gastro.2006.02.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

81.Яланка Дж, Салонен А, Фуэнтес С, де Вос WM. Микробные сигнатуры при постинфекционном синдроме раздраженного кишечника - в сторону стратификации пациентов для улучшения диагностики и лечения. Кишечные микробы. (2015) 6: 364–9. DOI: 10.1080 / 194.2015.1096486

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

82. Минамото Ю., Минамото Т., Исайя А., Саттасатучана П., Буоно А., Рангачари В.Р. и др. Концентрация короткоцепочечных жирных кислот в кале и дисбактериоз у собак с хронической энтеропатией. J Vet Intern Med. (2019) 33: 1608–18. DOI: 10.1111 / jvim.15520

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

83. Suchodolski JS, Dowd SE, Wilke V, Steiner JM, Jergens AE. Пиросеквенирование гена 16S рРНК выявляет бактериальный дисбиоз двенадцатиперстной кишки у собак с идиопатическим воспалительным заболеванием кишечника. PLoS ONE. (2012) 7: e39333. DOI: 10.1371 / journal.pone.0039333

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

84.Минамото Й., Отони С.Ч., Стилман С.М., Бююклеблебичи О., Штайнер Дж. М., Джергенс А. Э. и др. Изменение фекальной микробиоты и профилей метаболитов в сыворотке крови у собак с идиопатическим воспалительным заболеванием кишечника. Кишечные микробы. (2015) 6: 33–47. DOI: 10.1080 / 194.2014.997612

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

85. Ксеноулис П.Г., Палкуликт Б., Алленспах К., Штайнер Дж. М., Ван Хаус А. М., Суходольски Дж. С.. Молекулярно-филогенетическая характеристика дисбаланса микробных сообществ в тонком кишечнике собак с воспалительными заболеваниями кишечника. FEMS Microbiol Ecol. (2008) 66: 579–89. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2008.00556.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

86. Suchodolski JS, Xenoulis PG, Paddock CG, Steiner JM, Jergens AE. Молекулярный анализ бактериальной микробиоты в биопсиях двенадцатиперстной кишки у собак с идиопатическим воспалительным заболеванием кишечника. Vet Microbiol. (2010) 142: 394–400. DOI: 10.1016 / j.vetmic.2009.11.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

87.Honneffer JB. Изменения микробиоты при остром и хроническом воспалении желудочно-кишечного тракта у кошек и собак. Мир Дж. Гастроэнтерол . (2014) 20: 16489–97. DOI: 10.3748 / wjg.v20.i44.16489

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

88. Сакаи К., Маэда С., Йонезава Т., Мацуки Н. Снижение концентрации аминокислот в плазме у кошек с хроническими желудочно-кишечными заболеваниями и их возможный вклад в воспалительную реакцию. Vet Immunol Immunopathol. (2018) 195: 1–6. DOI: 10.1016 / j.vetimm.2017.11.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

89. Фостер Дж. А., Ринаман Л., Крайан Дж. Ф. Стресс и ось кишечник-мозг: регуляция микробиомом. Neurobiol Stress. (2017) 7: 124–36. DOI: 10.1016 / j.ynstr.2017.03.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

90. Kim CJ, Kovacs-Nolan JA, Yang CB, Archbold T, Fan MZ, Mine Y. L-триптофан проявляет терапевтическую функцию в модели колита, индуцированного декстрансульфатом натрия (DSS), у свиней. J Nutr Biochem. (2010) 21: 468–75. DOI: 10.1016 / j.jnutbio.2009.01.019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

92. Катрани А., Алленспах К., Фашетти А. Дж., Ларсен Дж. А., Холл Э. Дж. Изменения сывороточных концентраций аминокислот у собак с энтеропатией с потерей белка. J Vet Intern Med. (2018) 32: 1026–32. DOI: 10.1111 / jvim.15116

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

93. Honneffer JB. Ненаправленная метаболомика выявляет нарушение метаболических путей желчной кислоты, холестерина и триптофана у собак с идиопатическим воспалительным заболеванием кишечника. Гастероэнтрология . (2015) 148: S – 715. DOI: 10.1016 / S0016-5085 (15) 32435-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

94. Каленяк К., Исайя А., Хейлманн Р.М., Суходольски Ю.С., Бургенер И.А. Сравнение микробиоты слизистой оболочки кишечника у собак с диагнозом идиопатическое воспалительное заболевание кишечника и собак с пищевой диареей до и после лечения. FEMS Microbiol Ecol. (2018) 94: исправление 173. DOI: 10.1093 / femsec / fix173

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

95.Unterer S, Strohmeyer K, Kruse BD, Sauter-Louis C, Hartmann K. Лечение асептических собак с геморрагическим гастроэнтеритом амоксициллином / клавулановой кислотой: проспективное слепое исследование. J Vet Intern Med. (2011) 25: 973–9. DOI: 10.1111 / j.1939-1676.2011.00765.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

96. Jergens AE, Crandell J, Morrison JA, Deitz K, Pressel M, Ackermann M, et al. Сравнение перорального приема преднизона и преднизона в сочетании с метронидазолом для индукционной терапии воспалительного заболевания кишечника у собак: рандомизированное контролируемое исследование. J Vet Intern Med. (2010) 24: 269–77. DOI: 10.1111 / j.1939-1676.2009.0447.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

97. Suchodolski JS, Dowd SE, Westermarck E, Steiner JM, Wolcott RD, Spillmann T, et al. Влияние макролидного антибиотика тилозина на микробное разнообразие в тонком кишечнике собак, что продемонстрировано массивным параллельным секвенированием гена 16S рРНК. BMC Microbiol. (2009) 9: 210. DOI: 10.1186 / 1471-2180-9-210

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

99.Риз А.Т., Чо Э., Клитцман Б., Николс С.П., Вишневски Н.А., Вилла М.М. и др. Изменения микробиоты, вызванные антибиотиками, нарушают окислительно-восстановительную динамику в кишечнике. Элиф. (2018) 7: e35987. DOI: 10.7554 / eLife.35987

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

100. Deng P, Swanson KS. Микробиота кишечника людей, собак и кошек: текущие знания и будущие возможности и проблемы. Br J Nutr. (2015) 113 (Дополнение): S6–17. DOI: 10.1017 / S0007114514002943

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

101.Schmitz S, Suchodolski J. Понимание кишечной микробиоты собак и ее модификации про-, пре- и синбиотиками - какие доказательства? Vet Med Sci. (2016) 2: 71–94. DOI: 10.1002 / vms3.17

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

102. Панасевич М.Р., Керр К.Р., Дилгер Р.Н., Фейи Г.К. мл., Герен-Деремо Л., Линч Г.Л. и др. Модуляция фекального микробиома здоровых взрослых собак путем включения в рацион картофельной клетчатки. Br J Nutr. (2015) 113: 125–33. DOI: 10.1017 / S0007114514003274

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

103. Myint H, Iwahashi Y, Koike S, Kobayashi Y. Влияние добавок из лузги соевых бобов на метаболиты фекального брожения и микробиоту собак. Anim Sci J. (2017) 88: 1730–6. DOI: 10.1111 / asj.12817

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

104. Белошапка А.Н., Дауд С.Е., Суходольски Дж. С., Штайнер Дж. М., Дюкло Л., Суонсон К. С..Сообщества фекальных микробов здоровых взрослых собак, получавших рацион на основе сырого мяса с инулином или экстрактами клеточных стенок дрожжей или без них, по оценке с помощью пиросеквенирования 454. FEMS Microbiol Ecol. (2013) 84: 532–41. DOI: 10.1111 / 1574-6941.12081

CrossRef Полный текст | Google Scholar

105. Пилла Р., Гарвард Б.К., Штайнер Дж. М., Гашен Ф. П., Олсон Е., Верлинг Д. и др. Введение синбиотика, содержащего Enterococcus faecium , существенно не изменяет богатство или разнообразие фекальной микробиоты у собак с хронической энтеропатией, зависимой от пищи, и без нее. Front Vet Sci. (2019) 6: 277. DOI: 10.3389 / fvets.2019.00277

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

106. Gomez-Gallego C, Junnila J, Mannikko S, Hameenoja P, Valtonen E, Salminen S, et al. Пробиотический продукт для собак при лечении острой или перемежающейся диареи у собак: двойное слепое плацебо-контролируемое исследование эффективности. Vet Microbiol. (2016) 197: 122–8. DOI: 10.1016 / j.vetmic.2016.11.015

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

107.Gagne JW, Wakshlag JJ, Simpson KW, Dowd SE, Latchman S, Brown DA и др. Влияние синбиотика на качество фекалий, концентрацию короткоцепочечных жирных кислот и микробиом здоровых ездовых собак. BMC Vet Res. (2013) 9: 246. DOI: 10.1186 / 1746-6148-9-246

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

108. Уайт Р., Атерли Т., Страж Б., Росси Г., Ван С., Мошер С. и др. Рандомизированное контролируемое испытание по оценке влияния мультиштаммового пробиотика на микробиоту слизистой оболочки при идиопатическом воспалительном заболевании кишечника у собак. Кишечные микробы. (2017) 8: 451–66. DOI: 10.1080 / 194.2017.1334754

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

109. Росси Дж., Пенго Дж., Калдин М., Палумбо Пиччонелло А., Штайнер Дж. М., Коэн Н. Д. и др. Сравнение микробиологических, гистологических и иммуномодулирующих параметров в ответ на лечение комбинированной терапией преднизоном и метронидазолом или пробиотическими штаммами VSL # 3 у собак с идиопатическим воспалительным заболеванием кишечника. PLoS ONE. (2014) 9: e94699. DOI: 10.1371 / journal.pone.0094699

CrossRef Полный текст | Google Scholar

110. Drekonja D, Reich J, Gezahegn S, Greer N, Shaukat A, MacDonald R, et al. Трансплантация фекальной микробиоты для инфекции Clostridium difficile : систематический обзор. Ann Intern Med. (2015) 162: 630–8. DOI: 10.7326 / M14-2693

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

111. Каммарота Дж., Масуччи Л., Яниро Дж., Биббо С., Динои Дж., Костаманья Дж. И др.Рандомизированное клиническое испытание: трансплантация фекальной микробиоты с помощью колоноскопии в сравнении с ванкомицином для лечения рецидивирующей инфекции Clostridium difficile . Aliment Pharmacol Ther. (2015) 41: 835–43. DOI: 10.1111 / apt.13144

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

112. Исикава Д., Сасаки Т., Осада Т., Кувахара-Араи К., Хага К., Сибуя Т. и др. Изменения микробиоты кишечника после комбинированной терапии с фекальной микробной трансплантацией и антибиотиками Язвенный колит . Воспаление кишечника. (2017) 23: 116–25. DOI: 10.1097 / MIB.0000000000000975

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

114. Chaitman J, Garcia-Mazcorro JF, Jergens A, Gaschen F, Marks S, Marroquin-Cardona A, et al. Комментарий по ключевым аспектам трансплантации фекальной микробиоты в практике мелких животных. Vet Med Res Rep. (2016) 7: 71–4. DOI: 10.2147 / VMRR.S105238

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

115.Pereira GQ, Gomes LA, Santos IS, Alfieri AF, Weese JS, Costa MC. Трансплантация фекальной микробиоты щенкам с парвовирусной инфекцией собак. J Vet Intern Med. (2018) 32: 707–11. DOI: 10.1111 / jvim.15072

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

116. Бертон Э.Н., О'Коннор Э., Эрикссон А.С., Франклин Ц.Л. Оценка переноса фекальной микробиоты как лечения диареи после отъема у щенков в исследовательских колониях. J Am Assoc Lab Anim Sci. (2016) 55: 582–7.

PubMed Аннотация | Google Scholar

117. Боттеро. Trapianto del microbiota fecale (FMT) в 16 порциях IBD idiopatica. Ветеринария. (2017) 31: 31–45.

Google Scholar

118. Фурмански С., Мор Т. Отчет о первом случае трансплантации фекальной микробиоты кошке в Израиле. Изр Ж. Ветеринарная медицина . (2017) 12: 35–41.

Google Scholar

Временной анализ выявляет индивидуальные и общие основные симптомы и связь с кишечными симптомами

Аннотация

Фон

В то время как наши знания о микробиоте кишечника во время болезни накапливаются, основная информация о микробиоте здоровых людей все еще недостаточна.Целью этого исследования было охарактеризовать кишечную микробиоту здоровых взрослых и, в частности, рассмотреть ее временную стабильность, основную микробиоту и связь с кишечными симптомами. Мы провели продольное исследование, наблюдая за набором из 15 здоровых финских субъектов в течение семи недель и регулярно оценивая их кишечные бактерии и археи с помощью филогенетического микрочипа кишечника человека (HIT) в сочетании с анализами qPCR. Восприятие состояния здоровья и возникновение кишечных симптомов регистрировалось с помощью вопросника в каждой точке отбора проб.

Основные результаты

Наблюдалась высокая общая временная стабильность микробиоты. У пяти субъектов наблюдалась преходящая дестабилизация микробиоты, которая коррелировала не только с приемом антибиотиков, но также с поездками за границу и временным заболеванием, расширяя известные до сих пор факторы, влияющие на микробиоту кишечника. Мы выявили значительную корреляцию между микробиотой и общими кишечными симптомами, включая боль в животе и вздутие живота. Самым поразительным открытием была обратная корреляция между бифидобактериями и болью в животе: у субъектов, которые испытывали боль, было в пять раз меньше бифидобактерий по сравнению с теми, кто не болел.Наконец, новый вычислительный подход был использован для определения общей основной микробиоты, подчеркнув роль глубины анализа в обнаружении филогенетического ядра и оценке его размера. Углубленный анализ показал, что мы разделяем значительное количество наших кишечных филотипов, но, поскольку они представляют собой сильно изменяющиеся пропорции всего сообщества, многие из них часто остаются незамеченными.

Выводы / Значение

Был проведен глобальный анализ микробиоты с высоким разрешением для определения временной стабильности, связи с кишечными симптомами, а также индивидуальной и общей основной микробиоты у здоровых взрослых.Полученные данные предоставляют новые подходы к определению здоровья кишечника и дальнейшей характеристике микробных сообществ, населяющих кишечник человека.

Образец цитирования: Jalanka-Tuovinen J, Salonen A, Nikkilä J, Immonen O, Kekkonen R, Lahti L, et al. (2011) Кишечная микробиота у здоровых взрослых: временной анализ выявляет индивидуальный и общий стержень и связь с кишечными симптомами. PLoS ONE 6 (7): e23035. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035

Редактор: Стефан Бересвилл, Медицинский университет Шарите, Берлин, Германия

Поступила: 12 апреля 2011 г .; Одобрена: 4 июля 2011 г .; Опубликовано: 28 июля 2011 г.

Авторские права: © 2011 Jalanka-Tuovinen et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Эта работа финансировалась Финским агентством финансирования технологий и инноваций (TEKES; номер гранта 40274/06). http://www.tekes.fi/en/community/Home/351/Home/473. Один из авторов (RAK) работает в коммерческой компании (Valio Ltd) и внес свой вклад в дизайн исследования и сбор образцов.Финансирующие организации не играли никакой роли в сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Один из авторов (RAK) работает в коммерческой компании (Valio Ltd). Это не меняет приверженности авторов всем политикам PLoS ONE по обмену данными и материалами, и этот факт не повлиял и не ограничил содержание данного документа.

Введение

После рождения наш желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) заселен множеством микробов, в совокупности называемых (ЖКТ) микробиотой, которые развивают интимные взаимодействия с нашим телом и способствуют нашему здоровью и благополучию [1].Измененная микробиота желудочно-кишечного тракта была обнаружена не только при аберрациях кишечника, таких как воспалительные заболевания кишечника [2] и более умеренный синдром раздраженного кишечника (СРК) [3], [4], но также и при системных заболеваниях, включая диабет 2 типа и другие метаболические заболевания [ 5], [6]. В связи с важностью для здоровья микробиоты ЖКТ, характеристика ее разнообразия и функций активно продолжается с помощью недавно разработанных молекулярных высокопроизводительных технологий, таких как технология следующего поколения секвенирования ампликонов 16S рРНК и филогенетических микрочипов [7], [8].

В нескольких исследованиях была предпринята попытка описать нормальную микробиоту желудочно-кишечного тракта у здоровых людей, но из-за сильных индивидуальных различий, методологий измерения с низким разрешением и ограниченного количества образцов эта задача является сложной. Хозяин-специфичность и относительная временная стабильность микробиоты GI были хорошо установлены с использованием молекулярных методов [9] - [14]. Временная стабильность общей микробиоты предполагает существование отдельного ядра, состоящего из микробов, которые сохраняются в организме человека с течением времени [7].Временная стабильность также может отражать устойчивость экосистемы; даже сильные возмущения, такие как антибиотики, имеют в основном краткосрочное воздействие на доминирующую микробиоту [15] - [17]. Имеются данные об отрицательной корреляции между временным интервалом и сходством микробиоты внутри индивидуума уже в месячной шкале [13], [18], что, возможно, отражает кумулятивный эффект нарушений окружающей среды.

Возникновение кишечных симптомов и их возможное влияние на качество жизни у здоровых людей в значительной степени неизвестно.По данным американского исследования, почти половина населения в целом сообщила об одном или нескольких кишечных симптомах в течение одного месяца, наиболее частыми жалобами были диарея или жидкий стул, боль или дискомфорт в животе, вздутие живота или вздутие живота [19]. Высокая распространенность кишечных проблем у здоровых людей предполагает их существенное влияние на общее самочувствие. Соответственно, у пациентов с СРК, страдающих различными кишечными симптомами, качество жизни значительно ухудшается по сравнению с населением в целом [20], [21].Связанное со здоровьем качество жизни (HRQoL) можно измерить с помощью проверенных вопросников, которые оценивают общее, психологическое и социальное благополучие субъекта [22]. Особенно актуально для появляющейся междисциплинарной области исследований здоровья кишечника [23] выяснить, в какой степени кишечные симптомы здоровых людей ухудшают качество их жизни и связано ли возникновение кишечных симптомов с составом микробиоты ЖКТ.

Фундаментальный вопрос, касающийся характеристики микробиоты GI, - это существование общей основной микробиоты, которую мы все можем разделить.Представленные до сих пор исследования этой общей основной микробиоты ЖКТ основаны на анализе инвентаризаций последовательностей гена 16S рРНК [12], [14], [24] - [27] или филогенетическом анализе микрочипов [13]. Большинство исследований указывают лишь на небольшое филогенетическое совпадение между людьми. Генофонд микробиоты желудочно-кишечного тракта, в свою очередь, кажется консервативным у людей, что указывает на функциональную избыточность экосистемы [8], [12]. Тем не менее, различная численность между видами до сих пор игнорировалась, несмотря на ее решающее влияние на возможность обнаружения конкретного вида на заданной глубине анализа и, следовательно, на распространение общих бактерий.Было показано, что увеличение глубины секвенирования заметно увеличивает размер ядра, поскольку это привело к охвату тех филотипов, которые имели низкую численность у некоторых особей [8]. Сложно сравнивать существующие общие базовые исследования, поскольку количество субъектов исследования варьируется, их состояние здоровья не определено, а требуемая распространенность основных видов не определена [8], [12], [24] ] . Кроме того, на результаты влияют методологические аспекты, включая методы экстракции ДНК [28], [29], выбор гипервариабельной области 16S рРНК [12], охват выбранных праймеров, глубина анализа [8] , [25], филогенетическое назначение и пороговые значения [30], а также выбранный конвейер биоинформатики [31].Вследствие разнообразия настроек исследования в настоящее время нет единого мнения о размере и составе общей основной микробиоты ЖКТ.

Настоящее исследование расширяет существующую концепцию временной динамики микробиоты в целом и ее отдельных членов, основываясь на частом отборе проб и всестороннем анализе микробиоты с филогенетическим микрочипом. Кроме того, мы впервые анализируем, насколько нам известно, взаимосвязь между кишечной микробиотой и кишечными симптомами у здоровых взрослых.Мы заметили, что обилие нескольких таксонов связано с кишечными симптомами, включая боль в животе и вздутие живота. Мы также добавляем новый взгляд на характеристику общей основной микробиоты. Мы использовали технологию, не зависящую от секвенирования, и новый вычислительный подход, который не ограничивается префиксными критериями численности или распространенности филотипов, а вместо этого изучает, как эти аналитические параметры влияют на итоговый размер ядра. Наши результаты подчеркивают влияние глубины анализа и предполагают, что при охвате также второстепенной микробиоты значительная часть кишечных филотипов, по-видимому, разделяется между людьми.

Результаты

Определение состояния здоровья

Для наблюдения за здоровьем испытуемых мы попросили участников записывать их общее, кишечное и эмоциональное состояние здоровья в каждой точке отбора проб фекалий. Чтобы сосредоточиться на здоровых, бескомпромиссных субъектах и ​​исключить потенциально смешанные образцы из дальнейшего анализа, мы рассчитали оценки HRQoL и использовали их параллельно с исходной информацией для классификации участников (таблица 1). Из 15 участников девять субъектов были признаны здоровыми на основании их высокого общего показателя здоровья, сопоставимого с финскими эталонными значениями [32], высокого (> 90) показателя здоровья ЖКТ и отсутствия каких-либо побочных эффектов в течение периода исследования.Остальные субъекты считались скомпрометированными: субъект 9 получал лечение антибиотиками, а субъекты 2 и 4 страдали значительными кишечными симптомами (вздутие живота, запор и боль в животе), которые значительно снижали их показатели здоровья желудочно-кишечного тракта по сравнению с таковыми у здоровых (t-тест p -значение <0,05) и отрицательно повлияло на их общее восприятие здоровья (Таблица 1). Остальные три субъекта были классифицированы как скомпрометированные на основании комбинации исследовательского анализа данных HITChip и справочной информации (см. Следующий раздел).

Сравнительный анализ микробиоты кишечника испытуемых с течением времени

Чтобы получить обзор сходства общей микробиоты ЖКТ между всеми участниками исследования, мы неконтролируемо сгруппировали предварительно обработанные профили HITChip (см. Методы и рисунок S1), используя иерархическую кластеризацию с методом корреляционного расстояния (рисунок 1). Наибольшие различия в профилях микробиоты были межиндивидуальными различиями (средняя межиндивидуальная корреляция Пирсона; r = 0.78, стандартное отклонение; ± 0,04). Все образцы сгруппированы по индивидуальному принципу (рис. 1), и наблюдалась высокая общая стабильность микробиоты индивидуумов (среднее внутрииндивидуальное r = 0,96, ± 0,02 по всем временным точкам).

Рис. 1. Иерархическая кластеризация профилей HITChip 15 субъектов и их шести временных точек.

Тематическая кластеризация выделена прямоугольниками, а временные изменения отображаются с переменной длиной ветвей. Красная вертикальная линия проведена при корреляции Пирсона, равной 0.925, ниже которого сходство внутри индивидуальной выборки было обнаружено только у пяти нестабильных субъектов (5,6,8,9 и 11), обсуждаемых в тексте.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.g001

Несмотря на общую стабильность, мы обнаружили существенные вариации во временной динамике микробиоты субъектов, что визуализировалось по разной длине ветвей в дереве кластеризации. Субъект 9 находился на курсе антибиотиков во время сбора четвертой пробы, которая четко отделилась от других проб (рис. 1).Кроме того, предыдущий образец, взятый двумя неделями ранее, имел глубокие разветвления на дендрограмме, подразумевая отчетливый профиль микробиоты. В то время субъект не принимал лекарства, но был болен, и через несколько дней у него был диагностирован стрептококковый фарингит. Помимо лечения антибиотиками, мы не наблюдали корреляции между составом или стабильностью микробиоты и зарегистрированным лекарством (субъекты 1, 3, 7 и 11 регулярно получали гормоны щитовидной железы или эстрогена или лечение гипертонии). Уменьшение временной стабильности также наблюдалось у субъектов 5, 6, 8 и 11 (Рисунок 1).Для всех этих субъектов, за исключением субъекта 5, снижение стабильности можно объяснить в свете фоновой информации. Субъекты 6, 8 и 11 имели записи о путешествиях в течение первых недель испытания, проезжая через разные часовые пояса в диапазоне от 1 до 7 часов. Сходство между образцами, взятыми до и после путешествия, было статистически значимо ниже, чем между образцами, взятыми через две-четыре недели после путешествия (r = 0,90, ± 0,02 и 0,96, ± 0,02, соответственно; р-значение t-критерия <0.05) (Рисунок S2). Соответственно, путешественники показали значительно более низкую внутрииндивидуальную стабильность микробиоты желудочно-кишечного тракта, чем девять здоровых субъектов (r = 0,93 ± 0,01 и 0,96, ± 0,02, соответственно; t-критерий p-значение <0,05), что позволяет предположить, что микробиота желудочно-кишечного тракта была изменена. пострадал от путешествия. Поэтому, хотя путешественники были здоровы, мы классифицировали их в этом контексте как скомпрометированных вместе с тремя субъектами, пострадавшими от лечения антибиотиками или стойкими кишечными симптомами (Таблица 1). Причина такой классификации заключалась в том, чтобы сосредоточить анализ состава микробиоты на тех здоровых субъектах, для которых мы не наблюдали никаких прослеживаемых дестабилизаторов.

Композиционный анализ микробиоты

Микробиота желудочно-кишечного тракта девяти здоровых субъектов без компромиссов была подробно проанализирована с использованием интенсивности сигналов HITChip видоподобных таксонов, которые мы далее называем филотипами (филогения уровня 3 в Методиках и [13]). Мы обнаружили в среднем 470 филотипов на каждого субъекта, что составляет 68,4% от общего числа филотипов, прошедших порог сигнала (Рисунок S1). Наиболее многочисленный тип среди субъектов исследования состоял из Firmicutes с более чем 80% -ным вкладом в общую микробиоту, за которыми следовали в среднем 10% Bacteroidetes и 1.5% актинобактерий (рис. 2). Были обнаружены веррукомикробия и протеобактерии с пропорциональной долей менее 1% (данные не показаны). Как и ожидалось, наиболее многочисленными Firmicutes были члены кластера Clostridium XIVa и кластера Clostridium IV, составляя в среднем 40% и 35% от общей микробиоты, соответственно.

Рисунок 2. Состав микробиоты испытуемых.

Относительная численность филотипов, составляющих более 0,5% от общего сигнала HITChip, была суммирована до уровня филума, за исключением Firmicutes, которые суммировались до уровня класса или кластера Clostridium (левая ось y).Количественное определение метаногенов на основе КПЦР показано на правой оси ординат.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.g002

На основании Methanobrevibacter –специфической количественной ПЦР (кПЦР) кишечные метаногены присутствовали у 80% пациентов (12/15). У одного субъекта (субъект 2; рис. 2) метаногены были обнаружены только в один момент времени, тогда как у других 11 носителей они были обнаружены во все моменты времени. Содержание метаногенов варьировалось между носителями более двух порядков в диапазоне от log10 до 7.От 1 до 10,2 г-1 фекалий. Относительную долю метаногенных архей в общей микробиоте ЖКТ определяли по соотношению числа копий гена 16S рРНК метаногенов и всех бактерий. Доля метаногенов была ниже 1% в большинстве образцов, в то время как у субъекта 14 метаногены составляли 1–5% от всего сообщества в разные моменты времени.

Временная изменчивость здоровой микробиоты и отдельного ядра

Мы проанализировали влияние времени на изменение микробиоты у девяти здоровых субъектов, определив сходство профилей HITChip между индивидуальными образцами.Сходство определялось коэффициентом корреляции, рассчитанным для всех возможных временных интервалов от одной до семи недель. Средние внутрииндивидуальные корреляции Пирсона варьировались от 0,96 (± 0,02; интервал в одну неделю) до 0,95 (± 0,02; интервал в семь недель), показывая лишь небольшое, несущественное снижение сходства микробиоты с течением времени. Чтобы обратиться к индивидуальному ядру, состоящему из микробов, которые сохраняются с течением времени, мы определили временную изменчивость, характерную для таксона, путем расчета коэффициента вариации (CoV) внутри субъекта для каждого филотипа.CoV варьировались от 0,83% (некультивируемая Ruminococcus callidus -подобная бактерия) до 46,1% (филотип в некультивируемых Clostridiales) в среднем 6,3% (± 1,1%), что подтверждает высокую общую стабильность. Среди 50 наиболее стабильных таксонов на уровне рода на одного субъекта наиболее распространенными статистически обогащенными группами на уровне рода были Ruminococcus obeum и родственники ( и отн. ), связанные с недавно переименованным родом Blautia [33] с средний CoV 3.7% и Clostridium symbiosum et rel. со средним значением CoV 4,4% (Таблица S1). Никакой другой стабильный таксон на уровне рода не был общим для> 50% здоровых субъектов, что указывает на предметную специфичность стабильных видов, то есть индивидуальной основной микробиоты. Точно так же мы определили 50 статистически значимых, наиболее нестабильных во времени филотипов для каждого здорового субъекта (таблица S2). Наиболее распространенными нестабильными родоподобными таксонами были некультивируемые Clostridiales и Bacteroides vulgatus et rel. (CoV 9,9%), но даже они были общими для нескольких человек. Не только общность, но и фактические CoV нестабильных групп имели большие межиндивидуальные вариации, чем стабильные, что указывает на то, что ни одна группа на уровне рода не была в целом нестабильной. Немногочисленные родоподобные группы, в том числе F. prausnitzii et rel. , входили в список как стабильных, так и нестабильных таксонов (таблицы S1 и S2), что подчеркивает большие индивидуальные вариации во временном поведении этих таксонов. Напротив, метаногенные археи оказались временно очень стабильными среди носителей, поскольку внутрииндивидуальные CoV, рассчитанные на основе данных qPCR, были ограничены диапазоном от 1% до 6%.

Корреляция между кишечными симптомами и микробиотой ЖКТ

Несмотря на хорошее общее состояние здоровья участников, только один из 15 субъектов не испытывал никаких кишечных жалоб в течение периода исследования (субъект 1; Таблица 1). Тем не менее, случайные и легкие кишечные проблемы преобладали в ответах, поскольку только у двух испытуемых показатель здоровья кишечника был ниже 90 из 100 (Таблица 1). Чтобы обнаружить бактерии, связанные со специфическими кишечными симптомами, мы коррелировали показатели HRQoL-опросника и микробиоту, используя данные HITChip от всех 15 субъектов.Мы смогли идентифицировать 170 филотипов, которые статистически значимо коррелировали (q <0,005) с 14 вопросами HRQoL, связанными с кишечными симптомами (рис. 3). Наиболее часто значимые корреляции обнаруживались для общего кишечного дискомфорта, срочной потребности в дефекации, полноты после приема пищи и боли в животе. Около половины (53%) из 170 филотипов отрицательно коррелировали с симптомами, показывая большее количество при отсутствии симптомов. Отрицательно коррелирующие родоподобные таксоны включали Bifidobacteria, R.obeum et rel. , Streptococcus bovis et rel. , Clostridium difficile et rel. (в основном из-за непатогенной Clostridium irregularis) и руминококков. Другая половина показала положительную корреляцию с наблюдаемыми симптомами, так что интенсивность зонда была выше, когда симптомы возникли. Положительно коррелирующие филотипы представлены в основном членами кластеров Clostridium IV и XIVa, среди которых некультивируемые представители F. prausnitzii et rel. и C. symbiosum et rel. были наиболее преобладающими группами.

Рис. 3. Тепловая карта корреляции профилей микробиоты и кишечных симптомов.

Тепловая карта визуализирует все значимые (q-значение <0,005) корреляции Спирмена между кишечными симптомами и численностью бактериальных филотипов, измеренной HITChip. Каждая строка представляет один филотип, присвоения которого на уровне рода перечислены под строками или посередине, если несколько строк относятся к одной и той же группе на уровне рода.Отрицательные корреляции между симптомами обозначены красным цветом, а положительные - желтым; несущественные корреляции показаны серым цветом.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.g003

Далее мы стремились определить бактерии, связанные с симптомами, которые наиболее часто наблюдались в нашем исследовании, а именно вздутие живота (31 жалоба от 8 участников) и брюшная полость. боль (28 жалоб от 8 человек). Что касается вздутия живота, тяжесть зарегистрированных жалоб варьировалась от сильного дискомфорта (2 записи) до легких симптомов (23 записи).Несколько некультивируемых филотипов из кластеров Clostridium IV и XIVa имели статистически значимую положительную корреляцию с вздутием живота (Таблица S3). Обилие филотипов в пределах Anaerotruncus colihominis et rel., Ruminococcus callidus и Lachnospira pectinoschiza et rel. были более чем в десять раз выше, когда было зарегистрировано вздутие живота.

Субъекты испытывали боль в животе разной степени, так что тяжесть зарегистрированных жалоб варьировалась от очень сильного нарушения (1 запись) до легких симптомов (20 записей).Самым поразительным открытием, связанным с болью в животе, была ее отрицательная корреляция с численностью бифидобактерий (r = -0,45, ± 0,03; таблица S4 и рисунок 3). Большинство филотипов Bifidobacterium , которые были выше предела обнаружения (14/21), имели статистически значимую (q≤0,02) отрицательную корреляцию с болью в животе. У субъектов, которые испытали боль, было более чем в пять раз (в среднем 5,4, ± 1,3) меньше бифидобактерий по сравнению с субъектами, у которых не было зарегистрированной боли (рис. 4A).Более того, родоспецифическая кПЦР, охватывающая большинство культивируемых представителей этой группы, выявила статистически значимое различие и двукратное изменение (критерий Вилкоксона, p <0,05) в количестве бифидобактерий в соответствии со статусом симптомов (рис. 4B).

Рисунок 4. Количественная оценка Bidifobacteria в отношении боли в животе.

Образцы были разделены на две группы: с сопутствующей болью в животе и без нее, и численность бифидобактерий в каждой группе определялась с использованием A. HITChip и B. КПЦР. Разница между группами была статистически значимой (q≤0,02 для A; p <0,05 для B). Прямоугольник простирается от 25-го до 75-го процентиля с линией на медиане; усы простираются до самого высокого и самого низкого значений.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.g004

Помимо бифидобактерий, один филотип в пределах R. lactaris et rel. , Clostridium cluster IV, было значительно снижено в образцах, связанных с болью (Таблица S4).Среди положительных корреляций - некультивируемые, потенциально патогенные филотипы в составе некультивируемых Clostridiales II, Anaerotruncus colihominis et rel. Значения и R. callidus, были увеличены более чем в десять раз при регистрации боли (Таблица S4). C. symbiosum и некультивируемые филотипы, относящиеся к F. prausnitzii et rel. были более многочисленны у субъектов, испытывающих сытость после приема пищи (рис. 3). Положительная корреляция между сытостью после приема пищи и численностью F.prausnitzii был подтвержден с помощью количественной ПЦР (данные не показаны). Оценка симптомов вздутия живота и боли в животе сильно коррелировала (р = 0,72). Четыре группы клостридий на уровне рода были достоверно коррелированы с обоими симптомами, хотя и в неоднородном направлении (таблицы S3 и S4).

Общая микробиота ядра

Углубленный филогенетический анализ микроматрицы предоставил возможность изучить общую базовую микробиоту, которая потенциально является общей для здоровых людей.Большинство нынешних усилий по определению и определению микробного ядра сосредоточено на наличии и отсутствии филотипов у определенной части исследуемых субъектов. Вместо использования произвольных критериев численности и распространенности филотипов мы обратились к общей основной микробиоте, используя новый подход, который использует регулируемые значения этих двух параметров. Принимая во внимание относительную численность, мы использовали полный динамический диапазон микрочипа HITChip и включили филотипы, которые в самом низком значении составляли всего 0.02% от оцененного общего сигнала, в то время как наиболее доминирующие филотипы имели относительную численность более 5%. Что касается распространенности, мы учли все возможности в диапазоне 0–100% (n = 0–9). Использовались усредненные данные HITChip по шести временным точкам на человека. В результате размер общего ядра - это не единичное число, а непрерывный диапазон от нуля до сотен, в зависимости от выбранных значений численности и распространенности, как показано на перспективном графике (рис. 5A). При распространенности 50% только 10 филотипов оставались в общем ядре, когда минимальная численность была установлена ​​на уровне 0.5% от расчетного общего сигнала. С другой стороны, когда были приняты все филотипы выше предела обнаружения, изменение распространенности с 50% до 100% оказало гораздо меньшее влияние на количество основных филотипов. Другими словами, количество общих филотипов резко сократилось, когда филотип должен был присутствовать в большом количестве во всех образцах, что подчеркивает вклад бактерий с низким содержанием в ядре.

Рис. 5. Определение общей основной микробиоты.

A. Перспективный график используется для визуализации того, как количество филотипов в общем ядре является функцией выбранной численности и распространенности. Светло-серым цветом обозначена область, где ни один филотип не соответствовал заданным критериям. B. Общая основная микробиота здоровых людей. Ось ординат представляет собой диапазон общего количества филотипов, образующих общее ядро, у девяти здоровых субъектов. Линия визуализирует, как количество филотипов зависит от выбранного процентиля численности и как оно резко уменьшается, когда филотипы с наименьшей численностью исключены.Список показывает сводку филотипов на уровне филумов, которые внесли свой вклад с относительной численностью более 0,03%. C. Общие основные филотипы, обобщенные до таксонов на уровне родов. Коробчатые диаграммы визуализируют внутрииндивидуальные вариации численности основных таксонов. Bacteroides fragilis et rel. и Bifidobacteria (два крайних левых прямоугольника) визуализируются для справочных целей. Эти таксоны не входили в общее ядро ​​из-за их большой внутри- и межиндивидуальной изменчивости.Подробные сведения о коробчатой ​​диаграмме см. В легенде к рис. 4.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.g005

Включив все филотипы выше порогового значения сигнала у всех девяти здоровых субъектов, мы обнаружили 288 филотипов в общем ядре (рисунок 5B и таблица S5). . 288 филотипов представляют 41,9% всех обнаруженных филотипов, что указывает на высокую степень филогенетического совпадения между индивидуумами. К точным номерам таксонов следует относиться с осторожностью, поскольку они подвержены возникающему шуму. E.грамм. от непреднамеренной перекрестной гибридизации с последовательностями, не являющимися мишенями, и различий в аффинности связывания зонда. Чтобы оценить такой шум и исключить возможность того, что связанные эффекты на уровне зонда заметно повлияли бы на общий состав и размер керна, мы использовали алгоритм робастного вероятностного усреднения, разработанный для анализа характеристик зонда [34]. Для подавляющего большинства общих основных филотипов (234; 81%) корреляция между вероятностным и стандартным методами была> 0.9, что указывает на низкую долю потенциально ложноположительных результатов среди обнаруженных основных филотипов. Предварительная обработка не повлияла на филогенетический состав ядра, поскольку все 22 филотипа, обнаруженные с помощью самых ненадежных зондов (r <0,8), были отнесены к разнообразным и полифилогенным кластерам Clostridium XIVa и IV, которые значительно доминировали в ядре с 145 и 111 филотипами, соответственно. (Таблица S5). Большинство основных организмов были некультивируемыми филотипами, принадлежащими к 43 различным родоподобным таксонам из пяти типов (Рисунки 5B и 5C).Наиболее представлены группы R. obeum et rel. (37 филотипов), F. prausntizii et rel. (25 филотипов) и O. guillermondii et rel. (20 филотипов). Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria и Verrucomicrobia также были представлены в ядре (рис. 5 и таблица S5) в соответствии с их установленной средой обитания в кишечнике человека. Численность большинства основных филотипов среди здоровых людей сильно варьировала (рис. 5C).

Временная стабильность общих стержневых бактерий

Помимо изучения временной динамики общей микробиоты, мы определили временную изменчивость общих основных филотипов, определенных выше.Мы обнаружили, что внутрииндивидуальный CoV основных филотипов колеблется от 3,3% до 23%, что указывает на более высокую стабильность основных филотипов по сравнению со всеми обнаруженными филотипами, которые обсуждались выше. Подавляющее большинство (70%) основных филотипов колебалось менее 10% во время исследования (Рисунок S3). Стабильные основные филотипы были преимущественно членами кластера Clostridium XIVa, но также несколько таксонов принадлежали кластеру Clostridium IV. Наиболее преобладающая стабильная группа родового уровня включала R.obeum et rel. и C. symbiosum et rel. , стабильность которого была очевидна также при исследовании, основанном на анализе CoV всей микробиоты (Таблица S1).

Мы также изучили возможные корреляции между численностью и временной стабильностью (CoV) родоподобных таксонов. Единственной группой, показывающей сильную корреляцию между численностью и временной стабильностью, была группа F. prauznitzii et rel. (ρ = -0,66; рисунок S4). Отрицательная корреляция между численностью и стабильностью показала, что F.prauznitzii был временно стабильным только тогда, когда он был очень многочисленным членом микробиоты, в отличие от других обычных кишечных обитателей, таких как Bifidobacteria, которые колебались во времени независимо от численности (ρ = -0,12; Рисунок S4). Мы подтвердили обнаружение F. prauznitzii с помощью видоспецифичного анализа кПЦР, который также показал сильную отрицательную корреляцию между его численностью и временной стабильностью (ρ = -0,56).

Обсуждение

Это исследование обеспечивает филогенетический анализ кишечной микробиоты субъектов с подтвержденным кишечным и общим состоянием здоровья.За испытуемыми регулярно наблюдали в течение двух месяцев. Мы использовали филогенетический микрочип, способный обнаруживать и относительную количественную оценку более тысячи филотипов кишечника [13]. В сочетании с анализом состояния здоровья это позволило нам: 1. Рассмотреть состав и временную динамику микробиоты желудочно-кишечного тракта, 2. Связать определенные группы микробов со статусом здоровья кишечника, и 3. Обеспечить новое понимание существования и размеров микробиоты. общая основная микробиота, которую мы все разделяем.

Хорошо известно, что в микробиоте желудочно-кишечного тракта человека преобладают Firmicutes и Bacteroidetes, за которыми следуют Actinobacteria и Verrucomicrobia [8], [12], [35]. Один и тот же тип доминировал в сообществах GI у наших испытуемых (результаты и рисунок 2). Мы обнаружили почти 500 бактериальных филотипов на индивидуум и метаногенные археи у 80% субъектов, что указывает на то, что наш набор данных должен адекватно описывать отобранные фекальные сообщества на основе текущих оценок богатства [16], [24].Метаногенные археи были обнаружены с высокой распространенностью и с различной внутрииндивидуальной, но стабильной внутрииндивидуальной численностью. В противоположность предыдущим находкам [36], наши результаты предполагают, что метаногенные археи являются временно стабильными членами микробиоты GI и, следовательно, могут составлять часть индивидуального ядра носителей. Одним из возможных объяснений упомянутых различий является использование в данном исследовании эффективного метода выделения ДНК, что привело к улучшенному обнаружению архей [29].

Наше обширное краткосрочное наблюдение подтверждает низкую временную изменчивость общей микробиоты желудочно-кишечного тракта у здоровых субъектов [10], [11]. Высокая временная стабильность предполагает строгий отбор здоровым хозяином для конкретной группы микробов, что дополнительно подтверждается тем фактом, что стабильные таксоны у разных особей различались, и, следовательно, между отдельными ядрами было мало филогенетической общности. Однако стабильные таксоны на уровне рода могут составлять функционально однородную группу, поскольку большинство из них принадлежало к отряду Clostridiales, многие из которых являются повсеместными гидролитическими или ферментативными утилизаторами углеводов.

Кластерный анализ показал предметную специфичность в бактериальных профилях, несмотря на изменения, которые временно снизили внутрииндивидуальное сходство микробиоты у нескольких субъектов исследования (рис. 1). Лечение антибиотиками - хорошо документированный модификатор экосистемы ЖКТ [15], [16]. Кроме того, микробный профиль, собранный во время немедикаментозного стрептококкового фарингита, четко отделен от исходных образцов пораженного субъекта. Это открытие предполагает, что инфекция per se может временно модулировать микробиоту желудочно-кишечного тракта, подтверждая предыдущее аналогичное наблюдение, связанное с лихорадкой [37].В качестве нового наблюдения мы обнаружили, что путешествия коррелируют с измененной микробиотой желудочно-кишечного тракта, поскольку сходство профилей микробиоты значительно уменьшилось после зарубежных поездок. Различные факторы могут вызвать нестабильность микробиоты, связанную с путешествиями, включая воздействие новых микробов окружающей среды, стресс или нарушения циркадных ритмов. Наши результаты в изучаемой небольшой когорте показывают, что нормальные жизненные изменения, такие как болезнь, лекарства и путешествия, влияют на гомеостаз микробиоты, по-видимому, временным образом, который не бросает вызов индивидуальности микробиоты.

Наши результаты предполагают, что общая стабильность микробиоты и кишечные симптомы могут не быть связаны друг с другом. Профили микробиоты субъектов, которые сообщили о наиболее серьезных кишечных симптомах (таблица 1), оставались очень стабильными во время исследования (рисунок 1). Кроме того, нестабильность микробиоты не проявлялась в виде кишечных симптомов согласно записям о состоянии здоровья (таблица 1), в соответствии с предыдущими исследованиями, предполагающими, что здоровые субъекты могут иметь нестабильную микробиоту при отсутствии каких-либо кишечных жалоб [16], [ 38].Поскольку это исследование не включало пищевые дневники, мы не могли оценить степень и характер диетического влияния на временную стабильность и возникновение кишечных симптомов. Следовательно, для проверки результатов необходимы будущие исследования с диетическими записями и более крупными когортами.

Хотя появление кишечных симптомов не отразилось на стабильности микробиоты ЖКТ, мы идентифицировали бактерии, численность которых статистически значимо ассоциировалась с симптомами. Самым поразительным открытием на уровне рода было уменьшение количества бифидобактерий, связанное с болью в животе (рис. 4).Хотя большинство оценок боли указывало только на незначительное нарушение, снижение численности бифидобактерий было очевидным. Это первое, насколько нам известно, исследование корреляций между составом микробиоты и кишечными симптомами у здоровых людей, в то время как два исследования проанализировали связи между симптомами желудочно-кишечного тракта у пациентов с СРК и кишечными бактериями с помощью кПЦР [39], [39]. 40]. Была описана слабая отрицательная связь между количеством бифидобактерий и симптомами [39], [40], в то время как другое исследование не обнаружило такой связи [40].В нескольких исследованиях сообщалось о снижении уровня бифидобактерий у пациентов с СРК (обзор приведен в [41]), а пробиотик B. infantis , как было зарегистрировано, снижает висцеральную боль как у пациентов с СРК [42], так и у животных [43]. Механистическая основа способности бифидобактерий устранять боль неизвестна, но ее можно предполагать в свете множества метаболических свойств бифидобактерий, которые благотворно влияют на хозяина (см. Обзор [44]). Наконец, аналогично нашим выводам, исследования СРК предположили роль Firmicutes в возникновении кишечных симптомов [39], [40].Однако коррелирующие таксоны у пациентов с СРК (Lactobacilli, Veillonella spp. И не охарактеризованный Ruminococcus ) [39], [40] в основном отличались от наших, в которых преобладали некультивируемые и не охарактеризованные представители Clostridiaceae, Ruminococcaceae Clostridiaceae, Ruminococcaceae и Lachospiraceae.

Это исследование рассматривало как концептуально, так и конкретно общую базовую микробиоту, которая может состоять из таксонов, выбранных в ходе совместной эволюции человека и его микробиоты ЖКТ в качестве полезных партнеров.После внесения в каталог функциональную характеристику можно сфокусировать на этих выдающихся членах микробиоты, которые обладают потенциалом даже для терапевтического применения, если они подтверждены как полезные для здоровья и благополучия человека. Наш новый подход, ориентированный на концептуальное, а не конкретное определение общей основной микробиоты, показывает, что размер ядра очень условен и зависит как от глубины анализа, так и от выбранной распространенности желаемых филотипов. Детерминированное влияние охвата анализа на общее ядро ​​подтверждается предыдущим выводом, согласно которому удвоение глубины секвенирования увеличивало количество общих видов на 25% [8].

Включив все филотипы выше указанного предела обнаружения, мы обнаружили, что более 40% филотипов были общими для всех девяти здоровых субъектов. Предыдущие оценки доли общих бактерий на основе секвенирования варьировались от 0–2% [12], [24] до более 30% [8], [26]. Мы предполагаем, что наше большое ядро ​​возникло из технических аспектов, которые поддерживали обнаружение общих бактерий, поскольку эффективное извлечение ДНК сообщества [29] было связано с его углубленным анализом состава, охватывающим филотипы с заметно низкой относительной численностью (ниже 0.05%). Такие редкие таксоны недоступны при обычной глубине секвенирования [8], [25] и поэтому часто остаются необнаруженными. Более того, наша основная оценка, возможно, менее случайна, чем предыдущие, поскольку она была ограничена ранее идентифицированными филотипами из-за технологии микрочипов и основывалась на нескольких образцах от каждого человека. Следовательно, в отличие от более раннего предположения об однозначном преобладании специфических филотипов в микробиоте желудочно-кишечного тракта [12], [45], это исследование поддерживает точку зрения о том, что большая часть кишечных бактерий присутствует у большинства людей, хотя и в очень неравных пропорциях.Если это так, индивидуальность микробиоты может быть связана как с дифференциальными соотношениями, так и с чистым присутствием или отсутствием определенных линий.

У финских субъектов, проанализированных в этом исследовании, основная основная микробиота состояла в основном из некультивируемых Firmicutes из кластеров Clostridium IV и XIVa, которые также широко представлены в более ранних основных исследованиях [13], [24], [27]. В качестве нового наблюдения мы обнаружили сигнал гибридизации, идентифицирующий Oxalibacterium formigenes , бета-протеобактерию в пределах отряда Burkholderiales, среди предполагаемых коровых бактерий (Фигуры 5B и 5C, Таблица S5).Неклассифицированный Burkholderiales недавно был обнаружен как часть здорового ядра [26]. O. formigenes - одна из немногих бактерий толстой кишки с четко определенной пользой для здоровья, поскольку она контролирует гомеостаз щавелевой кислоты и предотвращает образование камней в почках [46], [47]. Неохарактеризованные Firmicutes, относящиеся к одному и тому же или родственным родам, которые доминировали в нашем общем ядре ( Faecalibacterium, Oscillospira , Subdoligranulum), недавно были зарегистрированы как «специфичные для здоровых», поскольку их численность и / или распространенность отличались между пациентами с болезнью Крона и здоровыми людьми из контрольной группы [ 48].Напротив, Bacteroidetes spp. не были многочисленной частью общей основной микробиоты. Предыдущие исследования либо поддерживают [12], [24], [27], либо противоречат [8], [14], [26] нашим выводам о низкой представленности Bacteroidetes в общем ядре. Хотя некоторые различия могут быть связаны с методологическими различиями между исследованиями, наш вывод о низкой доле Bacteroidetes (4,5%) в общем ядре согласуется с их высокой межиндивидуальной и внутрииндивидуальной вариабельностью [15], [24] , [35].

Основные филотипы были во времени более стабильными, чем общий пул филотипов, как и в другом недавнем исследовании [27]. Тот факт, что стабильные филотипы варьировались среди субъектов, и только несколько таксонов на уровне рода были стабильными у большинства здоровых субъектов (Таблица S1), подтверждает парадигму функциональной избыточности микробиоты ЖКТ, согласно которой могут осуществляться ключевые процессы. несколькими таксонами. Подавляющее большинство наших наиболее стабильных таксонов на уровне рода принадлежало клостридиальным кластерам IV и XIVa, которые содержат большую часть продуцентов бутирата, что свидетельствует о гарантированном производстве этого важного метаболита, который способствует взаимному гомеостазу между хозяином и микробиотой желудочно-кишечного тракта (обзор в [49]).В нашей когорте бифидобактерии не были включены в общее ядро, вместо этого мы обнаружили существенные меж- и внутрииндивидуальные вариации, которые были связаны с возникновением боли в животе и других кишечных симптомов. Бифидобактерии были у некоторых субъектов среди обогащенных нестабильных таксонов на уровне рода (Таблица S2), что согласуется с некоторыми предыдущими результатами [50], но противоречит многим более ранним исследованиям, в которых сообщалось о высокой временной стабильности этого рода [11], [ 51], [52]. Таким образом, наши результаты подчеркивают роль бифидобактерий в экосистеме желудочно-кишечного тракта и требуют их дальнейшего анализа в отношении здоровья кишечника.Ожидается, что эти исследования выявят также возникшее несоответствие в отношении их внутрииндивидуальной стабильности.

В отличие от любого другого таксона на уровне рода, временная стабильность группы F. prausnitzii зависела от ее численности у данного хозяина. Хотя F. prausnitzii et rel. был в изобилии у всех особей (рис. 5C), он был временно менее стабильным у тех особей, у которых была наименьшая интенсивность сигнала. Наш вывод может просто отражать ситуацию, когда F. prausnitzii et rel.Популяции были временно несбалансированы, т.е. либо сокращались, либо восстанавливались по той или иной причине. F. prausnitzii появилась как связанная со здоровьем и уменьшающая колит бактерия [2], [48], [53]. Среди здоровых людей мы не нашли доказательств ожидаемой отрицательной связи между F. prausnitzii et rel. и кишечные симптомы. Поскольку род Faecalibacterium кажется функционально более разнообразным, чем считалось ранее [54], его дальнейшая характеристика необходима для определения филотипов и метаболических особенностей, которые важны для здоровья кишечника и общего состояния.

В заключение, эта работа расширяет и определяет наше текущее понимание нормальной микробиоты ЖКТ у здоровых субъектов, обращаясь к ее временной динамике, связи с кишечными симптомами и общим ядром. Эти знания приблизят нас к определению здоровья кишечника и вкладу микробиоты желудочно-кишечного тракта в него.

Методы

Предметы и дизайн исследования

Объектами исследования (таблица 1) была подгруппа здоровых взрослых финнов (n = 15) из более крупного рандомизированного двойного слепого плацебо-контролируемого девятинедельного интервенционного исследования (Kekkonen et al., неопубликованные результаты). Перед включением в исследование испытуемые дали письменное информированное согласие. Протокол исследования был одобрен этическим комитетом больничного округа Хельсинки и Уусимаа (этический протокол HUS 357 / E0 / 05). Критериями исключения были хронические заболевания, желудочно-кишечные заболевания и связанные с ними лекарства, прием антибиотиков или острые желудочно-кишечные расстройства в течение двух месяцев до исследования, беременность и период лактации. Испытание состояло из вводных, интервенционных и последующих периодов каждые три недели.Образцы кала были собраны в шести временных точках в течение семи недель (на 2, 3, 4, 6, 7, 9 недель), в результате было получено 88 образцов после двух случаев исключения. В течение периода вмешательства субъекты получали исследуемый напиток, содержащий штаммы бактерий, часто используемые при ферментации молочных продуктов, а именно Streptococcus thermophilus THS (n = 4), Lactococcus lactis ATH74 (n = 2), Leuconostoc mesenteroides PIA2 (n = 7) или плацебо (n = 2). Поскольку набор в это подисследование происходил после рандомизации в исследовании матери, мы не могли повлиять на количество субъектов в группе вмешательства.Субъектам не разрешалось употреблять какие-либо пробиотики или ферментированные молочные продукты во время испытания, и, следовательно, они имели ограниченное воздействие пищевых микробов.

Перед анализом данных мы проверили возможное влияние вмешательства на микробиоту. Никаких статистически значимых различий между группами вмешательства не наблюдалось при дисперсионном анализе (ANOVA), который применялся к данным на уровне филотипа выше указанного порога (значение log10 1,8; см. Ниже).Однако, когда были включены филотипы ниже порога обнаружения, наблюдалась единственная статистически значимая (q <0,005) разница: количество Leuconostoc-подобных филотипов временно увеличивалось во время вмешательства в группе, потребляющей L. mesenteroides PIA2. Хотя результат свидетельствовал о высоком разрешении анализа HITChip, в настоящем анализе мы обращались только к сигналам, превышающим фон, и, таким образом, считалось, что субъекты составляют однородную группу с точки зрения состава микробиоты.

Во время каждого отбора фекалий испытуемые заполняли вопросник по качеству жизни, связанному со здоровьем (HRQoL), который был основан на вопроснике RAND-36 [55] и был дополнен вопросами, оценивающими симптомы со стороны ЖКТ, адаптированные из Раздражительного Опросник по синдрому кишечника [56]. Вопросы касались общего и эмоционального здоровья с акцентом на кишечные симптомы, возникновение которых и влияние на повседневную деятельность были оценены с помощью 14 вопросов (перечисленных на рисунке 3) с использованием 5-ступенчатой ​​шкалы Лайкерта (e.грамм. 1 = нет симптомов, 5 = очень серьезное нарушение). Период отзыва составлял одну или две недели в зависимости от интервалов выборки. Баллы здоровья были получены путем оценки каждого вопроса от 0 до 100 и последующего усреднения связанных вопросов для формирования общего балла, балла кишечного и эмоционального здоровья. Кроме того, участники предоставили данные о возможных заболеваниях, приеме лекарств и поездках за границу во время исследования.

Образцы кала и выделение ДНК

Образцы фекалий, которые мы собрали дома, немедленно заморозили при -20 ° C и доставили в течение 12 часов в исследовательский центр, где они хранились при -70 ° C до анализа.ДНК сообщества была извлечена из образцов фекалий с помощью метода многократного взбивания шариков, который был недавно утвержден [29]. Экстрагированную ДНК количественно оценивали с помощью спектрофотометра Nanodrop (NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, USA) и анализировали электрофорезом в 0,8% агарозном геле на целостность.

Анализ микрочипов

Анализ микрочипов HITChip проводили, как описано ранее [13]. Вкратце, HITChip состоит из более чем 4800 олигонуклеотидных зондов, нацеленных на гипервариабельные области V1 и V6 гена 16S рРНК, нанесенных в виде двойника на пользовательских массивах Agilent (Agilent Technologies, Пало-Альто, Калифорния, США).Чтобы подготовить фекальную ДНК для анализа на микрочипах, полноразмерный ген 16S рРНК амплифицировали с использованием праймеров T7prom-Bact-27-for и Uni-1492-rev [13]. Продукты ПЦР транскрибировали в РНК и метили Cy3 и Cy5 перед фрагментацией и гибридизацией на массиве. Матрицы сканировали с помощью сканера ДНК-микрочипов Agilent, и данные извлекали из созданных изображений с помощью программного обеспечения Agilent Extraction Software 9.1.

Предварительная вычислительная обработка микрочипов

Нормализация массива была проведена, как описано ранее [13], [29], включая пространственную нормализацию с полиномиальной регрессией для каждого канала сканера с последующим обнаружением выбросов и квантильной нормализацией обоих красителей Cy3 и Cy5 для каждого образца.Дубликаты, которые показали корреляцию Пирсона более 0,98 между красителями, рассматривались для дальнейшего анализа, и красители усреднялись, в противном случае гибридизация воспроизводилась. Нормализация выборок между массивами проводилась с использованием предположения о нормально-экспоненциальном (фоновый сигнал) распределении и квантильной нормализации [57]. Массив зондов был организован на основе их последовательностей 16S рРНК на трех уровнях филогении, как описано ранее [13]. Вкратце, интенсивность сигнала HITChip была проанализирована с использованием следующих уровней филогенетического отнесения: 1) уровень филума, со спецификацией от Firmicutes до кластеров Clostridium, всего было создано 23 группы; 2) родоподобный уровень, включающий 131 группу последовательностей с ≥90% идентичности последовательностей, и 3) уровень филотипа (видоподобный) с 1033 различными филотипами с ≥98% сходством последовательностей с культивируемыми видами или клонами, соответствующими некультивируемым микроорганизмам. -организмы.«Таксоны на уровне рода с идентичностью последовательностей ≥90%, распределенные по нескольким родам, называются« et rel ». ». Чтобы уменьшить экспериментальный и потенциальный шум кросс-гибридизации и надежно оценить, присутствуют ли определенные филотипы в образце на основе распределений интенсивности гибридизации всех субъектов, мы оценили порог интенсивности сигнала на основе данных, используя подход, первоначально разработанный для генов. экспрессионные микрочипы [58]. Полученный таким образом порог интенсивности сигнала составлял log10 интенсивности, равный 1.8 (Рисунок S1), что соответствует оценкам 0,02% от общего сигнала в качестве предела обнаружения для каждого филотипа. Чтобы повысить надежность анализа, мы дополнительно определили специфичность зонда для каждого филотипа, вычислив количество целевых филотипов на зонд, чтобы указать таксоны, которые потенциально могут подвергаться перекрестной гибридизации (т. Е. Обнаружены зондами, имеющими более одной мишени. филотип на основе гипервариабельных последовательностей V1 и V6 рДНК 16S). Множественные целевые филотипы были обнаружены только в пределах одного таксона на уровне рода.Кроме того, алгоритм робастного вероятностного усреднения использовался для оценки надежности отдельных датчиков HITChip в отношении шума, например к непреднамеренной перекрестной гибридизации с последовательностями, не являющимися мишенями [34], что может привести к ложноположительным результатам в общем анализе ядра. Ранее была зарегистрирована хорошая корреляция между микробными профилями, полученными с помощью HITChip и пиросеквенирования [30], [59].

Количественный ПЦР-анализ

Трехкратная количественная ПЦР-амплификация гена 16S рРНК была выполнена для всех доступных образцов с использованием системы ПЦР в реальном времени MX3005P (Stratagene, La Jolla, CA, USA) и CYBR green chemistry.Общее количество бактерий определяли путем амплификации 0,5 нг фекальной ДНК с универсальными праймерами [60]. Для количественной оценки архей использовали праймеры, специфичные для рода Methanobrevibacter [61], и 25 нг матричной ДНК. Анализы на Faecalibacterium prausnitzii и Bifidobacterium spp. проводились, как описано ранее [62]. Условия реакции и построение стандартных кривых описаны ранее [29], [62]. Данные выражены в виде копий гена 16S рРНК мкг-1 матричной ДНК.

Анализ данных

Анализ данных проводился в R версии 2.10.1 [63] и Microsoft Excel. Методы статистического анализа, использованные в этом исследовании, включали линейные модели с ANOVA (для эффектов вмешательства) и t-тесты [64], [65] для нормально распределенных данных, критерий Вилкоксона [66] для ненормальных данных, определение частоты ложных открытий. p-значений как q-значений [67] и статистическое избыточное представление (обогащение) групп уровня рода в списках уровня филотипов с использованием точного критерия Фишера [68].Мы визуализировали данные с помощью иерархической кластеризации и анализа тепловой карты. Иерархическая кластеризация использовалась для группировки выборок в соответствии с расстоянием корреляции и средним критерием кластеризации.

Все анализы данных проводились с логарифмически преобразованными данными, за исключением оценки процентного содержания от общего сигнала и расчета кратных изменений сигнала в отношении вздутия живота и боли в животе. Мы определили микробную стабильность, вычислив внутри- и межиндивидуальные корреляции Пирсона (r), а также временную изменчивость отдельных филотипов, вычислив коэффициент вариации (CoV) внутри субъекта по всем временным точкам.Среднее стандартное отклонение было рассчитано для корреляций и выражено в тексте как ±.

Для анализа значимых корреляций между микробными профилями и кишечными симптомами в опроснике HRQoL мы рассчитали их коэффициент ранговой корреляции Спирмена (ρ). Все пункты HRQoL оцениваются таким образом, что высокий балл указывает на хорошее состояние здоровья (22), что привело к неинтуитивному направлению корреляций, то есть к отрицательной корреляции при одновременном увеличении численности бактерий и тяжести симптомов из-за падения оценки HRQoL. .Следовательно, чтобы правдиво выразить связь между симптомами и данными микробиоты, направление результирующих корреляций (ρ) было изменено с отрицательного на положительное и наоборот. Используя оценку симптомов HRQoL GI, мы разделили образцы на две группы: с одновременной болью в животе и вздутием живота и без них, а затем использовали эти группы для анализа связи между составом микробиоты и двумя наиболее часто регистрируемыми кишечными симптомами. Мы проанализировали общую базовую микробиоту с данными на уровне филотипов, используя регулируемые параметры для численности (относительный вклад в общий сигнал) и распространенности (количество затронутых субъектов).Полученную поверхность визуализировали с помощью перспективного графика [69]. Для всех анализов значимыми считались p-значения ниже 0,05 и q-значения ниже 0,005.

Дополнительная информация

Рисунок S1.

Распределение интенсивности сигнала HITChip для всех филотипов во всем наборе данных (15 субъектов, 88 образцов). Красная линия указывает пороговое значение log 10 интенсивности> 1,8, выше которого считается присутствующим любой филотип. Всего через порог прошли 687 филотипов, что составляет 66.5% филотипов, обнаруживаемых с помощью HITChip.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.s001

(TIF)

Рисунок S3.

Временная изменчивость основных филотипов. Линия указывает коэффициент вариации (CoV) общих основных филотипов. Филотипы с вариацией менее 10% в течение семинедельного периода исследования суммируются до уровня филума.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.s003

(TIF)

Рисунок S4.

Корреляция между временной стабильностью и численностью. Вертикальные линии указывают на отсутствие корреляции между временной стабильностью (CoV) и численностью (%) для таксонов на уровне рода, указанных в рамке. В случае группы F. Prausnitzii линия соединяет высокие значения на обеих осях и визуализирует отрицательную корреляцию между двумя параметрами.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023035.s004

(TIF)

Благодарности

Мы благодарим всех добровольцев, принявших участие в этом исследовании, и Valio Ltd.для сбора образцов кала и анкет по здоровью. Мы с благодарностью выражаем признательность доктору Мирьяне Райилич-Стоянович, Хансу Хейлигу и команде HITChip (Университет Вагенингена, Нидерланды) за помощь в анализе HITChip, а также доктору Питеру Свинсу за помощь в интерпретации данных HRQoL. Работа была выполнена в Центре передового опыта по исследованиям микробной безопасности пищевых продуктов Академии Финляндии.

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: JJ-T AS JN WMdV. Проведены эксперименты: OI JJ-T.Проанализированы данные: JJ-T AS JN LL. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: AP RAK JN LL WMdV. Написал статью: AS JJ-T JN WMdV.

Ссылки

  1. 1. Bäckhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon JI (2005) Бактериальный мутуализм хозяина в кишечнике человека. Science (Нью-Йорк, Нью-Йорк) 307: 1915–1920.
  2. 2. Сокол Х., Сексик П., Фурет Дж. П., Фирмесс О, Нион-Лармурье I и др. (2009) Низкое количество Faecalibacterium prausnitzii в микробиоте колита.Воспалительные заболевания кишечника 15: 1183–1189.
  3. 3. Кассинен А., Крогиус-Курикка Л., Мякивуокко Х., Ринттиля Т., Паулин Л. и др. (2007) Фекальная микробиота пациентов с синдромом раздраженного кишечника значительно отличается от таковой у здоровых людей. Гастроэнтерология 133: 24–33.
  4. 4. Малинен Э., Ринттиля Т., Каяндер К., Мятто Дж., Кассинен А. и др. (2005) Анализ фекальной микробиоты пациентов с синдромом раздраженного кишечника и здоровых людей в контрольной группе с помощью ПЦР в реальном времени.Американский журнал гастроэнтерологии 100: 373–382.
  5. 5. Ларсен Н., Фогенсен Ф.К., Ван Ден Берг Ф.В., Нильсен Д.С., Андреасен А.С. и др. (2010) Микробиота кишечника взрослых людей с диабетом 2 типа отличается от взрослых людей, не страдающих диабетом. PLoS One 5: e9085.
  6. 6. Musso G, Gambino R, Cassader M (2010) Ожирение, диабет и кишечная микробиота. Уход за диабетом 33: 2277.
  7. 7. Зоетендал Э.Г., Райилич-Стоянович М., де Вос В.М. (2008) Высокопроизводительный анализ разнообразия и функциональности микробиоты желудочно-кишечного тракта.Gut 57: 1605–1615.
  8. 8. Цинь Дж., Ли Р., Раес Дж., Арумугам М., Бургдорф К.С. и др. (2010) Каталог кишечных микробных генов человека, созданный с помощью метагеномного секвенирования. Природа 464: 59–65.
  9. 9. Мацуки Т., Ватанабе К., Фудзимото Дж., Кадо И., Такада Т. и др. (2004) Количественная ПЦР с видоспецифичными праймерами, нацеленными на ген 16S рРНК, для анализа кишечных бифидобактерий человека. Прикладная и экологическая микробиология 70: 167–173.
  10. 10. Zoetendal EG, Akkermans AD, De Vos WM (1998) Анализ гель-электрофореза в градиенте температуры 16S рРНК из образцов фекалий человека выявляет стабильные и специфичные для хозяина сообщества активных бактерий.Прикладная и экологическая микробиология 64: 3854–3859.
  11. 11. Scanlan PD, Shanahan F, O'Mahony C, Marchesi JR (2006) Независимый от культуры анализ временных вариаций доминирующей фекальной микробиоты и целевых бактериальных подгрупп при болезни Крона. Журнал клинической микробиологии 44: 3980–3988.
  12. 12. Тернбо П.Дж., Хамади М., Яцуненко Т., Кантарел Б.Л., Дункан А. и др. (2009) Основной микробиом кишечника у тучных и худых близнецов. Природа 457: 480–484.
  13. 13. Rajilic-Stojanovic M, Heilig HG, Molenaar D, Kajander K, Surakka A, et al. (2009) Разработка и применение чипа кишечного тракта человека, филогенетического микрочипа: анализ универсально консервативных филотипов в многочисленной микробиоте молодых и пожилых людей. Environ Microbiol 11: 1736–1751.
  14. 14. Клаэссон MJ, Cusack S, O'Sullivan O, Greene-Diniz R, de Weerd H, et al. (2010) Microbes and Health Sackler Colloquium: Состав, изменчивость и временная стабильность кишечной микробиоты пожилых людей.Proc Natl Acad Sci U S A 15: Suppl 14586–4591.
  15. 15. Jernberg C, Lofmark S, Edlund C, Jansson JK (2007) Долгосрочное экологическое воздействие введения антибиотиков на микробиоту кишечника человека. ISME J 1: 56–66.
  16. 16. Dethlefsen L, Huse S, Sogin ML, Relman DA (2008) Распространенные эффекты антибиотика на микробиоту кишечника человека, выявленные глубоким секвенированием 16S рРНК. PLoS биология 6: e280.
  17. 17. Cochetiere DL, Durand T., Lepage P, Bourreille A, Galmiche JP, et al.(2005) Устойчивость доминирующей микробиоты фекалий человека при кратковременном введении антибиотиков. Журнал клинической микробиологии 43: 5588–5592.
  18. 18. Мауконен Дж., Мэтто Дж., Сатокари Р., Седерлунд Х., Маттила-Сандхольм Т. и др. (2006) ПЦР DGGE и ОТ-ПЦР DGGE демонстрируют разнообразие и краткосрочную временную стабильность в группе Clostridium coccoides-Eubacterium rectale в кишечной микробиоте человека. FEMS микробиология экология 58: 517–528.
  19. 19. Сандлер Р.С., Стюарт В.Ф., Либерман Дж. Н., Риччи Дж. А., Зорич Н. Л. (2000) Боль в животе, вздутие живота и диарея в Соединенных Штатах: распространенность и влияние.Болезни пищеварения и науки 45: 1166–1171.
  20. 20. Gralnek IM, Hays RD, Kilbourne A, Naliboff B, Mayer EA (2000) Влияние синдрома раздраженного кишечника на качество жизни, связанное со здоровьем. Гастроэнтерология 119: 654–660.
  21. 21. Амуретти М., Ле Пен С., Годен А.Ф., Боммелаер Дж., Фрексинос Дж. И др. (2006) Влияние синдрома раздраженного кишечника (СРК) на качество жизни, связанное со здоровьем (HRQOL). Гастроэнтерол Clin Biol 30: 241–246.
  22. 22. Флетчер А., Гор С., Джонс Д., Фицпатрик Р., Шпигельхальтер Д. и др.(1992) Показатели качества жизни в здравоохранении. II: Дизайн, анализ и интерпретация. BMJ 305: 1145–1148.
  23. 23. Bischoff SC (2011) «Здоровье кишечника»: новая цель медицины? BMC Med 9:24.
  24. 24. Tap J, Mondot S, Levenez F, Pelletier E, Caron C и др. (2009) К филогенетическому ядру кишечной микробиоты человека. Экологическая микробиология 11: 2574–2584.
  25. 25. Хамади М., Найт Р. (2009) Профилирование микробного сообщества для проектов по микробиому человека: инструменты, методы и проблемы.Исследование генома 19: 1141–1152.
  26. 26. Уиллинг Б., Диксвед Дж., Халфварсон Дж., Андерссон А., Лусио М. и др. (2010) Исследование пиросеквенирования у близнецов показывает, что микробные профили ЖКТ варьируются в зависимости от фенотипов воспалительного заболевания кишечника. Гастроэнтерология 139: 1844–1854.
  27. 27. Секеля М., Бергет И., Наес Т., Руди К. (2010) Выявление обильной основной микробиоты в толстой кишке взрослого человека с помощью подхода поиска, не зависящего от филогрупп. ISME J 5: 519–531.
  28. 28.Morgan JL, Darling AE, Eisen JA (2010) Метагеномное секвенирование микробного сообщества, смоделированного in vitro. PLoS ONE 5: e10209.
  29. 29. Салонен А., Никкиля Дж., Яланка-Туовинен Дж., Иммонен О, Раджилич-Стоянович М. и др. (2010) Сравнительный анализ методов выделения фекальной ДНК с филогенетическим микрочипом: эффективное восстановление бактериальной и архейной ДНК с помощью механического лизиса клеток. J Microbiol Methods 81: 127–134.
  30. 30. Клаэссон М.Дж., О'Салливан О., Ван К., Никкила Дж., Марчези Дж. Р. и др.(2009) Сравнительный анализ пиросеквенирования и филогенетического микрочипа для изучения структур микробного сообщества в дистальном отделе кишечника человека. PloS one 4: e6669.
  31. 31. Wooley JC, Ye Y (2009) Метагеномика: факты и артефакты, а также вычислительные проблемы. J Comput Sci Technol 25: 71–81.
  32. 32. Аалто А.М., Аро А.Р., Тепери Дж. (1999) RAND-36 как показатель качества жизни, связанного со здоровьем. Надежность, конструктивная валидность и эталонные значения для финского населения в целом.Хельсинки: Stakes, Research Reports 101, 1999. [на финском языке].
  33. 33. Лю К., Файнголд С.М., Сонг Й., Лоусон П.А. (2008) Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии 58: 1896–1902. Реклассификация Clostridium coccoides, Ruminococcus hansenii, Ruminococcus Hydrogenotrophicus, Ruminococcus luti, Ruminococcus productus и Ruminococcus schinkii как Blautia coccoides gen. нов., гребешок. nov., Blautia hansenii comb. nov., Blautia Hydrogenotrophica comb. nov., Blautia luti comb.nov., Blautia producta гребешок. nov., Blautia schinkii comb. ноя и описание Blautia wexlerae sp. nov., выделенный из человеческих фекалий.
  34. 34. Lahti L, Elo LL, Aittokallio T, Kaski S (2011) Вероятностный анализ надежности зонда в исследованиях дифференциальной экспрессии генов с короткими массивами олигонуклеотидов. IEEE / ACM Trans Comput Biol Bioinform 8: 217–225.
  35. 35. Eckburg PB, Bik EM, Bernstein CN, Purdom E, Dethlefsen L, et al. (2005) Разнообразие кишечной микробной флоры человека.Science (Нью-Йорк, Нью-Йорк) 308: 1635–1638.
  36. 36. Abell GCJ, Conlon MA, McOrist AL (2006) Метаногенные археи в образцах фекалий взрослого человека обратно пропорциональны концентрации бутирата. Микробная экология в здоровье и болезнях 18: 154–160.
  37. 37. Koenig JE, Spor A, Scalfone N, Fricker AD, Stombaugh J и др. (2010) Микробы и Коллоквиум Саклера по здоровью: Последовательность микробных консорциумов в развивающемся микробиоме кишечника младенца. Proc Natl Acad Sci U S A 2011 15: Suppl 14578–4585.
  38. 38. Энгельбрексон А.Л., Корзеник Дж. Р., Сандерс М. Е., Клемент Б. Г., Лейер Г. и др. (2006) Анализ воздействия лечения на микробную экологию кишечника человека. FEMS Microbiol Ecol 57: 239–250.
  39. 39. Малинен Э., Крогиус-Курикка Л., Лира А., Никкиля Дж., Яэскеляйнен А. и др. (2010) Связь симптомов с микробиотой желудочно-кишечного тракта при синдроме раздраженного кишечника. Всемирный гастроэнтерологический журнал 16: 4532–4540.
  40. 40. Тана С., Умесаки Ю., Имаока А., Ханда Т., Канадзава М. и др.(2010) Измененные профили кишечной микробиоты и органических кислот могут быть причиной симптомов синдрома раздраженного кишечника. Нейрогастроэнтерология и моторика: официальный журнал Европейского общества моторики желудочно-кишечного тракта 22: 512–519, e114–515.
  41. 41. Salonen A, de Vos WM, Palva A (2010) Желудочно-кишечная микробиота при синдроме раздраженного кишечника: современное состояние и перспективы. Микробиология 156: 3205–3215.
  42. 42. О'Махони Л., Маккарти Дж., Келли П., Херли Дж., Луо Ф. и др.(2005) Lactobacillus и bifidobacterium при синдроме раздраженного кишечника: реакции симптомов и взаимосвязь с профилями цитокинов. Гастроэнтерология 128: 541–551.
  43. 43. McKernan DP, Fitzgerald P, Dinan TG, Cryan JF (2010) Пробиотик Bifidobacterium infantis 35624 проявляет висцеральные антиноцицептивные эффекты у крыс. Нейрогастроэнтерология и моторика 22: 1029.
  44. 44. Роберфроид М., Гибсон Г.Р., Хойлс Л., Маккартни А.Л., Растолл Р. и др. (2010) Эффекты пребиотиков: метаболизм и польза для здоровья.Британский журнал питания 104: 1–63.
  45. 45. Rajilić-Stojanović M, Smidt H, de Vos WM (2007) Пересмотр разнообразия микробиоты желудочно-кишечного тракта человека. Экологическая микробиология 9: 2125–2136.
  46. 46. Стюарт С.С., Дункан С.Х., Кейв Д.Р. (2004) Oxalobacter formigenes и его роль в метаболизме оксалатов в кишечнике человека. Письма FEMS по микробиологии 230: 1–7.
  47. 47. Сидху Х., Хоппе Б., Гессе А., Тенброк К., Бромм С. и др. (1998) Отсутствие Oxalobacter formigenes у пациентов с муковисцидозом: фактор риска гипероксалурии.Ланцет 352: 1026–1029.
  48. 48. Mondot S, Kang S, Furet JP, Aguirre de Carcer D, McSweeney C, et al. (2011) Выявление новых филогенетических особенностей микробиоты болезни Крона. Воспаление кишечника. Dis 17: 185–192.
  49. 49. van Hylckama Vlieg JE, Veiga P, Zhang C, Derrien M, Zhao L (2011) Влияние микробной трансформации пищевых продуктов на здоровье - от ферментированных продуктов до ферментации в желудочно-кишечном тракте. Curr Opin Biotechnol.
  50. 50.Мацуки Т., Ватанабе К., Фудзимото Дж., Такада Т., Танака Р. (2004) Использование специфичных для группы праймеров, нацеленных на ген 16S рРНК, для ПЦР-анализа в реальном времени преобладающих бактерий в человеческих фекалиях. Прикладная и экологическая микробиология 70: 7220–7228.
  51. 51. Vanhoutte T, Huys G, Brandt E, Swings J (2004) Анализ временной стабильности микробиоты в человеческих фекалиях с помощью денатурирующего градиентного гель-электрофореза с использованием универсальных и группоспецифичных праймеров гена 16S рРНК. FEMS Microbiol Ecol 48: 437–446.
  52. 52. Энгельбрексон А., Корзеник Дж. Р., Питтлер А., Сандерс М. Е., Клаенхаммер Т. Р. и др. (2009) Пробиотики для сведения к минимуму нарушения фекальной микробиоты у здоровых людей, получающих антибактериальную терапию. Журнал медицинской микробиологии 58: 663–670.
  53. 53. Канг С., Денман С.Е., Моррисон М., Ю З., Доре Дж и др. (2010) Дисбиоз фекальной микробиоты у пациентов с болезнью Крона, выявленный с помощью пользовательского филогенетического микрочипа. Воспаление кишечника. Dis 16: 2034–2042.
  54. 54. Луи П., Янг П., Холтроп Г., Флинт Х. Дж. (2010) Разнообразие бактерий, продуцирующих бутират толстой кишки человека, выявленное с помощью анализа гена бутирил-КоА: ацетат-КоА-трансферазы. Экологическая микробиология 12: 304–314.
  55. 55. Hays RD, Sherbourne CD, Mazel RM (1993) Исследование здоровья RAND из 36 пунктов, 1.0. Экономика здоровья 2: 217–227.
  56. 56. Wong E, Guyatt GH, Cook DJ, Griffith LE, Irvine EJ (1998) Разработка анкеты для измерения качества жизни пациентов с синдромом раздраженного кишечника.Eur J Surg. С. 50–56.
  57. 57. Bolstad BM, Irizarry RA, Astrand M, Speed ​​TP (2003) Сравнение методов нормализации для данных массива олигонуклеотидов высокой плотности на основе дисперсии и смещения. Биоинформатика (Оксфорд, Англия) 19: 185–193.
  58. 58. Zilliox MJ, Irizarry RA (2007) Штрих-код экспрессии гена для данных микрочипа. Нат Методы 4: 911–913.
  59. 59. van den Bogert B, de Vos WM, Zoetendal EG, Kleerebezem M (2011) Анализ микроматриц и пиросеквенирование со штрих-кодом обеспечивают согласованные микробные профили в зависимости от источника образцов кишечника человека.Appl Environ Microbiol 77: 2071–2080.
  60. 60. Надкарни М.А., Мартин Ф.Е., Жак Н.А., Хантер Н. (2002) Определение бактериальной нагрузки с помощью ПЦР в реальном времени с использованием широкого (универсального) зонда и набора праймеров. Microbiology (Reading, England) 148: 257–266.
  61. 61. Ufnar JA, Wang SY, Christiansen JM, Yampara-Iquise H, Carson CA, et al. (2006) Обнаружение гена nifH у Methanobrevibacter smithii: потенциальный инструмент для выявления загрязнения сточными водами рекреационных вод.Журнал прикладной микробиологии 101: 44–52.
  62. 62. Rinttilä T, Kassinen A, Malinen E, Krogius L, Palva A (2004) Разработка обширного набора праймеров, нацеленных на 16S рДНК, для количественной оценки патогенных и местных бактерий в образцах фекалий с помощью ПЦР в реальном времени. Журнал прикладной микробиологии 97: 1166–1177.
  63. 63. R Разработка CT (2010) R: Язык и среда для статистических вычислений. Вена, Австрия: Фонд R для статистических вычислений.
  64. 64. Faraway JJ (2002) Практическая регрессия и дисперсионный анализ с использованием R. Опубликовано по URL-адресу: http: // wwwcranr-Progge / doc / contrib / Faraway-PRApdf. По состоянию на 3 июня 2010 г.
  65. 65. Пинейро Дж. К., Бейтс Д. М. (2000) Модели смешанных эффектов в S и S-Plus. Нью-Йорк: Спрингер. 598 с.
  66. 66. Майлз Х., Вулф Д. (1973) Непараметрические статистические методы. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. С. 68–75.
  67. 67. Стори Дж. Д. (2002) Прямой подход к количеству ложных открытий.Журнал Королевского статистического общества: серия B 64: 479–498.
  68. 68. Соперники I, Personnaz L, Taing L, Potier M (2007) Обогащение или истощение категории GO в классе генов: какой тест? Биоинформатика 23: 401–407.
  69. 69. Беккер RACJMWAR (1988) Новый язык S. Чепмен и Холл. 702 с.

Микробиота кишечника у детей, родившихся после кесарева сечения, догоняет - ScienceDaily

Младенцы, рожденные путем кесарева сечения, имеют относительно скудный набор бактерий в кишечнике.Но к возрасту от трех до пяти лет они в целом не уступают своим сверстникам. Это показано в исследовании, которое также показывает, что зрелой кишечной микробиоте требуется очень много времени, чтобы прижиться.

Фредрик Бекхед, профессор молекулярной медицины Академии Сальгренска, Университет Гетеборга, возглавлял это исследование. Исследование, проведенное в сотрудничестве с больницей округа Халланд в Хальмстаде, теперь опубликовано в журнале Cell Host & Microbe .

Профессор Бэкхед и его группа ранее продемонстрировали, что на состав кишечной микробиоты детей влияет способ их родоразрешения и диета. В текущем исследовании исследователи подробно изучили, как изменился состав кишечных бактерий у 471 ребенка, родившегося в больнице в Хальмстаде.

Первый образец кала был взят, когда каждый ребенок был новорожденным. После этого отбор проб проводился через 4 месяца, 12 месяцев, 3 года и 5 лет.Таким образом, ученые смогли проследить последовательное включение различных бактерий в микробиоту кишечника детей.

При рождении кишечник младенца уже заселен бактериями и другими микроорганизмами. В течение первых нескольких лет жизни количество видов неуклонно увеличивается. Сейчас вырисовывается значительно более подробная картина этой траектории развития.

Один из ключевых выводов состоит в том, что кишечная микробиота формирует экосистему, для созревания которой требуется много времени.Даже в 5-летнем возрасте система неполная. Процесс созревания может сильно отличаться от одного ребенка к другому и длиться разное время.

В возрасте 4 месяцев микробиота кишечника новорожденных, родившихся после кесарева сечения, была менее разнообразной по сравнению с младенцами, рожденными естественным путем. Однако, когда детям было 3 и 5 лет, разнообразие и состав микробиоты приблизились и в значительной степени нормализовались.

«Наши результаты показывают, что кишечная микробота - динамичный орган, и будущие исследования должны будут показать, могут ли ранние различия повлиять на детей после кесарева сечения в более позднем возрасте», - говорит Бэкхед.

«Поразительно, что даже в возрасте 5 лет некоторые из бактерий, которые являются важными компонентами кишечной микробиоты взрослых, отсутствуют у детей», - продолжает он.

Это указывает на то, что кишечник представляет собой сложную и динамичную среду, в которой бактерии создают условия для колонизации друг друга.

По словам исследователей, текущее исследование расширило наше понимание того, как люди взаимодействуют с триллионами бактерий, содержащихся в наших телах, и как эти бактерии приживаются.

Лиза Олссон, исследователь из Гетеборгского университета и один из первых авторов, добавляет:

«Дети осваивают такие навыки, как ходьба и разговор, с разной скоростью, и оказывается, что то же самое относится и к зрелости кишечной микробиоты».

Снова Фредрик Бэкхед:

«Изучая и понимая, как развивается кишечная микробиота у здоровых детей, мы можем получить точку отсчета для изучения того, может ли микробиота способствовать развитию болезни в будущих исследованиях», - заключает он.

История Источник:

Материалы предоставлены Гетеборгским университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Методы нормализации данных о численности микробов сильно влияют на оценки корреляции

Резюме

Последовательная нормализация данных микробного геномного обследования является фундаментальным для современных исследований микробиома. Технические артефакты в этих данных часто препятствуют стандартному сравнению микробного состава по образцам и экспериментам.Чтобы исправить систематическую ошибку выборки, размер библиотеки и техническую изменчивость, был предложен ряд различных методов нормализации, включая адаптацию рабочих потоков анализа последовательности РНК и преобразования логарифмического отношения из анализа композиционных данных. Требуется дополнительная характеристика эффектов нормализации данных на сводную статистику более высокого порядка. Мы рассматриваем и сравниваем популярные схемы нормализации данных и оцениваем их влияние на последующую оценку корреляции. Применение этих методов нормализации к крупнейшему общедоступному набору данных о микробиоме кишечника человека показывает существенные различия в моделях корреляции.Мы показываем, что преобразования логарифмического отношения и стабилизации дисперсии обеспечивают наиболее согласованные оценки в экспериментах с различными размерами выборки. Мы также показываем, что методы анализа данных, основанные на корреляции, такие как кластеризация данных и сетевой вывод, различаются в зависимости от схем нормализации. Эти результаты имеют важное значение для исследований микробиома на нескольких этапах анализа.

Резюме автора Научные исследования микробных сообществ стали повсеместными из-за снижения затрат на секвенирование и прогресса в нашем понимании роли микробов в экосистемах.В ходе рутинного исследования, между этапами секвенирования маркерных генов и применения конвейеров анализа данных, нам предоставляются данные о количестве микробов. Нормализация и / или преобразование данных необходимы для учета различий между выборками, которые возникают из-за способа измерения сообществ. Эти методы могут не учитывать основные особенности данных микробного сообщества. Мы используем большой и общедоступный набор данных о микробах из кишечника человека, чтобы проверить последовательность методов нормализации.Мы обнаружили, что методы, которые явно учитывают лежащую в основе композиционную природу данных, более согласованы между независимыми подвыборками, а предполагаемые микробные ассоциации лучше воспроизводят филогению, оцениваемую последовательностями гена 16S.

2 Введение

Последние достижения в области крупномасштабного микробного ампликона и сбора данных по метагеномному секвенированию позволяют получить образцы из различных микробных сред обитания, которые поддаются количественному анализу. После организации данных о последовательностях в OTU (Оперативные таксономические единицы) с помощью таких конвейеров, как qiime и mothur, количество таксонов затем собирается в таблицах OTU (или таксономических единиц более высокого уровня).Задачи последующего анализа включают в себя оценку разнообразия сообществ, связывание бактериального состава с системными экологическими и биомедицинскими сопутствующими вариациями и изучение микробно-микробных ассоциаций [4, 23].

Однако технические артефакты, присущие данным о численности микробов, не позволяют применять такие аналитические конвейеры непосредственно к необработанным подсчетам. Эти таблицы подсчетов, где строки представляют собой OTU, а столбцы представляют выборки, являются разреженными или содержат очень высокую долю нулей. Важно отметить, что из-за характера отбора микробных проб исходные подсчеты следует рассматривать только относительно общей суммы индивидуальных подсчетов или в зависимости от глубины отбора проб.Общее количество подсчетов для любого конкретного наблюдения обычно ограничивается общим объемом секвенирования, качеством препаратов ДНК и другими техническими факторами и не отражает численность сообщества или общую численность видов в образце или экосистеме. Например, неравные размеры библиотек ампликонов могут смещать считывание секвенирования в пользу таксонов из более крупной выборки, независимо от истинных профилей численности. Хотя в некоторых недавних исследованиях использовались контролируемые сообщества, всплеск контроля и другие инновации для определения общего размера сообщества, в большинстве экспериментальных проектов размер сообщества неизвестен, и поэтому наши данные лучше всего рассматривать как композиционные (каждая доля OTU от общего числа подсчетов, общий размер сообщества неизвестен) [3, 16, 27].

Следовательно, надежный анализ данных микробиома должен выполняться с использованием принципов из области анализа данных состава [1, 11]. Кроме того, технические вариации из-за секвенирования, такие как различия в систематических ошибках амплификации, и эффекты партии из-за нескольких прогонов секвенирования могут ввести исследователей в заблуждение [18]. Чтобы уменьшить эти систематические ошибки, были предложены различные методы нормализации, позволяющие скорректировать систематическую ошибку выборки, размер библиотеки и техническую изменчивость [13, 2, 12, 22]. Мы рассматриваем различные методы, адаптированные из рабочих процессов предварительной обработки RNA-seq или разработанные специально для композиционных данных, например.g., логарифмические преобразования. По отдельности эти методы использовались перед некоторыми аналитическими задачами [29], но отсутствие золотого стандарта усложняет их правильную оценку для статистического вывода.

В частности, влияние методов нормализации данных на сводную статистику более высокого порядка остается неуловимым. В предыдущей работе оценивалась корреляция на основе данных подсчета, полученных при секвенировании. Weiss et al. (2016) исследовали различные стратегии обнаружения корреляции для микробных данных и обнаружили, что некоторые часто используемые инструменты сильно различаются по своей чувствительности и точности, используя установку синтетических данных [28].Тщательное рассмотрение преобразования данных было уделено исследованиям секвенирования экспрессии генов [30]. Однако выделение эффектов преобразования данных специально для обнаружения корреляции все еще остается нерешенной задачей для анализа данных микробиома.

Это еще больше осложняется отсутствием подтвержденных микробных взаимодействий в большинстве микробных экосистем. Хотя синтетические данные полезны для оценки алгоритмов обнаружения корреляции, мы рискуем чрезмерно подогнать наши методы и модели к спроектированным предположениям.Поэтому мы предлагаем установку на основе согласованности для оценки корреляции, исходя из того, что, если у нас нет априорного предпочтения для определенного преобразования данных для данного набора данных, то мы должны оценивать каждый оценщик в наилучших возможных условиях: асимптотическая схема выборки. Поэтому мы взяли подвыборку большого набора данных микробиома, применили преобразование данных и сравнили предполагаемые корреляции с его собственным «золотым стандартом» большой выборки. Это дает нам оценку без каких-либо предположений того, как конкретное преобразование может нарушить корреляции при более ограниченном (но все же реалистичном) размере выборки.

Мы исследовали влияние методов нормализации данных подсчета микробиома на оценки корреляции из данных геномного исследования на основе ампликонов. Оценка попарных корреляций OTU-OTU представляет собой одну из ключевых статистических структур для многих последующих задач анализа, включая дискриминантный анализ, кластеризацию и сети релевантности. Мы наблюдаем, что в большом диапазоне размеров выборки методы нормализации эмпирически несовместимы в (i) результирующих оценках корреляции, (ii) иерархической кластеризации таксонов и (iii) структурах сообществ, оцененных сетями релевантности.

3 Методы

3.1 Асимптотические размеры выборки на основе реальных данных Американского кишечного проекта

Мы исследовали влияние различных методов нормализации на данные Американского кишечного проекта [17]. Мы отфильтровали набор данных, чтобы он содержал только образцы фекалий, глубина секвенирования которых превышает 10-й квантиль, и удалили таксоны, которые присутствовали менее чем в 30% всех образцов. В результате получилась матрица данных, которая включает p, = 531 таксон и n = 9631 образец.

Чтобы изучить влияние преобразований на матрицы различных размеров выборки, мы разделили таблицу OTU на различные размеры 25 < = n < 9631. Таким образом, мы можем оценить корреляцию на основе асимптотики реальных данных n значений. Мы используем оценки корреляции для самых больших доступных размеров выборки в качестве «золотого стандарта» и применяем различные меры стабильности для определения согласованности в большом диапазоне размеров выборки. Наконец, чтобы смоделировать данные при нулевой корреляции, мы перемешали данные подсчета OTU между выборками перед нормализацией.

3.2 Методы нормализации

Нам даны числа OTU, собранные по n выборкам и сохраненные в матрице, коллекции из p -мерных векторов-строк, где j = 1,… , n - это индекс выборки, это счетчик чтения OTU и в выборке j , а ℕ 0 - это набор натуральных чисел {0, 1, 2,…}. Пусть общее количество OTU для образца j равно. Псевдосчет 1 включен для вычисления среднего геометрического и применяется к неотрицательным входным данным, чтобы избежать неопределенного журнала [0].

Масштабирование общей суммы

Стандартный подход к нормализации данных подсчета состоит в том, чтобы разделить отдельные отсчеты на общее количество отсчетов OTU в выборке, таким образом масштабируя вектор отсчета таким образом, чтобы общая сумма была зафиксирована на 1. В противном случае это называется масштабированием общей суммы ( TSS) или нормализации общей суммы, имеем

где выборка данных - симплекс p -1.

Масштабирование кумулятивной суммы

Помимо создания композиционных артефактов, TSS также может оказывать чрезмерное влияние на таксоны, которые подвергаются высокой выборке из-за смещения технологического секвенирования, т.е.е. избыточным представлением в масштабном коэффициенте м ( j ) [18]. Чтобы уменьшить влияние этих широко распространенных таксонов в разреженной среде, Полсон и др. (2013) разработали масштабирование кумулятивной суммы (CSS) вместе с пакетом metagenomeSeq [22]. Вместо нормализации по общей сумме, как в TSS, CSS выбирает коэффициент масштабирования, который представляет собой фиксированный квантиль количества OTU. CSS формально определен (меняет только обозначение для согласованности) как

где коэффициент масштабирования для выборки j равен сумме отсчетов считываний до квантиля l-го включительно. N - заранее заданная константа, выбранная так, чтобы результирующий вектор данных напоминал единицы исходных отсчетов. Здесь N было выбрано как 1000, что также является значением по умолчанию в реализации CSS metagenomeSeq. Пространство выборки данных, преобразованных с помощью CSS, - это пространство неотрицательных действительных чисел, обозначенное R 0 .

Для индекса квантиля выборки и обозначения медианного квантиля - для всех выборок, определяется так, чтобы величина, среднее абсолютное отклонение квантилей выборки, было эмпирически стабильным.Например, для порога β , относительная разница между медианными различиями, которая установлена ​​в 0,1 в исходной статье. Таким образом, коэффициент масштабирования определяется путем суммирования всех отсчетов до наименьшего значения -1 , которое в среднем является стабильным для всех выборок.

Масштабирование общей суммы

Масштабирование общей суммы (COM), предложенное [18] в качестве альтернативы разрежению, представляет собой простое деление отсчетов, масштабированных до минимальной глубины каждой выборки:

где m ( min ) = inf { m (1) , m (2) ,…, m ( n ) } и ⌊ · ⌋ равно оператор, округляющий пропорцию до ближайшего целого числа.

Relative Log Expression

Несмотря на то, что изначально были разработаны для данных экспрессии генов, методы нормализации, представленные в пакете DESeq / edgeR, были применены к данным микробиома [2]. Первый предложенный метод нормализации - это относительное логарифмическое выражение (RLE).

Пусть будет среднее геометрическое длины м вектор x , пусть будет вектор отсчетов OTU i по n отсчетам (транспонированный вектор-столбец матрицы отсчета W ), и определим числовой коэффициент масштабирования для образца j :

где функция med [ x ] выбирает среднее значение вектора x и s ( · ) = [ s (1) ,…, s ( n ) ], набор масштабных коэффициентов выборки.Наконец, с глобальным коэффициентом масштабирования, средним арифметическим всех нормализованных коэффициентов масштабирования, мы можем определить RLE как

Таким образом, RLE оценивает медианную библиотеку на основе среднего геометрического по всем выборкам. Среднее отношение каждой выборки к медианной библиотеке затем принимается в качестве масштабного коэффициента.

Центрированное логарифмическое соотношение

Первоначально предложенные Эйтчисоном преобразования логарифмических соотношений способны снимать ограничение на единицу суммы композиционных данных, позволяя анализировать соотношения в евклидовом пространстве Aitchison [1], Kurtz et al.[12]. Центрированное логарифмическое соотношение (CLR) -

. где отношение берется по отношению к среднему геометрическому для всей композиции. Полученные данные лежат в гиперплоскости p - 1 p -мерного евклидова пространства. Хотя существуют и другие преобразования логарифмического отношения, то есть использующие фиксированную OTU в качестве эталона / знаменателя, а не среднее геометрическое, мы предпочитаем здесь CLR, поскольку размерность после преобразования остается p Gloor et al. [11], Silverman et al.[26].

3.3 Оценка ковариации и корреляции

Для заданной функции преобразования, которая представляет описанные выше нормализации, стандартный конвейер должен генерировать либо эмпирическую (выборочную) коваринасу, либо корреляционную матрицу Пирсона. Однако хорошо известно, что эмпирически оцененные корреляции / ковариации недопустимы в условиях, когда p n . Например, ошибки типа I могут быть сильно завышены, а Ŝ не могут быть инвертированы.Это вызывает особую озабоченность, когда последующий анализ представляет собой собственное разложение ковариационной матрицы (например, PCA). Чтобы учесть это явление, обычно вводят структурные допущения в оценку ковариации. Например, если мы предположим, что настоящая экосистема имеет лишь слабую корреляцию между видами, мы можем оценить гораздо меньше корреляций. Принципиальный, основанный на данных подход к введению структурной разреженности - это оценки усадки Шёдфера-Стриммера, Шёдфер и Стриммер [25].Корреляция Пирсона со сжатием приводит к положительно определенным матрицам корреляции (рис.1), поскольку корреляции, которые не имеют убедительных доказательств (т.е.они меньше некоторого порогового значения λ ), установлены на ноль, в то время как все остальные смещены в сторону λ . Мы оцениваем ковариацию с усадкой,

Рисунок 1:

Наш конвейер для изучения влияния методов нормализации на оценку корреляции с использованием усадки: общий вход для последующего анализа

где определяется как:

где интенсивность усадки

Дисперсия эмпирических корреляций в них определяется как, где и.. Затем оценка ковариации преобразуется в нашу окончательную оценку корреляции, используя:

3.4 Сравнение шаблонов корреляции

Затем матрицы сравнивались с использованием Фробениуса, Ферстнера и спектральных расстояний [10]. Каждая из этих метрик расстояния полезна в этом приложении из-за их естественной связи как с собственными значениями, так и с сингулярными значениями наших оценок корреляции. Норма Фробениуса (широко используемая в факторизации неотрицательной матрицы и регуляризации корреляционной матрицы) определяется как разность квадратного корня из суммы абсолютных квадратов ее элементов.Мы определяем расстояние Фробениуса как:. Спектральная норма - это унитарная инвариантная матричная норма при том свойстве, что собственные значения и собственные векторы сохраняются при унитарных преобразованиях. Спектральное расстояние - это разность наибольших собственных значений соответствующих матриц. Спектральное расстояние:

Полученные матрицы расстояний были визуализированы с использованием многомерного масштабирования (MDS). Расстояние между оценками корреляции, рассчитанными по подвыборкам увеличивающегося размера, использовалось в качестве меры согласованности.

3.4.1 Кластеризация

Кластеризация идентифицированных таксонов может выявить биологические ассоциации, связанные с ковариатами хозяина, которые влияют на микробиом (т. Е. Кластеры таксонов, связанных с определенными диетами), а также экспериментальные и групповые эффекты [17]. Чтобы выполнить спектральную кластеризацию, мы вычислили подобие, как где R - оценка корреляции. Матрицы сродства были вычислены с использованием k-ближайшего соседа (k = 3) для получения разреженного и симметричного представления оценок корреляции.Был вычислен лапласиан нормализованного графа и проанализированы собственные значения полученных матриц. При спектральной кластеризации выбор кластеров или первых k собственных значений и собственных векторов лапласиана графа часто основан на собственном зазоре, то есть позиции первого ненулевого собственного значения в ранжированном списке собственных значений [21]. Для выполнения иерархической кластеризации корреляционные матрицы были преобразованы в квадрат евклидова несходства с использованием. Затем была проведена кластеризация с использованием метода Уорда.

3.4.2 Сети релевантности

Чтобы изучить влияние нормализации на оценку сетей взаимодействия микробов и микробов, мы анализируем сети релевантности, полученные на основе оценок корреляции. Значения парной корреляции между OTU были ранжированы по абсолютной величине. Затем мы выбираем пары корреляции с наивысшим абсолютным значением корреляции, которые будут интерпретироваться как взаимодействия или границы в нашей сети релевантности. Многочисленные исследования показали более высокую распространенность положительных корреляций между филогенетически родственными таксонами в наборах данных о кишечнике человека [6, 9, 8, 12, 14].Мы используем этот наблюдаемый потенциал филогенетической ассортативности в наших сетях релевантности для сравнения результатов различных методов нормализации в отсутствие сети золотого стандарта.

3.4.3 Анализ сообщества

Сети взаимодействия микробов и микробов и лежащие в их основе экологические свойства могут быть исследованы посредством анализа моделей взаимодействия сообществом. Мы изучили основную структуру сообщества в наших сетях релевантности и сравнили эти результаты с известными таксономическими ассоциациями.В этом контексте знак коэффициентов корреляции интерпретируется как знак ассоциации. Модульность вычислялась согласно алгоритму fast-greedy modularity, описанному в [5] и реализованному в пакете igraph в R [7]. Эта группировка по модульности сравнивалась с филогенетической аннотацией подграфов в сети на верхних 2000 краях. Мы исследовали ассортативность по таксономической группировке, чтобы сравнить, насколько хорошо сети релевантности отражают филогенетические отношения [20].Ассортативность внутри модулей была вычислена путем выделения модулей, определенных из быстрой жадной модульности, в подграфы и объединения их в одну сеть для создания графа, состоящего из отдельных модулей (только ребра внутри модулей, без ребер между модулями). И наоборот, для анализа ассортативности между модулями ребра в каждом модуле были удалены, и была вычислена ассортативность (только ребра между модулями, без ребер внутри модулей). Мы также исследовали модульность и ассортативность по размеру сети, используя сеть релевантности, построенную с использованием всех (n = 9631) выборок.

4 Результаты

С ростом числа статистически надежных инструментов анализа возникает острая необходимость в более глубоком понимании предварительной обработки данных и ее влияния. В этой статье мы показываем, сосредоточив внимание на преобладающей промежуточной структуре: матрицах корреляции и ковариации, что методы нормализации могут сильно повлиять на результат анализа.

Методы нормализации создают различные структуры корреляции

Преобразования, которые удаляют композиционные артефакты (CLR) и стабилизируют дисперсию (VST), приводят к значительно отличающимся моделям корреляции, чем те, которые этого не делают (рис.2). Расстояние Фробениуса и спектральное расстояние между оценками корреляции таблиц OTU при увеличении числа выборок показывают расходящиеся структуры в корреляции между методами и сходимости по размеру выборки в рамках одного и того же метода. Меньшее количество выборок приводит к аналогичным образцам корреляции между методами нормализации (рис. 2A). В MDS графики спектральных и корреляционных паттернов Фробениуса между CLR и VST остаются похожими, несмотря на изменение размеров выборки (рис. 2A, дополнительный рис.3). Расстояние между оценками между размерами выборки использовалось для оценки скорости, с которой методы нормализации достигли стабильных моделей корреляции. CLR и VST быстрее всего пришли к согласованным оценкам корреляции, за ними последовали методы нормализации CSS и DESEQ (рис. 2B, дополнительный рис. 3). Расстояние между оценками корреляции более крупных случайных подвыборок очень мало, что позволяет предположить, что оценки более согласованы независимо от того, какие выборки были включены.

Рисунок 2:

Преобразования, которые удаляют композиционные артефакты (CLR) и стабилизируют дисперсию (VST), приводят к существенно разным моделям корреляции.A) Многомерное масштабное представление расстояния Фробениуса между корреляционными структурами разного размера, оцененных с помощью различных методов нормализации. Эти оценки также сравниваются с непреобразованными или необработанными значениями подсчета (темно-серые точки). Б) Расстояние Фробениуса между подвыборками разного размера. Линии представляют среднее значение, а серая лента - стандартное отклонение от среднего. (цветовая схема, как на A)

Методы нормализации, которые удаляют композиционные артефакты (CLR) и стабилизируют дисперсию (VST), приводят к аналогичным образцам корреляции, которые расходятся с оценками без логарифмических или логарифмических преобразований.Путем изучения расстояния между матрицами корреляции посредством изменения размеров выборки в качестве меры согласованности, поскольку мы можем ожидать, что некоторые ложные корреляции исчезнут с увеличением размера выборки [9]. При малых значениях n корреляционные структуры подобны независимо от нормализации до оценки - они ближе к случайным, более ложным ассоциациям. Хотя в этой работе мы исследуем исключительно большие размеры выборок, мы видим, что CLR и VST дают согласованные оценки с гораздо меньшим количеством выборок, чем другие методы.Эта оценка согласованности актуальна, поскольку во многих исследованиях микробиома используются небольшие выборки из-за клинических, экологических и экспериментальных ограничений.

CLR и VST производят аналогичные распределения значений корреляции (которые кажутся более близкими к нормальным распределениям), чем другие методы (рис. 3A. И 3B.). Распределение, полученное в результате TSS, очень похоже на распределение по необработанным подсчетам.

Рисунок 3:

Частоты значений корреляции выявляют различные основные распределения после преобразования.Гистограммы частоты корреляции матриц после применения различных методов нормализации. Частоты были нанесены на график с 200 ячейками, и для каждого распределения показаны среднее значение, дисперсия, асимметрия и эксцесс.

Интересно, что гистограммы частоты корреляции показывают, что распределения значений корреляции имеют положительный перекос. CLR и VST, хотя и способны преобразовывать подсчеты в распределение, близкое к нормальному, не могут полностью удалить это явление из реальных данных OTU. Однако эти преобразования - единственные методы, способные удалить положительный перекос из перетасованных данных OTU.Это говорит о том, что базовые данные OTU имеют сильный положительный перекос, и наши результаты показывают, что логарифмические и логарифмические преобразования лучше всего позволяют улучшить этот эффект. Мера асимметрии в этом отношении имеет свои ограничения: она не зависит от длины правого хвоста и может отражать атрибуты левого хвоста, на которые влияет нормализация или перестановка.

По-разному нормализованные корреляционные структуры приводят к разным результатам кластеризации

Собственные промежутки, возникающие в результате CLR и VST, относительно больше, чем у всех других методов нормализации (Приложение 4).Кластеры, полученные в результате выполнения спектральной кластеризации корреляционной матрицы после каждого метода нормализации, также различаются. Кластеры, предсказанные CLR и VST, более однородны с точки зрения филогенетической аннотации. (Уровень семьи показан на рис. 4, приложение 5.).

Рисунок 4:

Кластеры OTU после преобразования CLR создают более таксономически однородные кластеры, чем TSS. Сложенные столбчатые диаграммы представляют состав OTU в каждом кластере на уровне семейства. Кластеры расположены в вертикальном порядке, начиная с наивысшего процента наиболее многочисленного семейства: Rumincococcae.По горизонтали порядок представляет собой наивысший процент в каждом кластере. Числа на левой оси представляют количество OTU в каждом кластере. Числа на правой оси представляют количество таксономических групп на уровне порядка в каждом кластере.

При анализе собственных значений, связанных с каждым методом нормализации, CLR и VST имеют большую собственную щель (первое ненулевое собственное значение) (дополнительный рисунок). Собственная щель является важной и надежной эвристикой при выборе количества кластеров для многих методов кластеризации [21, 15].Мы показываем, что это количество кластеров представляет собой способность восстанавливать группировки на более низких филогенетических уровнях для преобразований CLR и VST. Мы также показываем, что иерархическая кластеризация приводит к аналогичной однородной группировке OTU с аналогичной таксономической аннотацией (рис. 5 и приложение 6).

Рисунок 5:

Круговые дендрограммы показывают, что иерархическая кластеризация приводит к более однородной кластеризации по таксономической аннотации. В CLR объединяется большее количество таксонов отрядов Enterobacteriales и Bacteriodales, чем в TSS.

Методы нормализации приводят к созданию сетей релевантности с различными структурами сообществ

Для сравнения структуры сетей релевантности мы исследовали их структуру сообществ с точки зрения модульности и ассортативности. Предлагаемое модульное деление на основе алгоритма быстрой-жадной модульности приводит к группам, которые в значительной степени соответствуют подграфам с высокой концентрацией межфиловых ребер. Это разделение более очевидно в сетях CLR и VST, чем в TSS и CSS. Bacteriodetes образуют отдельные модули с множеством краев внутри типа и относительно небольшим количеством ребер, соединяющихся с другими типами (рис.6). Протеобактерии включают модули с очень большим количеством краев внутри филы в CLR, TSS и VST (рис. 6 и приложение 7). Фирмы в сетях CLR и VST разделены на большее количество модулей, которые различают семейства Lachnospiraceae и Rumincococcae.

Рисунок 6:

CLR создает больше модульных сетей, разделяющих сообщества на уровне семьи, чем TSS. Для сетей слева от каждой панели каждый узел представляет собой OTU, помеченный аннотацией модуля, как предсказано алгоритмом модульности Fast-Greedy.Сети справа представляют соответствующую таксономическую аннотацию OTU на уровне семейства. Макет с использованием принудительно управляемого алгоритма Фрухтермана-Рейнгольда был сохранен для обеих сетей в каждой панели для сравнения

Мы оцениваем эффективность методов нормализации по их восстановлению взаимодействий таксон-таксон между верхними ребрами в их релевантных сетях.

CLR и VST имеют наибольшее количество межсемейных ребер, как определено филогенетической ассортативностью (рис.7А.). При изучении ребер только в модулях CLR, VST и CSS имеют высокие коэффициенты ассортативности, что означает, что они имеют относительно большое количество межсемейных ребер (рис. 7B.). Коэффициенты ассортативности ребер только между модулями имеют гораздо меньший диапазон значений и широко варьируются между сетями. CLR и VST в среднем по 20 сетям создают большее количество межродовых ребер между модулями (рис. 7C.).

Рисунок 7:

Сети релевантности, созданные с помощью преобразования CLR и VST, содержат больше межсемейных связей независимо от размера выборки на верхних 2000 краях.A) Коэффициент ассортативности по размеру выборки аннотации семьи. B) Коэффициент ассортативности по размеру выборки аннотации семейства только ребер в модулях. C) Коэффициент ассортативности по размеру выборки аннотации семейства только ребер между модулями. D) Максимальный балл модульности по размеру выборки на 2000 краях. Для всех графиков линии представляют собой среднее значение, а серая лента представляет собой стандартное отклонение от среднего.

Мы исследуем простую аппроксимацию вывода микробной сети на основе совпадения, выполняя анализ сообщества в релевантных сетях.Полученные сети показывают значительное перекрытие границ между методами нормализации. VST, CLR и, в меньшей степени, RLE образуют более модульные сети (плотные связи между узлами в модулях, но разреженные связи между узлами в разных модулях). Для простоты мы исследовали структуру сообщества на фиксированном количестве ребер между фиксированным числом узлов, представляющих 531 таксон в наших релевантных сетях. По сравнению с оценкой модульности по размеру ребер наблюдение, что CLR и VST имеют более модульные сетевые структуры, верно для большого диапазона размеров сетей.CLR, по-видимому, создает немного более модульные сети с размером выборки более 1000. Эти сильно взаимосвязанные модули, представляющие ключевые типы, также наблюдались в предыдущих публикациях, исследующих аналогичные подмножества данных AGP [12, 6].

При рассмотрении верхних 2000 ребер нормализация с использованием CLR, CSS, VST и TSS согласовывает 766 ребер между 281 OTU. Сеть содержит несколько больших подграфов, представляющих в основном межсемейные и межфиловые взаимодействия. Сами подграфы также сильно взаимосвязаны (рис.8Б.). Методы с наибольшим количеством общих граней - это CLR и VST. Метод нормализации с наиболее уникальными краями - это TSS (рис. 8A). Мы показали поразительно похожие наблюдения в результате нормализации CLR и VST. Несмотря на то, что он разработан так, чтобы вести себя как преобразование журнала при большом количестве подсчетов, мы показываем в этом вкладе, что корреляция, полученная из VST, ведет себя аналогично корреляции CLR как для выборки, так и для размера библиотеки. При изучении стандартного отклонения для каждой OTU (взятого для всех наших 531 OTU) в зависимости от ранга среднего количества OTU можно увидеть, что VST производит аналогичные подсчеты как для CLR, так и для преобразования Log2 (Приложение 5).

Рисунок 8:

A) Диаграмма Венна общих ребер на верхних 2000 ребрах между четырьмя методами нормализации. Б) Сеть ребер, общих для всех методов. Эта консенсусная сеть содержит 766 ребер между 241 таксоном. Цвет узла представляет аннотацию семейства, а форма узла представляет тип. Схема сети была сгенерирована с использованием принудительного алгоритма Фрухтермана-Рейнгольда

5 Обсуждение

В этой работе мы показали, что методы нормализации, которые преобразуют данные о численности, создают существенно разные корреляционные структуры, которые, в свою очередь, влияют на результат почти всего последующего анализа. .Оценка методов нормализации, основанная на стабильности последующего анализа и устойчивости к понижающей выборке, предполагает, что VST и CLR являются лучшими методами при работе с данными композиционного микробиома. CLR и VST производят очень похожие и более последовательные оценки корреляции, чем другие методы нормализации, рассмотренные в этой работе, а сети взаимодействия микробов и микробов, созданные на основе CLR-нормализованных данных, были немного более модульными, чем VST. Текущая и широко используемая реализация VST в пакете DESeq2 содержит статистические шаги для обработки повторяющихся измерений и структур данных, связанных с микрочипами и данными RNA-seq.Отношение центрированного логарифма с точки зрения рецептуры, представленной в этой работе, с добавлением псевдосчета относительно легко применяется к данным о микробной численности. По этой причине CLR был применен к различным конвейерам для анализа данных о численности микробов, и наша работа показывает, что его дальнейшее использование оправдано (когда учитываются добавленная сложность модели, вносимая VST, и гораздо большее время выполнения, вызванное нормализацией VST) . Соответственно, мы показали, что широко используемые методы, такие как TSS и CSS (методы, использованные в нескольких предыдущих исследованиях), создают кластеры и сети, которые относительно хуже работают при группировке OTU по таксономии.Это неудивительно, поскольку с математической точки зрения эти методы не учитывают композиционный характер данных о численности микробов.

В будущих исследованиях следует рассмотреть дополнительные инструменты нормализации. Например, изометрический логарифмический коэффициент (ILR) - это семейство устойчивых по составу преобразований, которые широко используются в ряде настроек. Здесь мы считаем, что ILR выходит за рамки данной работы, так как он требует выбора свободных параметров и должен руководствоваться внешней информацией (использует дополнительные типы данных, не используемые другими методами) [19, 26].

Здесь мы исследовали сети релевантности путем ранжирования сил взаимодействия. Это позволило нам изучить влияние настроек нормализации данных на простую схему вывода. Однако надежные методы вывода микробных ассоциаций из данных о численности используют поправку на композиционные эффекты и переходные корреляции в условиях ограниченной выборки. Например, байесовские модели, которые включают априорную информацию и штрафные методы обратной ковариации, должны быть оценены в будущей работе [6, 9, 12, 24].Чтобы уменьшить шум от секвенирования и других технических артефактов при сравнении методов нормализации, мы исследовали только отфильтрованный набор OTU. Нормализация в этом контексте не требует выборочного удаления образцов по размеру библиотеки, что иногда используется при предварительной обработке экологических данных. Хотя, безусловно, есть заслуга понимания того, насколько хорошо предложенные методы нормализации устраняют техническую предвзятость, эти усилия выходят за рамки данной статьи.

Распространенной задачей анализа ниже по течению является анализ дифференциальной численности, т.е.е. найти измененные микробные компоненты в ответ на какое-то вмешательство. В недавних статьях уже подробно исследована роль нормализации в этой задаче [18, 29], однако интеграция корреляций более высокого порядка в этот анализ является выдающейся целью. Наша структура для изучения влияния нормализации на корреляционный и последующий анализ может быть адаптирована для изучения эффекта смоделированных биологически правдоподобных коррелированных данных подсчета или экспериментально подтвержденных данных о численности населения.В будущем предпочтение измерять абсолютную численность генов в популяции может также изменить методы нормализации данных, что может потребовать совершенно новой схемы нормализации данных.

Дополнительные рисунки

Рисунок 9: Дополнение 1:

Стандартное отклонение на OTU (взято для всех 531 OTU) в зависимости от ранга среднего числа.

Рис. 10: Приложение 2:

Частоты значений корреляции показывают различные лежащие в основе распределения после преобразования.Гистограммы частоты корреляции матриц после применения различных методов нормализации. Частоты были нанесены на график с 200 ячейками, и для каждого распределения показаны среднее значение, дисперсия, асимметрия и эксцесс.

Рисунок 11: Дополнение 3:

Преобразования, которые удаляют композиционные артефакты (CLR) и стабилизируют дисперсию (VST), приводят к существенно разным моделям корреляции. A, B) Многомерное масштабное представление спектральных расстояний и расстояний Ферстнера, соответственно, между корреляционными структурами разного размера, оцененными с помощью различных методов нормализации.Эти оценки также сравниваются с непреобразованными или необработанными значениями подсчета (темно-серые точки). C, D) Спектральное расстояние и расстояние Ферстнера между подвыборками разного размера. Линии представляют собой среднее значение, а серая лента представляет собой стандартное отклонение от среднего 20 случайных подвыборок. (цветовая схема, как на A, B)

Рисунок 12: Дополнение 4:

CLR и VST производят большее количество кластеров, как это выбрано метрикой собственных зазоров. Вертикальные линии представляют первое ненулевое собственное значение, которое выбирается как количество кластеров.

Рисунок 13: Дополнение 5:

Кластеры OTU после преобразования CLR и VST создают более таксономически однородные кластеры, чем TSS и CSS (см. Рисунок 4). Сложенные столбчатые диаграммы представляют состав OTU в каждом кластере на уровне семьи. Кластеры расположены в вертикальном порядке, начиная с наивысшего процента наиболее многочисленного семейства: Rumincococcae. По горизонтали порядок представляет собой наивысший процент в каждом кластере. Числа на левой оси представляют количество OTU в каждом кластере.Числа на правой оси представляют количество таксономических групп на уровне семейства в каждом кластере.

Рисунок 14: Приложение 6:

Круговые дендрограммы показывают, что иерархическая кластеризация приводит к более однородной кластеризации по таксономической аннотации. В VST объединяется большее количество таксонов отрядов Enterobacteriales и Bacteriodales, чем при использовании других методов нормализации.

Рисунок 15: Приложение 7:

CLR и VST создают больше модульных сетей, разделяющих сообщества на уровне семьи.Для сетей слева от каждой панели каждый узел представляет собой OTU, помеченный аннотацией модуля, как предсказано алгоритмом модульности Fast-Greedy. Сети справа представляют соответствующую филогенетическую аннотацию OTU на уровне семьи. Макет, использующий принудительно управляемый алгоритм Фрухтермана-Рейнгольда, был сохранен для обеих сетей в каждой панели для сравнения

Ссылки

  1. [1] .↵

    J. Aitchison. Статистический анализ композиционных данных.Chapman & Hall, Ltd., Лондон, Великобритания, Великобритания, 1986. ISBN 0-412-28060-4.

  2. [2] .↵
  3. [3] .↵
  4. [4] .↵
  5. [5] .↵
  6. [6] .↵
  7. [7] .↵
  8. [8]. ↵
  9. [9] .↵
  10. [10] .↵

    W. FÃurstner и B. Moonen. Метрика ковариационных матриц. В «Геодезия - вызов 3-го тысячелетия», страницы 299–309. Springer, 2003.

  11. [11] .↵
  12. [12] .↵
  13. [13] .↵
  14. [14].↵
  15. [15] .↵
  16. [16] .↵
  17. [17] .↵
  18. [18] .↵
  19. [19] .↵
  20. [20] .↵
  21. [21] .↵
  22. [22] .↵
  23. [23] .↵
  24. [24] .↵
  25. [25] .↵
  26. [26] .↵
  27. [27] .↵
  28. [28] .↵
  29. [29] .↵
  30. [30] .↵

Роль пробиотиков в здоровье пищеварительной системы

Резюме: Хотя пробиотики документально подтвердили свою пользу для здоровья за пределами желудочно-кишечного тракта, здоровье пищеварительной системы остается ключевым преимуществом для пробиотиков.Достижения в области технологий сделали возможным более глубокий анализ кишечной микробиоты. Тем не менее, здоровая микробиота не может быть определена из-за индивидуальных различий и изменений с возрастом. Пробиотики, как правило, не излечивают или не предотвращают болезнь, но направлены на поддержание здоровья и снижение риска заболевания; хотя пробиотические фармацевтические препараты возможны. Мета-анализы выявили несколько областей, в которых пробиотики могут принести пользу для здоровья, например, определенные типы диареи, запоры и воспалительные заболевания кишечника.Также постоянно растет понимание механизмов действия пробиотиков. Тем не менее, по-прежнему сложно определить конкретные штаммы (комбинации) для явной пользы для здоровья. Лучшее понимание состава и активности кишечной микробиоты сделает вероятным, что в будущем мы увидим новые пробиотики из других родов, кроме Lactobacillus , Bifidobacterium или Saccharomyces ; они могут быть ориентированы на новые или существующие цели в области здравоохранения.

Ключевые слова: Lactobacillus , Bifidobacterium , кишечная микробиота, здоровье, новые пробиотики

Введение

Наиболее широко используемым определением пробиотиков является определение, предложенное рабочей группой Продовольственной и сельскохозяйственной организации / Всемирной организации здравоохранения и недавно подтвержденное Международной научной ассоциацией пробиотиков и пребиотиков: живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах, принести пользу здоровью хозяина. 1,2 Таким образом, определение выделяет три основных момента: 1) жизнеспособность микробов, 2) доза и 3) документально подтвержденная польза для здоровья.

Жизнеспособность

Жизнеспособность микробов ставит определенные технологические проблемы. Большинство пробиотиков принадлежит к родам Lactobacillus и Bifidobacterium , хотя также используются штаммы и виды из других родов. Для этого необходимо, чтобы микробы оставались жизнеспособными до конца срока годности.Пробиотики обычно употребляются в двух основных формах: в виде пищи и в качестве пищевой добавки. Пища, как правило, имеет высокую активность воды, а ферментированные продукты имеют низкий pH. Такие продукты часто требуют хранения в холодильнике и имеют ограниченный срок хранения; недели, а не месяцы или годы. В случае пищевых добавок активность воды обычно низкая, но продукты, как правило, хранятся при температуре окружающей среды и могут иметь срок годности до 2 лет. До конца срока годности должна быть доступна достаточная доза.Желательно, чтобы это было указано на продукте; количество жизнеспособных микробов во время производства представляет меньший интерес, поскольку не указывает, какая минимальная доза будет во время потребления.

Доза

Таким образом, важна доза. Однако не всегда ясно, какой должна быть эта доза. Практическое правило состоит в том, что доза должна составлять не менее 10 9 колониеобразующих единиц, хотя Министерство здравоохранения Канады рекомендует не менее 10 7 колониеобразующих единиц для общего требования о пробиотиках. 3 Однако доза, вероятно, будет зависеть от конкретного пробиотического штамма (комбинации), пользы для здоровья и субпопуляции, к которой принадлежит потребитель. Следовательно, доза, которая была документально подтверждена как полезная для здоровья, должна приниматься в соответствии с инструкциями; что также требуется Министерством здравоохранения Канады для конкретных заявлений о вреде для здоровья.

Польза для здоровья

Наконец, польза для здоровья; что составляет пользу для здоровья, а что нет? На момент написания (октябрь 2015 г.) Европейское управление по безопасности пищевых продуктов не одобрило заявления о пользе пробиотиков для здоровья.Однако это не следует интерпретировать так, будто пробиотики не приносят пользы для здоровья. Углубленный анализ нормативных проблем, связанных с заявками на полезность пробиотиков в различных юрисдикциях, выходит за рамки данной работы. Для простоты здесь польза для здоровья будет интерпретироваться как улучшение клинического результата. Это означает, что изменения в составе микробиоты или определенных иммунных маркеров учитываться не будут. Сила таких маркеров не является общепринятой. 4

Безопасность

Хотя это и не упоминается в определении, очевидно, что коммерческие пробиотики должны быть хорошо идентифицированы и безопасны.Идентификацию следует проводить молекулярными методами. Хотя это и не требуется, секвенирование генома в настоящее время настолько рентабельно, что запрос на коммерческие штаммы пробиотиков не будет чрезмерным. Для представителей родов Bifidobacterium и Lactobacillus безопасность не является проблемой для населения в целом. Для потребителей (пациентов) с плохим общим состоянием здоровья и, в частности, с плохим иммунным статусом, следует учитывать соотношение риска и пользы. Эта группа населения, как правило, получает наибольшую потенциальную пользу от пробиотиков, и риск (обычно инфекции) остается небольшим.В маловероятном случае заражения можно легко вылечить. Наконец, в интересах всех потребителей коммерческие пробиотики не должны обладать передаваемой устойчивостью к антибиотикам. Это то, что можно проверить как фенотипически, так и с помощью анализа генома.

Специфичность штамма в сравнении с общностью

Большинство коммерческих пробиотиков, принадлежащих к узкой группе молочнокислых бактерий, лактобактерий и бифидобактерий, были выделены из аналогичных источников, таких как ферментированные молочные продукты или кишечник, и, как правило, были выбраны для выживания при низких pH и желчных кислотах. .Поэтому разумно предположить, что разные штаммы обладают некоторыми общими свойствами, 5 , в то время как другие характеристики действительно могут быть специфичными для конкретного штамма; это схематично представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 Схематическое изображение общих свойств различных штаммов в пределах данного вида.
Примечания: Аналогичная аналогия может использоваться для общих свойств между штаммами разных видов в пределах одного и того же рода или таксономической группы.

Кишечная микробиота

Методы анализа состава и активности кишечной микробиоты постоянно совершенствуются; возможность проведения анализов, которые до недавнего времени считались невозможными. Углубленный обзор микробных анализов кишечника выходит за рамки данной работы, и читатель может обратиться для этого к другим источникам, например, Lankelma et al. 6 Однако есть общее мнение, что кишечная микробиота, что, кстати, является правильным термином для того, что раньше называлось кишечной микрофлорой (мы имеем дело с мелкими животными, а не с мелкими растениями), играет важную роль. в области здоровья и болезней и в гораздо большем количестве областей, чем считалось ранее.Кишечная микробиота часто относится к фекальной микробиоте, поэтому важно понимать, что разные части желудочно-кишечного тракта содержат разную микробиоту.

Несмотря на развитие аналитических методов, было трудно определить конкретные организмы или группы организмов, которые причинно связаны с определенными состояниями здоровья. Это одна из причин, почему изменение состава микробиоты часто не считается пользой для здоровья, поскольку неясно, какое изменение требуется; даже не увеличивая уровни бифидобактерий и / или лактобактерий.Однако становится ясно одно; в целом разнообразие это хорошо. Многие болезненные состояния связаны со снижением микробного разнообразия. 7 Это не удивительно; В экологии разнообразие экосистемы связано с устойчивостью, а монокультуры восприимчивы к нарушениям.

Хотя существует общее мнение о том, что кишечная микробиота играет важную роль в здоровье и болезнях, точные механизмы и вклад различных членов все еще плохо изучены.Это также осложняется тем фактом, что у каждого человека есть своя личная микробиота; не существует «стандартной» здоровой микробиоты, поскольку она была бы у всех разной и меняется в течение нашей жизни. 8

Было показано, что некоторые пробиотики изменяют состав кишечной микробиоты. Однако это случается не всегда. 9 Причиной этого может быть то, что здоровая микробиота, какой бы она ни была, способна противостоять изменениям, вызванным внешними факторами; как хорошие (пробиотики), так и плохие (патогены).Когда микробиота нарушена, пробиотики могут помочь в ее восстановлении, то есть возвращении в исходное состояние. 10 Ярким примером этого является использование антибиотиков (см. Раздел «Диарея, связанная с антибиотиками»). Хотя документально подтверждено, что большинство коммерческих пробиотиков выживают при прохождении через желудочно-кишечный тракт, это само по себе не приносит пользы для здоровья, а также не объясняет, как они могут способствовать восстановлению микробиоты, поскольку пробиотики не просто дополняют истощенные виды. Скорее всего, пробиотики способствуют улучшению местной окружающей среды, что позволяет микробиоте восстанавливаться.

Здоровье пищеварительной системы

Здоровье пищеварительной системы официально не определено. На практике это следует определять по отсутствию кишечных жалоб. Это явно неудовлетворительно, но с практической точки зрения это может сработать. Большинство здоровых потребителей будут довольны своим здоровьем пищеварительной системы, если у них не будет никаких симптомов, то есть в первую очередь они не будут напоминать об их кишечнике.

Таким образом, здоровье пищеварительной системы направлено на снижение риска желудочно-кишечных расстройств и / или облегчение таких симптомов, если и когда они возникают.Это обсуждается в следующем разделе.

Хотя пробиотики можно использовать в качестве лекарств, большинство пробиотиков продается как пищевые ингредиенты или как пищевые добавки. 1 Таким образом, не предполагается, что пробиотики предотвращают заболевание, они могут снизить риск заболевания. Пробиотики не лечат и не смягчают болезнь, они могут облегчить симптомы болезни. Поэтому к большинству пробиотиков не относятся как к лекарствам, их основная цель - поддержание здоровья. Кроме того, традиционные ферментированные продукты, такие как йогурт, квашеная капуста и кимчи, не являются пробиотиками, если они не содержат определенных штаммов с документально подтвержденной пользой для здоровья, таких как определенные пробиотические йогурты (рис. 2).

Рисунок 2 Схематическое изображение пробиотических продуктов; отличать непробиотические продукты с живыми микробами от пробиотических продуктов и указывать диапазон от продуктов питания / диетических добавок до фармацевтических препаратов.

Запор, замедленный кишечный транзит

Запор - одно из наиболее распространенных расстройств пищеварения. Несмотря на доброкачественность, запор оказывает существенное влияние на общее самочувствие и считается риском некоторых серьезных кишечных заболеваний, таких как дивертикулит.Запор определяется как три или менее спонтанных испражнения в неделю. Это чаще встречается у женщин, чем у мужчин, и имеет тенденцию к увеличению с возрастом. Несмотря на то, что запор четко определен, он до некоторой степени субъективен и трудно поддается измерению. Альтернативными показателями являются Бристольская шкала стула 11 и время прохождения через кишечник. Время прохождения через кишечник можно измерить различными методами, используя красители, такие как карминный красный, рентгеноконтрастные маркеры и так называемые умные таблетки. Первый определяет время прохождения через рот и не очень чувствителен, поскольку субъекты, как правило, испражняются один раз в день или реже. 12 Рентгеноконтрастные маркеры чувствительны, но требуют, чтобы субъекты соблюдали потребление маркеров в течение 6 дней (для создания устойчивого состояния), а также требует воздействия радиации. 13 Так называемые «умные таблетки» предоставляют больше информации, чем просто время прохождения через толстую кишку; 14 Однако этот метод дорог и обычно не используется для измерения транзита в исследовательских целях. Поэтому в большинстве исследований пробиотиков кишечного транзита использовались рентгеноконтрастные маркеры и рентгенография брюшной полости.

Ряд пробиотиков был протестирован на предмет их влияния на медленный кишечник; большинство из них представляют собой штамма Bifidobacterium lactis , например B. lactis DN-173010, B. lactis HN019 или комбинацию Bifidobacterium longum BB536 и B. lactis 4200008 В целом 15 , было обнаружено, что испытанные пробиотики сокращают транзит по толстой кишке. 16,17 Здесь важно то, что пробиотики не сокращают время прохождения субъектов с «нормальным» начальным временем прохождения, то есть они не вызывают диарею (рис. 3).Также было показано, что пробиотики улучшают частоту и консистенцию стула. 18 Хотя в исследованиях использовалось много разных доз, метаанализы не смогли выявить эффект доза-ответ. 17

Рис. 3 Принцип, по которому пробиотики могут оказывать положительное воздействие при диарее и запоре; нормализация кишечного транзита.

Диарея, связанная с антибиотиками

Диарея, связанная с антибиотиками (AAD), как сообщается, встречается у 5–39% пациентов, принимающих антибиотики. 19 Однако исходные данные для этих чисел относительно старые и ориентированы на госпитализированных пациентов. Более недавнее эпидемиологическое расследование показало, что у 9,6% пациентов больниц, которым были прописаны антибиотики, развился ААД; в основном пациенты 65 лет и старше. Заболеваемость ААД у амбулаторных больных менее известна. Тем не менее, AAD влияет на качество жизни и приводит к значительным расходам для системы здравоохранения. Таким образом, безусловно приветствуются дополнительные методы лечения, которые могут снизить его частоту.

Предполагается, что наиболее распространенными патогенами, вызывающими ААД, являются Clostridium difficile , Clostridium perfringens и Staphylococcus aureus . Однако эти патогены не являются причиной всех ААД, и поэтому остается много неизвестных причин; некоторые из них могут быть немикробиологическими и связаны с физиологическими изменениями в организме хозяина (например, изменение резорбции желчных кислот).

Было доказано, что пробиотики очень успешно снижают риск ААД. 20 Если посмотреть на настройки, большинство исследований было выполнено в клинических / больничных условиях и оказалось успешным.Гораздо меньше данных доступно о местных условиях и амбулаторных пациентах. 21 Было подсчитано, что использование пробиотиков снизит стоимость лечения диареи на 25%; 22 это связано с числом, необходимым для лечения 13

В целом комбинации пробиотиков, такие как Bifidobacterium bifidum W23 + B. lactis W18 + B. longum W51 + Enterococcus faecium W54 + Lactobacillus acidophilus W37 + L . acidophilus W55 + Lactobacillus paracasei W72 + Lactobacillus plantarum W62 + Lactobacillus rhamnosus W71 + Lactobacillus salivarius W24 23 или L.acidophilus NCFM + L. paracasei Lpc-37 + B. lactis Bi-07 + B. lactis BL-04 24 или L. acidophilus CL1285 и Lactobacillus casei LBC80R 25 оказались успешными. Было показано, что среди отдельных штаммов L. rhamnosus GG помогает; 26 E. faecium SF68 показал разные результаты. 27 Сообщается также, что дрожжи, в частности Saccharomyces boulardii (ном. Бесценный), эффективны в снижении риска ААД. 20 Проблема заключается в том, что до недавнего времени никаких обозначений штаммов S.boulardii. Было показано, что многие другие штаммы и комбинации пробиотиков эффективны, и описание их всех выходит за рамки настоящего обзора. Для получения более подробной информации читатель может отсылать к исследованию Hempel et al. 20

Интересно, что при AAD были проведены два редких исследования зависимости реакции от дозы пробиотиков. 24,25 Оба исследования показывают, что более высокая доза была более эффективной, чем более низкая испытанная доза. Хотя это не следует обобщать, интересно отметить, что эффекты доза-ответ наблюдались при применении пробиотиков.

Внебольничная диарея

Внебольничная диарея может быть вызвана множеством патогенов, токсинов и других факторов. Одними из наиболее изученных мишеней внебольничной диареи для пробиотиков являются ротавирусная диарея и диарея путешественников.

L. rhamnosus GG является примером пробиотика, который, как было показано, снижает риск ротавирусной диареи у детей в условиях стационара (т. Е. Нозокомиальной инфекции) 28 , а также помогает при лечение ротавирусной диареи. 29 Для снижения риска ротавирусной инфекции в детских садах доказательства минимальны до скромных 30 для всех протестированных штаммов. При наличии ротавирусной вакцины неясно, до какой степени это все еще актуальная цель как в больницах, так и в общинах. При внебольничной диарее этиология часто не определяется, но также при этих диареях пробиотики, такие как B. lactis HN019 31,32 или L. paracasei Lpc-37 31 , были замечены как успешно снижает риск, особенно у маленьких детей.

У диареи путешественников множество причин; поэтому неудивительно, что пробиотики менее эффективны в предотвращении этого типа диареи, с оценочным (незначительным) снижением на 8%. 21 В дополнение к этому, исследования, которые использовались для оценки эффективности, страдают от высокого уровня отсева.

Однако, там, где они были эффективными, было рассчитано, что использование пробиотиков снизит стоимость лечения диареи на 25%. Хотя первоначальная стоимость была увеличена (стоимость пробиотика), последующие дополнительные лекарства и консультации были сокращены. 22

Может показаться противоречивым, что пробиотик может как сократить время прохождения в случае запора, так и продлить его в случае диареи. Однако более правильная точка зрения состоит в том, что пробиотики нормализуют время прохождения (рис. 3). 33

Синдром раздраженного кишечника

Синдром раздраженного кишечника (СРК), не путать с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК), - это не заболевание, а синдром. СРК определяется в соответствии с критериями Рима III как: повторяющиеся боли в животе или дискомфорт не менее 3 дней в месяц в течение последних 3 месяцев, связанные с двумя или более из следующих факторов:

  • Улучшение при дефекации
  • Начало связано с изменением самочувствия. частота стула
  • Начало связано с изменением формы (внешнего вида) стула.

Кроме того, нет никаких доказательств воспалительного, анатомического, метаболического или неопластического процесса, который объясняет симптомы субъекта. СРК может быть разделен на диарею, запор или смешанный тип с использованием Бристольской шкалы стула 34 или может быть неопределенным. Поскольку нет четкой этиологии, лечение является сложной задачей, хотя симптомы, подобные СРК, являются одной из наиболее частых причин посещения гастроэнтерологов. СРК, по-видимому, имеет сильный психосоматический компонент и, следовательно, подвержен эффекту плацебо; для этого необходимо, чтобы исследования были достаточно продолжительными (несколько месяцев) и имели достаточное количество добровольцев (сотни человек / группа лечения).Также может потребоваться сосредоточить внимание на одном подтипе СРК, чтобы получить достаточно однородную исследуемую популяцию. Пробиотики обладают потенциалом для облегчения определенных симптомов СРК, таких как боль в животе (например, VSL # 3 35 или Bacillus coagulans GBI-30, 6086), 36 вздутие живота (например, L. acidophilus NCFM + B. lactis Bi-07 37 или B. bifidum MIMBb75), 38 и метеоризм (например, S. boulardii ). 39 Однако общее улучшение качества жизни при СРК представляется сложной задачей. 40,41 Поэтому также трудно определить конкретные штаммы или комбинации штаммов, которые были бы наиболее эффективными. Однако, как указывалось ранее, задокументировано использование выбранных штаммов для облегчения некоторых симптомов СРК.

Некротический энтероколит

Некротический энтероколит (НЭК) - очень серьезное заболевание с высокой смертностью. Основная группа риска - младенцы с очень низкой массой тела при рождении (<1500 г).К счастью, НЭК редко встречается среди живорожденных в целом (<0,1%). Патогенез НЭК до конца не изучен, но, вероятно, он многофакторный с важным микробным компонентом. Сообщается, что кишечная микробиота недоношенных детей менее разнообразна, чем у доношенных детей, и, по-видимому, чаще заселяется потенциальными патогенными видами из таких родов, как Klebsiella , Enterobacter и Clostridium . 42 В настоящее время не существует лечения для профилактики НЭК.Тем не менее, пробиотики, как сообщается, очень успешно снижают риск НЭК в группе риска и на самом деле являются одним из наиболее документированных преимуществ пробиотиков. 43 Из-за участия потенциальных патогенов в этиологии НЭК введение пробиотиков следует начинать как можно раньше и продолжать, по крайней мере, до скорректированного гестационного возраста 36 или 37 недель. 44 Поскольку большинство исследований являются относительно небольшими, а дозы и дизайн исследований варьируются, трудно рекомендовать конкретные штаммы для этого применения, с другой стороны, похоже, что большинство протестированных штаммов оказались успешными.Это привело к все более широко распространенному мнению о том, что пробиотики следует регулярно использовать для снижения риска НЭК. 45 Несмотря на это, популяция очень чувствительна, что может указывать на необходимость более строгого контроля качества пробиотического продукта; Что должен включать этот контроль с точки зрения тестирования микробиологической безопасности, еще предстоит определить. Кроме того, следует документировать нежелательные явления.

Воспалительное заболевание кишечника

ВЗК можно разделить на три различных состояния: язвенный колит, воспалительное состояние, ограниченное толстой кишкой; Болезнь Крона (БК), которая представляет собой воспаление, которое может быть в любом месте кишечного тракта; и поучит, который представляет собой воспаление подвздошной кишки.

ВЗК характеризуется периодами активного заболевания, которое лечится, и периодами ремиссии. Этиология ВЗК неизвестна, но микробиота, по-видимому, играет важную роль. Следовательно, неудивительно, что пробиотики рассматривались при ВЗК. Основными исследованными пробиотиками являются Escherichia coli, Nissle 1917 и пробиотическая комбинация VSL # 3. Первый, по-видимому, эффективен в поддержании ремиссии при БК, в то время как последний, по-видимому, эффективен как в индукции, так и в поддержании ремиссии при БК; 46 для достижения ремиссии в сочетании с традиционной терапией и поддержания ремиссии при язвенном колите; 47,48 и поддержание ремиссии при поучите. 47

Ликвидация Helicobacter pylori

Helicobacter pylori является обычным обитателем слизистой оболочки желудка и, как было установлено, связано с язвой желудка и раком желудка. Однако H. pylori выполняет двойную роль: обнаружено, что воздействие этого организма коррелирует со снижением риска атопического дерматита у детей 49 , а эрадикация H. pylori , как предполагается, коррелирует с повышенным риском развития атопического дерматита. ожирение. 50 Из-за своего патогенного характера он искореняется от носителей. Хотя исследования in vitro и на животных показали антагонистическую активность в отношении H. pylori , в частности, пробиотиков Lactobacillus , это не было воспроизведено на людях. Поэтому пробиотики не могут рассматриваться как альтернатива стандартной терапии. 51 Было обнаружено, что некоторые штаммы, такие как Lactobacillus johnsonii La1 52 , снижают уровень H.pylori , что может быть предпочтительнее в свете потенциальной положительной роли, которую может играть этот организм.

Несмотря на то, что пробиотики не искоренились, они оказались многообещающими в качестве адъювантов к стандартной терапии, уменьшая побочные эффекты, тем самым улучшая комплаентность и приводя к более высокому уровню успеха (72% против 82%). 53 Это также предлагается в консенсусном отчете Маастрихт IV по лечению H. pylori . 54 Отчет Маастрихта IV рекомендует (со степенью рекомендации D) использовать S.boulardii . Положительный эффект некоторых пробиотиков на эрадикацию H. pylori можно объяснить аналогичными механизмами, как и для снижения риска ААД, хотя, по-видимому, задействованы и другие факторы.

Будущее

Продолжающийся углубленный анализ кишечной микробиоты, вероятно, укажет на новые кандидаты в пробиотики. Сравнение микробиоты между различными популяциями не только показывает, какие организмы положительно связаны с заболеванием, но также какие организмы отсутствуют или их количество сокращается.Такие организмы могут иметь пробиотический потенциал. Примеры этого включают Akkermansia muciniphila , разрушающий слизь организм с противовоспалительным потенциалом, который может играть роль в снижении метаболического синдрома. Другой пример - Faecalibacterium prausnitzii , который также обладает противовоспалительным потенциалом и может быть полезен при БК.

Генетически модифицированные пробиотики были протестированы некоторое время назад, например, IL-10, продуцирующий штаммов L. lactis , и, хотя и был успешным, 55 , похоже, не привел к большему успеху.Очевидно, что такие пробиотики находятся в фармацевтическом диапазоне спектра (рис. 2).

Заключение

Здоровье пищеварительной системы - «традиционная» цель для пробиотиков. Некоторые преимущества для здоровья, по-видимому, довольно хорошо известны для различных пятен, особенно у младенцев и детей, таких как запор / длительный транзит, AAD, определенные формы внебольничной диареи, определенные симптомы IBS и NEC. За исключением VSL # 3 для IBD, не всегда легко определить, какой штамм (комбинация) наиболее эффективен.Поэтому для потребителя по-прежнему сложно определить подходящий продукт; некоторые вещи, на которые следует обратить внимание, гарантировано ли количество до конца срока годности, указаны ли штаммы или только вид и / или род?

Раскрытие информации

Автор является сотрудником DuPont Nutrition and Health. DuPont Nutrition and Health производит и продает пробиотики. Автор не сообщает о других конфликтах интересов в этой работе.


Ссылки

1.

Hill C, Guarner F, Reid G, et al. Документ о консенсусе экспертов: Консенсусное заявление Международной научной ассоциации пробиотиков и пребиотиков относительно области применения и надлежащего использования термина пробиотик. Нат Рев Гастроэнтерол Гепатол . 2014. 11 (8): 506–514.

2.

ФАО / ВОЗ, редактор. Руководство по оценке пробиотиков в пищевых продуктах ; 2002. Доступно по адресу: http://www.who.int/foodsafety/fs_management/en/probiotic_guidelines.pdf. По состоянию на 25 ноября 2015 г.

3.

Natural Health Products; Монография по пробиотикам, (2015).

4.

Альберс Р., Бурде-Сикар Р., Браун Д. и др. Мониторинг иммунной модуляции путем питания среди населения в целом: выявление и обоснование воздействия на здоровье человека. Br J Nutr . 2013; 110 (Приложение 2): S1 – S30.

5.

Glanville J, King S, Guarner F, Hill C, Sanders ME.Обзор процесса систематического обзора и его применимости для использования при оценке доказательств, подтверждающих полезность пробиотических пищевых продуктов в Европейском Союзе. Nutr J . 2015; 14:16.

6.

Lankelma JM, Nieuwdorp M, de Vos WM, Wiersinga WJ. Микробиота кишечника во внутренней медицине: значение для здоровья и болезней. Нет Дж. Мед. . 2015. 73 (2): 61–68.

7.

Sankar SA, Lagier JC, Pontarotti P, Raoult D, Fournier PE.Микробиом кишечника человека - таксономическая загадка. Syst Appl Microbiol . 2015. 38 (4): 276–286.

8.

Оттман Н., Шмидт Х., де Вос В.М., Белцер К. Функция нашей микробиоты: кто существует и что они делают? Микробиол фронтальных клеточных инфекций . 2012; 2: 104.

9.

Derrien M, van Hylckama Vlieg JE. Судьба, активность и влияние проглоченных бактерий на микробиоту кишечника человека. Trends Microbiol . 2015; 23 (6): 354–366.

10.

Энгельбрексон А., Корзеник Дж. Р., Питтлер А. и др. Пробиотики, чтобы свести к минимуму нарушение фекальной микробиоты у здоровых людей, получающих антибактериальную терапию. J Med Microbiol . 2009. 58 (Pt 5): 663–670.

11.

Льюис С.Дж., Хитон КВ. Шкала формы стула как полезный справочник по времени прохождения через кишечник. Сканд Дж Гастроэнтерол .1997. 32 (9): 920–924.

12.

Hengst C, Ptok S, Roessler A, Fechner A, Jahreis G. Влияние добавок полидекстрозы на различные параметры фекалий у здоровых добровольцев. Инт J Food Sci Nutr . 2009; 60 (Приложение 5): 96–105.

13.

Cremonini F, Mullan BP, Camilleri M, Burton DD, звание MR. Характеристики производительности сцинтиграфических измерений транзита для исследования экспериментальных методов лечения. Алимент Фармакол Тер . 2002; 16 (10): 1781–1790.

14.

Рао С.С., Куо Б., МакКаллум Р.В. и др. Исследование кишечного и кишечного транзита с помощью капсулы беспроводной моторики и рентгеноконтрастных маркеров при запоре. Клин Гастроэнтерол Гепатол . 2009. 7 (5): 537–544.

15.

Waller PA, Gopal PK, Leyer GJ, et al. Дозозависимый эффект Bifidobacterium lactis HN019 на время прохождения через весь кишечник и функциональные желудочно-кишечные симптомы у взрослых. Сканд Дж Гастроэнтерол . 2011. 46 (9): 1057–1064.

16.

Ouwehand AC, Forssten S, Nexmann Larsen C, Philipp S. Пробиотики и их влияние на медленный транзит по толстой кишке. J Food Nutr Disord . 2014; С1: 1.

17.

Miller LE, Ouwehand AC. Добавки с пробиотиками сокращают время прохождения через кишечник: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. Мир Дж. Гастроэнтерол .2013. 19 (29): 4718–4725.

18.

Dimidi E, Christodoulides S, Fragkos KC, Scott SM, Whelan K. Влияние пробиотиков на функциональный запор у взрослых: систематический обзор и метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. Ам Дж. Клин Нутр . 2014. 100 (4): 1075–1084.

19.

McFarland LV. Обоснованный на фактах обзор пробиотиков для лечения антибиотико-ассоциированной диареи и инфекций Clostridium difficile. Анаэроб . 2009. 15 (6): 274–280.

20.

Hempel S, Newberry SJ, Maher AR и др. Пробиотики для профилактики и лечения диареи, связанной с антибиотиками: систематический обзор и метаанализ. ЯМА . 2012. 307 (18): 1959–1969.

21.

Sazawal S, Hiremath G, Dhingra U, Malik P, Deb S, Black RE. Эффективность пробиотиков в профилактике острой диареи: метаанализ замаскированных, рандомизированных, плацебо-контролируемых исследований. Ланцет Infect Dis . 2006. 6 (6): 374–382.

22.

Vandenplas Y, De Hert S; Пробиотическая исследовательская группа. Стоимость / польза синбиотиков при остром инфекционном гастроэнтерите: тратьте, чтобы сэкономить. Бенеф Микробы . 2012; 3 (3): 189–194.

23.

Конинг С.Дж., Джонкерс Д.М., Стобберинг Е.Е., Малдер Л., Ромбоутс FM, Стокбруггер Р.В. Влияние многовидового пробиотика на кишечную микробиоту и дефекацию у здоровых добровольцев, принимающих антибиотик амоксициллин. Ам Дж. Гастроэнтерол . 2008. 103 (1): 178–189.

24.

Ouwehand AC, DongLian C, Weijian X и др. Пробиотики уменьшают симптомы употребления антибиотиков в условиях стационара: рандомизированное исследование зависимости реакции от дозы. Вакцина . 2014. 32 (4): 458–463.

25.

Гао XW, Mubasher M, Fang CY, Reifer C, Miller LE. Дозозависимая эффективность запатентованной пробиотической формулы Lactobacillus acidophilus CL1285 и Lactobacillus casei LBC80R для профилактики диареи, связанной с антибиотиками, и диареи, связанной с Clostridium difficile, у взрослых пациентов. Ам Дж. Гастроэнтерол . 2010. 105 (7): 1636–1641.

26.

Vanderhoof JA, Whitney DB, Lantonson DL, Hanner TL, Lupo JV, Young RJ. Lactobacillus GG в профилактике антибиотико-ассоциированной диареи у детей. Дж. Педиатр . 1999. 135 (5): 564–568.

27.

Вундерлих П.Ф., Браун Л., Фумагалли И. и др. Двойной слепой отчет об эффективности продуцирующего молочную кислоту Enterococcus SF68 в профилактике диареи, связанной с антибиотиками, и в лечении острой диареи. J Int Med Res . 1989. 17 (4): 333–338.

28.

Szajewska H, ​​Wanke M, Patro B. Мета-анализ: эффекты Lactobacillus rhamnosus GG добавки для профилактики диареи у детей, связанной с оказанием медицинской помощи. Алимент Фармакол Тер . 2011. 34 (9): 1079–1087.

29.

Isolauri E, Juntunen M, Rautanen T., Sillanaukee P, Koivula T. Штамм Lactobacillus человека (Lactobacillus casei sp. Штамм GG) способствует выздоровлению от острой диареи у детей. Педиатрия . 1991. 88 (1): 90–97.

30.

Гуандалини С. Пробиотики для профилактики и лечения диареи. Дж Клин Гастроэнтерол . 2011; 45 (Приложение): S149 – S153.

31.

Hemalatha R, Ouwehand AC, Forssten SD, et al. Рандомизированное двойное слепое контролируемое исследование на уровне сообщества Lactobacillus paracasei и Bifidobacterium lactis по снижению риска диареи и лихорадки у детей дошкольного возраста в городских трущобах в Индии. Eur J Nutr Безопасность пищевых продуктов . 2014; 4: 325–341.

32.

Sazawal S, Dhingra U, Hiremath G, et al. Молоко, обогащенное пребиотиками и пробиотиками, в профилактике заболеваний среди детей: рандомизированное двойное слепое контролируемое исследование на базе сообщества. PloS One . 2010; 5 (8): e12164.

33.

Ouwehand AC. Пробиотики для здоровья кишечника и дыхательных путей. NutraCos. 2014 (июль / август): 2–4.

34.

Дроссман Д.А. Рим III: новые критерии. Подбородок Джиг Дис . 2006. 7 (4): 181–185.

35.

Майкл С., Кенче Х. Микробиота кишечника не была изменена рандомизированным двойным слепым плацебо-контролируемым исследованием VSL # 3 при синдроме раздраженного кишечника с преобладанием диареи. Пробиотики Антимикробные белки . 2011; 3 (1): 1–7.

36.

Hun L. Bacillus coagulans значительно уменьшил боль в животе и вздутие живота у пациентов с СРК. Постградская медицина . 2009. 121 (2): 119–124.

37.

Рингель-Кулька Т., Палссон О.С., Майер Д. и др. Пробиотические бактерии Lactobacillus acidophilus NCFM и Bifidobacterium lactis Bi-07 в сравнении с плацебо при симптомах вздутия живота у пациентов с функциональными расстройствами кишечника: двойное слепое исследование. Дж Клин Гастроэнтерол .2011. 45 (6): 518–525.

38.

Guglielmetti S, Mora D, Gschwender M, Popp K. Рандомизированное клиническое испытание: Bifidobacterium bifidum MIMBb75 значительно облегчает синдром раздраженного кишечника и улучшает качество жизни - двойное слепое плацебо учиться. Алимент Фармакол Тер . 2011. 33 (10): 1123–1132.

39.

Choi CH, Jo SY, Park HJ, Chang SK, Byeon JS, Myung SJ.Рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое многоцентровое исследование Saccharomyces boulardii при синдроме раздраженного кишечника: влияние на качество жизни. Дж Клин Гастроэнтерол . 2011. 45 (8): 679–683.

40.

Ортис-Лукас М., Тобиас А., Саз П., Себастьян Дж. Влияние пробиотиков на симптомы синдрома раздраженного кишечника: современный метаанализ. Ред. Esp Enferm Dig . 2013. 105 (1): 19–36.

41.

Ford AC, Quigley EM, Lacy BE, et al. Эффективность пребиотиков, пробиотиков и синбиотиков при синдроме раздраженного кишечника и хронических идиопатических запорах: систематический обзор и метаанализ. Ам Дж. Гастроэнтерол . 2014; 109 (10): 1547–1561; quiz 1546, 1562.

42.

Ouwehand AC. Какая роль пробиотиков в некротизирующем энтероколите. Arch Pediatr Infect Dis . 2014; 2 (1): e14912.

43.

Шейн А.Л., Дешпанде Г.К., Меренштейн Д. Улучшение неонатальных исходов с помощью пробиотиков. Педиатр JAMA . 2013. 167 (10): 885–886.

44.

Deshpande GC, Rao SC, Keil AD, Patole SK. Основанные на фактах рекомендации по применению пробиотиков у недоношенных новорожденных. BMC Med . 2011; 9: 92.

45.

Робинсон Дж. Кокрейн в контексте: пробиотики для профилактики некротического энтероколита у недоношенных детей. Доказанное здоровье детей . 2014; 9 (3): 672–674.

46.

Jonkers D, Penders J, Masclee A, Pierik M. Пробиотики в лечении воспалительных заболеваний кишечника: систематический обзор интервенционных исследований у взрослых пациентов. Наркотики . 2012. 72 (6): 803–823.

47.

Шен Дж., Цзо З.С., Мао А.П. Влияние пробиотиков на вызывание ремиссии и поддерживающую терапию при язвенном колите, болезни Крона и поучите: метаанализ рандомизированных контролируемых исследований. Воспаление кишечника . 2014. 20 (1): 21–35.

48.

Guandalini S, Cernat E, Moscoso D. Пребиотики и пробиотики при синдроме раздраженного кишечника и воспалительных заболеваниях кишечника у детей. Бенеф Микробы . 2015; 6 (2): 209–217.

49.

Сейскари Т., Кондрашова А., Вискари Х и др .; Исследовательская группа EPIVIR. Аллергическая сенсибилизация и микробная нагрузка - сравнение Финляндии и Российской Карелии. Клин Экспер Иммунол . 2007. 148 (1): 47–52.

50.

Nwokolo CU, Freshwater DA, O’Hare P, Randeva HS. Грелин в плазме после лечения Helicobacter pylori. Кишка . 2003. 52 (5): 637–640.

51.

Franceschi F, Cazzato A, Nista EC, et al. Роль пробиотиков у пациентов с инфекцией Helicobacter pylori. Хеликобактер . 2007; 12 (Дополнение 2): 59–63.

52.

Cruchet S, Obregon MC, Salazar G, Diaz E, Gotteland M. Влияние приема внутрь диетического продукта, содержащего Lactobacillus johnsonii La1, на колонизацию Helicobacter pylori у детей. Питание . 2003; 19 (9): 716–721.

53.

Чжан М.М., Цянь В., Цинь Й., Хэ Дж, Чжоу Ю. Пробиотики в эрадикационной терапии Helicobacter pylori: систематический обзор и метаанализ. Мир Дж. Гастроэнтерол .2015. 21 (14): 4345–4357.

54.

Малфертхайнер П., Меграуд Ф., О’Морайн, Калифорния и др .; Европейская группа по изучению хеликобактер. Управление инфекцией Helicobacter pylori - консенсус Маастрихт IV / Флорентийский отчет. Кишка . 2012. 61 (5): 646–664.

55.

Braat H, Rottiers P, Hommes DW, et al. Испытание фазы I с трансгенными бактериями, экспрессирующими интерлейкин-10 при болезни Крона.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Вся информация, размещенная на сайте, носит ознакомительный характер и не является руководством к действию. Перед применением любых лекарств и методов лечения необходимо обязательно проконсультироваться с врачом. Администрация ресурса osteohondroz24.ru не несет ответственность за использование материалов, размещенных на сайте. Копирование материалов разрешается только с указанием активной ссылки на сайт.