Нормализация микрофлоры кишечника препараты: Препараты для восстановления микрофлоры кишечника

Содержание

Страница не найдена |

Страница не найдена |

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

18192021222324

25262728293031

       

       

       

     12

       

     12

       

      1

3031     

     12

       

15161718192021

       

25262728293031

       

    123

45678910

       

     12

17181920212223

31      

2728293031  

       

      1

       

   1234

567891011

       

     12

       

891011121314

       

11121314151617

       

28293031   

       

   1234

       

     12

       

  12345

6789101112

       

567891011

12131415161718

19202122232425

       

3456789

17181920212223

24252627282930

       

  12345

13141516171819

20212223242526

2728293031  

       

15161718192021

22232425262728

2930     

       

Архивы

Метки

Настройки
для слабовидящих

Ученые нашли новое средство для лечения дисбактериозов и ожирения

Чтобы нормализовать микрофлору кишечника, восстановить метаболизм и бороться с ожирением, ученые применили вещество, стимулирующее иммунитет. На мышах они получили убедительный результат. Дело за разработкой лекарства для человека.

06 сентября 13:48

В каждом человеке живет несколько килограммов бактерий, а количество бактериальных клеток в организме превышает количество наших родных клеток. Суммарный геном этих бактерий гораздо больше нашего, и в нем записаны очень важные белки, которые мы сами не можем синтезировать. Биологи не зря предлагают считать микробиом отдельным органом и даже производят его успешные трансплантации от здоровых людей тем, кто страдает от бактериальной анархии.

Давно установлена связь состава кишечной микробиоты с метаболическими расстройствами.

Нарушение состава бактериального населения кишечника приводит к ожирению, диабету и сердечно-сосудистым заболеваниям.

Ученые из Сан-Франциско в статье, опубликованной в Nature, предложили новый способ борьбы с неправильной микрофлорой и нарушениями метаболизма. На мышах они показали, что от многих недугов помогает интерлейкин-22 — вещество, с помощью которого лейкоциты — иммунные охранники организма — «общаются» между собой. Он стимулирует иммунитет слизистой оболочки кишечника и таким образом влияет на живущих в нем бактерий.

Бактериальный состав кишечника может нарушиться, например, из-за приема антибиотиков, которые вместе с возбудителями инфекции способны убить и наших полезных сожителей. Это чревато серьезными последствиями.

Место полезных бактерий могут занять «нелегальные мигранты», отравляющие человека своими токсинами, которые приводят к хроническому воспалению слизистой оболочки кишечника.

Начинаются метаболические расстройства, симптомы которых принято называть дисбактериозом . Хотя на самом деле такого диагноза в списке «Международной классификаций болезней» нет, так как это не болезнь, а синдром — состояние. Впоследствии могут развиться ожирение, диабет, сердечно-сосудистые заболевания.

Кстати, в некоторых случаях ожирение происходит именно из-за нарушения обмена веществ по причине неправильного состава кишечной микрофлоры. И это те самые тяжелые случаи, в которых диета и занятия спортом не помогают похудеть.

Выход ученые нашли в трансплантации кишечной микробиоты. Как писала «Газета.Ru», они показали, что перенос бактерий из кишечника стройных мышей в кишечник толстых приводит к похуданию и нормализации обмена веществ у последних. Метод фекальной трансплантации применяется уже и на человеке, с его помощью удается лечить тяжелые кишечные расстройства, не поддающиеся иной терапии. Однако метод пока не получил широкого распространения, да и подойдет не всем.

Группа Вэнчжан Оуянг (Wenjun Ouyang) попыталась найти другой выход из ситуации с помощью интерлейкина-22 — пептида, синтезируемого лейкоцитами в ответ на воспаление и помогающего бороться с инфекциями. Ранее эксперименты с облученными мышами, проведенные специалистами из Memorial Sloan Kettering Cancer Center в Нью-Йорке показали, что интерлейкин-22 отвечает за производство и обучение клеток иммунной системы в тимусе (вилочковой железе). В 2013 году французскими учеными из Института Пастера была доказана его роль в противодействии бактериальной суперинфекции (в частности, пневмонии), которая возникает как осложнение на фоне или после заражения гриппом.

Ученые предложили интерлейкин-22 в качестве способа борьбы с «неправильной» микрофлорой.

Логика проста: если укреплять естественный иммунитет слизистых оболочек (в первую очередь слизистую кишечника), то патогенные организмы не смогут там закрепиться.

Эксперименты проводили на мышах. Их заражали патогенной бактерией Citrobacter rodentium, сажали на диету с высоким содержанием жиров, изучали также мышей с генетической предрасположенностью к ожирению. Оказалось, что у всех мышей с ожирением любой природы продукция интерлейкина-22 снижена.

Введение мышам интерлейкина-22 повлияло на них благотворно. Он стимулировал иммунитет слизистой, нормализовал состав микрофлоры и метаболические расстройства, а также увеличивал чувствительность инсулиновых рецепторов и помогал регулировать содержание сахара в крови.

Это дает надежду на то, что интерлейкин-22 может стать основой для лекарств, нормализующих обмен веществ. Однако радоваться пока рано: от открытия терапевтической молекулы до момента внедрения лекарства порой проходит более десяти лет.

Если же дело до лекарства дойдет, то, возможно, у людей, генетически предрасположенных к ожирению, появится хорошая альтернатива: интерлейкин вместо трансплантации фекалий.

Дисбактериоз кишечника. Как лечить дисбактериоз

Организм человека – очень сложная и слаженная система, для нормальной работы которой важно поддержание внутреннего баланса. Но у организма есть и помощники – полезные бактерии, живущие в кишечнике. Они помогают переваривать пищу, получать питательные вещества, более того, они необходимы для работы иммунной системы и защищают организм от распространения вредных, патогенных бактерий. Однако иногда баланс микроорганизмов нарушается, что приводит к неприятным последствиям – развивается дисбактериоз.

Дисбактериоз кишечника – это нарушение состава нормальной микрофлоры кишечника. Количество полезных бактерий снижается, а патогенные микроорганизмы начинают усиленно размножаться. Это заболевание приводит к расстройству пищеварения, дефициту некоторых микроэлементов, снижению иммунитета и плохому самочувствию.

Дисбактериоз кишечника встречается очень часто: по некоторым данным ему подвержены до 90% всех взрослых людей. Еще чаще возникает дисбактериоз кишечника у детей – 95% грудных малышей страдают от этого заболевания. Причин дисбактериоза множество: плохая экология, хронический стресс, неправильное питание. Кроме того, дисбактериоз кишечника может быть вызван бесконтрольным применением антибиотиков и иммунодепрессантов. У детей он часто возникает в связи с переходом на искусственное вскармливание. В то время как грудное молоко богато полезными микроорганизмами и помогает заселить ими кишечник ребенка, искусственные смеси могут нарушить состав микрофлоры и привести к дисбактериозу.

Как лечить дисбактериоз?

Если по тем или иным причинам баланс нормальной кишечной микрофлоры был нарушен и развился дисбактериоз кишечника, лечение лучше начинать сразу, до перехода состояния в затяжную форму и развития более серьезных симптомов. Лечение дисбактериоза должно быть комплексным, поэтому как лечить дисбактериоз в каждом конкретном случае лучше всего расскажет лечащий врач. Дело в том, что дисбактериоз не является самостоятельным заболеванием и может быть симптомом различных болезней, чтобы избавиться от дисбактериоза, необходимо вылечить в первую очередь заболевание его вызвавшее.

Тем не менее, существуют общие рекомендации по лечению дисбактериоза кишечника. Для нормализации состава микрофлоры кишечника применяют, так называемые, бактериальные препараты, например, Линекс, Бификол, Энтерол и другие. Эти препараты содержат живые культуры, характерные для нормальной микрофлоры и помогут восстановить баланс. Кроме того, при дисбактериозе полезно употребление продуктов, содержащих лактобактерии и бифидобактерии. Для нормализации работы пищеварительной системы стоит исключить из рациона продукты, раздражающие слизистую кишечника, т.е. на время отказаться от острого, соленого и маринованного. Для того, чтобы предотвратить распространение патогенных микроорганизмов при дисбактериозе кишечника иногда применяют антибактериальные препараты. Однако выбор препарата и продолжительность курса должен оценивать врач. Применение антибиотиков без рекомендации врача может привести к усугублению дисбактериоза.

Ещё статьи:

Препарат, регулирующий равновесие микрофлоры влагалища

Ацилакт сухой

Лиофилизат д/пригот. сусп. д/приема внутрь и местного прим. 30 млн.КОЕ (3 дозы): фл. 10 шт.

рег. №: ЛС-001410 от 17.03.06
Ацилакт сухой

Лиофилизат д/пригот. сусп. д/приема внутрь и местного прим. 30 млн.КОЕ (3 дозы): фл. 10 шт.

рег. №: 90/393/1 от 01.10.90
Ацилакт сухой

Лиофилизат д/пригот. сусп. д/приема внутрь и местного прим. 50 млн.КОЕ (5 доз): фл. 10 шт.

рег. №: ЛС-001410 от 17.03.06
Ацилакт сухой

Лиофилизат д/пригот. сусп. д/приема внутрь и местного прим. 50 млн.КОЕ (5 доз): фл. 10 шт.

рег. №: 90/393/1 от 03.10.90

Бифидумбактерин форте® – лекарственный препарат для укрепления иммунитета и профилактики ОРВИ

От чего зависит иммунитет?

Иммунитет – это способность организма защищаться от инфекций. Ослабление иммунитета может быть вызвано множеством негативных факторов. В их число входят:

  • неблагоприятная экологическая ситуация;
  • несбалансированное питание;
  • стрессы;
  • хронические заболевания и определенные состояния организма человека;
  • усталость.


Сбой работы иммунной системы вызывает целый клубок взаимосвязанных друг с другом проблем. Например, при слабом иммунитете человек легко заболевает. Болезнь также снижает иммунитет, и тем самым замедляется процесс выздоровления. Пациент с ослабленным иммунитетом при первом же столкновении с инфекцией имеет высокие шансы заболеть снова. 

Баланс микрофлоры кишечника – залог крепкого иммунитета

В число мероприятий, направленных на укрепление иммунитета, обязательно должно входить поддержание сбалансированной микрофлоры кишечника. Сейчас достоверно известно, что главными представителями микрофлоры кишечника являются бифидобактерии. Именно они первыми появляются у новорожденного ребенка и отвечают за формирование иммунитета. При дисбактериозе – значительном снижении количества бифидобактерий – защита организма ослабевает. Поэтому для быстрого восстановления полезной микрофлоры кишечника необходим прием препаратов-пробиотиков. Отечественный Бифидумбактерин форте® — сорбированный пробиотик, который способен в короткие сроки восстановить микрофлору кишечника, улучшить пищеварение, повысить иммунитет и нормализовать обмен веществ.


Полезные сорбированные и выделенные от человека бифидобактерии, входящие в состав Бифидумбактерина форте®, активно защищают организм от инфекций извне и «держат в узде» уже имеющиеся потенциально патогенные микробы.

Сорбированные пробиотики – инновационные лекарственные препараты

Новые знания о микробиоте человека, увеличение факторов, нарушающих её состав, совершенствование технологии производства привели в свое время к созданию уникальной линейки сорбированных пробиотиков, которые действуют быстро и с выраженным лечебным эффектом.

В сорбированных пробиотиках выделенные от человека бифидобактерии представлены не одиночными клетками, а собраны на специально подобранном носителе в микроколонии бифидобактерий (от 20 клеток), благодаря чему бифидобактерии сохраняют свою жизнеспособность при прохождении через кислую среду желудка, достигают стенок кишечника и получают преимущества для размножения. Такие микроколонии прикрепляются к слизистой кишечника и активно взаимодействуют с ним, что ускоряет нормализацию количественного и качественного состава микрофлоры.


Сравнение несорбированных и сорбированных пробиотиков

Благодаря уникальной технологии сорбирования решена очень важная проблема – защита очень чувствительных выделенных от человека бифидобактерий от воздействия негативных факторов желудочно-кишечного тракта. Также эта технология обеспечивает высокую скорость действия препарата и возможность применения всеми возрастными категориями без каких-либо отрицательных последствий для организма.

Применение сорбированного пробиотика на основе выделенных от человека бифидобактерий Бифидумбактеринфорте® усиливает иммунную защиту организма, восстанавливает микрофлору кишечника после приема антибиотиков, а также является профилактикой простудных заболеваний, что подтверждают многочисленные научные работы известных российских врачей-ученых: Феклисовой Л. В., Мескиной Е. Р., Целипановой Е. Е.2,3 и других.

АО «НПО» «Микроген»

22.09.2021

Бактериофаги вошли в клинические рекомендации по лечению острого синусита

20.09.2021

Экспонаты из музея «Микрогена» представили на выставке в Москве

09.09.2021

Расширен возраст применения «Релатокса» у детей с ДЦП

09.09.2021

Ростех передал фармхолдингу «Нацимбио» 100% акций НПО «Микроген»

03.09.2021

Вакцина «Вактривир» впервые поставлена в регионы России для применения в рамках НКПП

12.07.2021

В октябре в Томске пройдет научно-практическая конференция по технологиям производства биопрепаратов

12.07.2021

На ежегодном собрании медицинских советников «Микрогена» рассказали об эффективных инструментах продвижения ботулотоксина

09.07.2021

Приложение о прививках «Микрогена» получило награду Tagline Awards

04.06.2021

На «Микрогене» создадут новые производства

01.06.2021

Релатокс® вышел на рынок Узбекистана

Лечить, не калечить Настроение плохое, болит голова, постоянные простуды — при чем здесь боли в животе?: Люди: Из жизни: Lenta.ru

Когда мы предвидим опасность, часто говорим, что чуем ее нутром, а не головой. Любовь же рождается не только в сердце, но и в животе, в котором порхают бабочки. Эти фразы не оторваны от реальности — они связаны с физиологическими процессами в кишечнике, который часто называют «вторым мозгом». «Лента.ру» разобралась, какую роль кишечник играет в организме и как наладить его работу.

В кишечнике около 100 миллионов нейронов — это больше, чем в спинном мозге или периферической нервной системе. Пусть кишечник не играет роли в сочинении симфоний, но он достаточно умен для того, чтобы выполнять пищеварительную работу автономно, не подключая сознание.

Состояние кишечника влияет на эмоциональное состояние человека. Около 90 процентов серотонина — «гормона счастья» — вырабатывается в кишечнике. Ученые Калифорнийского технологического института уверены, что изменения в микробном составе кишечника влияют на выработку серотонина, а значит, и на настроение. Считается, что нарушения в работе «второго мозга» могут быть одной из причин депрессии, расстройства сна, тревожности, мигрени, ожирения.

В кишечнике трудится большое количество микроорганизмов, известных как кишечная микробиота, — это около 100 триллионов различных бактерий. Если в микробиоме происходит сбой, это может отразиться на всем организме. Поскольку в теле человека так много микроорганизмов, нужна система, которая будет защищать организм от вторжений болезнетворных микробов и вирусов. Эту роль выполняет иммунитет.

В кишечнике находится 70-80 процентов иммунных клеток. В нормальных условиях иммунная система и микробиота сотрудничают: первая помогает размножению полезных бактерий и поддерживает стабильное микробное сообщество, а вторая способствует развитию иммунных клеток и участвует в настройке иммунных реакций.

Кишечник населяет микрофлора — дружественная и патогенная. Если верх одерживают враждебные микроорганизмы, возникает дисбактериоз. Причины нарушения состояния кишечной микробиоты могут быть разными — непереносимость молочных продуктов, хронические заболевания, употребление некоторых лекарств, — но куда чаще это результат наших личных усилий. На состояние микрофлоры влияют однообразная диета, вредные привычки (алкоголь и курение), стрессы, недостаток сна и малоподвижный образ жизни.

Обычные простудные заболевания и грипп тоже влияют на расстановку сил в микробиоме. Как только мы становимся жертвами инфекции, активизируются лимфоциты (они находятся в лимфатической ткани кишечника) и начинают синтезировать защитные антитела. Параллельно с ними на стражу здоровья встают микроорганизмы, населяющие кишечник. Чаще всего наш организм справляется без посторонней помощи, но микрофлоре неизбежно наносится ущерб, поэтому поддерживать ее во время болезни — хорошая привычка.

Главное испытание для микрофлоры — прием антибиотиков. Многие россияне пьют их при первых признаках простуды. Казалось бы, ну и что? Особенно если завтра на работу или важную встречу. Но антибиотики не разбирают, патоген перед ними или нормальная микрофлора, а действуют на все бактерии. Это оправданно, иначе было бы не победить тяжелую болезнь, но у эффективности антибиотиков есть своя цена. После их приема снижается количество полезных бифидо- и лактобактерий.

Дальше — замкнутый круг: чем хуже состояние микрофлоры кишечника, тем хуже иммунитет. Начинаются простуды, дисбактериоз, хроническая усталость, проблемы с кожей. Признаками слабого иммунитета (а значит, и нарушенной микрофлоры кишечника) считаются простуды, случающиеся у взрослых людей чаще пяти раз в год.

Чтобы антибиотики не нарушали тонкий баланс микрофлоры и не приводили к ослаблению иммунитета, важно правильно поддерживать кишечник во время и после болезни.

Обычно для восстановления микрофлоры врачи рекомендуют пробиотики и пребиотики.

Пробиотики — живые микроорганизмы и бактерии, содержащиеся в нормальной микрофлоре кишечника и выполняющие жизненно важные функции. Наиболее распространенные пробиотики — лакто- и бифидобактерии.

Чаще всего пробиотики назначают одновременно с антибиотиками, чтобы остановить рост патогенной микрофлоры. Но, к сожалению, доктора не всегда объясняют, как принимать пробиотики, чтобы они приносили максимум пользы.

Начинать курс приема пробиотиков и антибиотиков в один день. Бытует мнение, что принимать оба препарата одновременно бесполезно. Но уже давно разработаны пробиотики, которые прикрепляются к стенкам кишечника и не боятся антибиотиков. Кишечник надо поддерживать сразу, а не ждать, пока антибиотики вместе с лечением инфекции нанесут ущерб микробиоте.

Пить пробиотик через три часа после антибиотика. Этого времени как раз достаточно для того, чтобы антибиотик не повредил пробиотику.

Принимать пробиотик не менее двух недель. Микрофлора восстанавливается долго, и если курс пробиотиков прервать, на место полезных бактерий может прийти условно-патогенная флора, а с ней — проблемы в кишечнике, вирусные инфекции и многое другое.

Хотя лактобактерии и бифидобактерии можно найти в кисломолочных продуктах, доказанная польза есть только у лекарственных препаратов. В том же кефире плотность нужных бактерий недостаточна, поэтому заменять им лечение не стоит.

Отсутствие пробиотической помощи или нарушение правил приема ведет к тому, что на фоне лечения антибиотиками возникает масса побочных эффектов — вплоть до диареи. Люди прерывают курс лечения, самостоятельно меняют препарат, и все это ведет к развитию у бактерий устойчивости к антибиотикам. Из-за этого многие болезни все сложнее лечить. Чтобы не наступили времена, когда простуда или грипп станут опасными болезнями, надо пить полный курс антибиотиков, а для комфорта кишечника поддерживать его пробиотиками.

После курса пробиотиков, которые подавят враждебную микрофлору, полезно увеличить в диете количество пребиотиков. Пребиотики — это сложные углеводы, основной источник питания микрофлоры. Они содержатся во фруктах, овощах и цельнозерновых продуктах, богатых клетчаткой. Это могут быть лук, отруби, бананы, брокколи, нут, чечевица, фасоль, хлебцы. Суточная норма для взрослого человека составляет от 30 до 50 граммов клетчатки. И пробиотики, и пребиотики важны для здоровья микрофлоры, поэтому отлично подходят для профилактики ЖКТ-проблем.

На восстановление микробиоты после приема антибиотиков организму нужно, по результатам разных исследований, от полутора месяцев до полугода. Важно помнить, что правильная и своевременная поддержка кишечника нужна для ускорения этого процесса. И тогда «второй мозг» перестанет недовольно ворчать, а вы — переживать.

Кишечные бактерии в здоровье и болезнях

Abstract

Новая эра в медицинской науке началась с осознания критической роли «забытого органа», кишечной микробиоты, в здоровье и болезнях. Центральным в этом полезном взаимодействии между микробиотой и хозяином является способ, которым бактерии и, скорее всего, другие микроорганизмы, содержащиеся в кишечнике, общаются с иммунной системой хозяина и участвуют в различных метаболических процессах, приносящих взаимную пользу хозяину и микробу.Появление высокопроизводительных методологий и разработка сложных аналитических систем облегчили подробное описание состава микробных компонентов кишечника человека, как никогда раньше, и теперь позволяют проводить сравнения между состоянием здоровья и различными заболеваниями. Хотя последний подход все еще находится в зачаточном состоянии, уже получены некоторые важные сведения о том, как микробиота может влиять на ряд болезненных процессов как внутри, так и за пределами кишечника.Эти открытия также закладывают основу для разработки терапевтических стратегий, которые могут изменить микробиоту (например, за счет использования пробиотиков). Хотя эта область многообещающая, необходимы более качественные испытания пробиотиков, пребиотиков и других подходов, изменяющих микробиоту, при расстройствах пищеварения, а также лабораторные исследования механизмов их действия.

Ключевые слова: Флора кишечника, микробиота, пробиотики, кишечные бактерии, микробный метаболизм, иммунология слизистых оболочек

Во многом благодаря быстро развивающимся достижениям в аналитических методах в микробиологии, молекулярной биологии и биоинформатике истинное разнообразие населяющих микроорганизмов раскрывается желудочно-кишечный тракт человека (в совокупности именуемый микробиотой кишечника человека) и оценивается его вклад в гомеостаз здоровья и патогенез болезней ().Как следствие, изучение экологии кишечника превратилось в одну из самых активных и захватывающих областей биологии и медицины. Именно в этом контексте теперь необходимо рассматривать маневры по изменению или модификации микробиоты либо посредством диетических модификаций, либо путем введения антибиотиков, пробиотиков или пребиотиков.

Таблица 1

Важные гомеостатические функции кишечной микробиоты

1. Метаболическая роль
  • Спасает калории

  • Производит короткоцепочечные жирные кислоты

  • Производит аргинин

  • и глутамин 22

    Синтезирует витамин К и фолиевую кислоту

  • Участвует в метаболизме лекарств (например, активирует 5-аминосалициловую кислоту из сульфасалазина)

2.Деконъюгация желчных кислот
3. Предотвращение колонизации патогенами
4. Иммунологические эффекты
  • Стимулирует выработку иммуноглобулина А

  • Стимулирует противовоспалительные цитокины и подавляет 4 0005 0005

  • 22

    22

    Индуцирует регуляторные Т-клетки

Нормальная кишечная микробиота: важный фактор здоровья

Основные определения и развитие микробиоты

Термин микробиота предпочтительнее старого термина «флора», поскольку последний не работает для учета многих небактериальных элементов (например, архей, вирусов и грибов), которые, как теперь известно, являются нормальными обитателями кишечника.Учитывая относительно большее понимание роли бактерий, которое существует в настоящее время, по сравнению с другими составляющими микробиоты в здоровье и болезнях, кишечные бактерии будут в центре внимания этого обзора. Внутри микробиоты желудочно-кишечного тракта человека существует сложная экосистема, состоящая примерно из 300-500 видов бактерий, включающая почти 2 миллиона генов (микробиом). 1 Действительно, количество бактерий в кишечнике примерно в 10 раз превышает количество всех клеток в организме человека, а совокупный бактериальный геном намного больше, чем геном человека.

При рождении весь кишечник бесплоден; Кишечник младенца сначала заселяется материнскими бактериями и бактериями окружающей среды во время рождения и продолжает заселяться через кормление и другие контакты. 2 Факторы, которые, как известно, влияют на колонизацию, включают гестационный возраст, способ родоразрешения (вагинальные роды или вспомогательные роды), диету (грудное молоко или смесь), уровень санитарии и воздействие антибиотиков. 3 , 4 Кишечная микробиота новорожденных характеризуется низким разнообразием и относительным преобладанием типов Proteobacteria и Actinobacteria ; после этого микробиота становится более разнообразной с появлением доминирования Firmicutes и Bacteroidetes , которые характеризуют микробиоту взрослых особей. 5 7 К концу первого года жизни микробный профиль каждого младенца различен; к 2,5 годам микробиота по составу полностью напоминает микробиоту взрослого человека. 8 , 9 Этот период созревания микробиоты может быть критическим; из ряда источников накапливаются данные о том, что нарушение микробиоты в раннем младенчестве может быть решающим фактором проявления болезни в более позднем возрасте.Отсюда следует, что вмешательства, направленные на микробиоту в более позднем возрасте, могут быть в буквальном смысле слишком запоздалыми и потенциально обреченными на провал.

В младенчестве состав микрофлоры кишечника остается относительно постоянным до более позднего возраста. Хотя было заявлено, что состав флоры каждого человека настолько уникален, что его можно использовать в качестве альтернативы снятию отпечатков пальцев, совсем недавно в микробиоме взрослого человека были описаны 3 различных энтеротипа. 10 Среди этих различных энтеротипов преобладают Prevotella , Ruminococcus и Bacteroides соответственно, и их внешний вид не зависит от пола, возраста, национальности и индекса массы тела. Считается, что микробиота остается стабильной до старости, когда наблюдаются изменения, возможно, связанные с изменениями в физиологии пищеварения и диете. 11 13 Действительно, Клаессон и его коллеги смогли выявить четкие корреляции у пожилых людей не только между составом микробиоты кишечника и диетой, но и со статусом здоровья. 14

Регуляция микробиоты

Из-за нормальной перистальтики кишечника (перистальтика и мигрирующий двигательный комплекс) и антимикробного действия желудочной кислоты, желчи, секрета поджелудочной железы и кишечника, желудка и проксимального отдела тонкой кишки, хотя, конечно, не стерильные, они содержат относительно небольшое количество бактерий у здоровых людей. 15 Интересно, что недавно из желудка человека были выделены комменсальные организмы с пробиотическими свойствами. 16 Микробиология терминального отдела подвздошной кишки представляет собой переходную зону между тощей кишкой, содержащей преимущественно аэробные виды, и плотной популяцией анаэробов в толстой кишке. Количество бактериальных колоний может достигать 10 9 колониеобразующих единиц (КОЕ) / мл в терминальном отделе подвздошной кишки непосредственно проксимальнее илеоцекального клапана, с преобладанием грамотрицательных микроорганизмов и анаэробов. При попадании в толстую кишку концентрация бактерий и разнообразие кишечной флоры резко меняются.Могут быть обнаружены концентрации 10 12 КОЕ / мл или более, которые состоят в основном из анаэробов, таких как Bacteroides , Porphyromonas , Bifidobacterium , Lactobacillus и Clos-tridium , причем анаэробные бактерии превосходят по численности аэробные бактерии. бактерии от 100 до 1000: 1. Преобладание анаэробов в толстой кишке отражает тот факт, что концентрация кислорода в толстой кишке очень низкая; Флора просто приспособилась к выживанию в этой враждебной среде.

На любом заданном уровне кишечника состав флоры также демонстрирует вариации по диаметру, при этом некоторые бактерии имеют тенденцию прикрепляться к поверхности слизистой оболочки, в то время как другие преобладают в просвете. Само собой разумеется, что виды бактерий, обитающие на поверхности слизистой оболочки или в слое слизи, с наибольшей вероятностью будут участвовать во взаимодействиях с иммунной системой хозяина, тогда как те, которые населяют просвет, могут иметь большее отношение к метаболическим взаимодействиям с пищей или продуктами питания. пищеварение.Теперь очевидно, что разные бактериальные популяции могут населять эти разные домены. Однако их относительный вклад в здоровье и болезнь изучен в ограниченной степени из-за относительной недоступности околоплодных популяций в толстой кишке и, особенно, в тонкой кишке. Однако большинство исследований микробиоты кишечника человека основано на анализе образцов фекалий, что является серьезным ограничением. Действительно, ряд исследований уже показал различия между популяциями люминальной (фекальной) и околосклеродной популяций при таких расстройствах, как воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) и синдром раздраженного кишечника (СРК). 17 , 18

У людей на состав флоры влияет не только возраст, но также диета и социально-экономические условия. В недавнем исследовании пожилых людей взаимодействие диеты и возраста было продемонстрировано, во-первых, тесной взаимосвязью между диетой и составом микробиоты у субъектов и, во-вторых, взаимодействием между диетой, микробиотой и состоянием здоровья. 14 Следует также помнить, что неперевариваемые или непереваренные компоненты диеты могут вносить существенный вклад в метаболизм бактерий; например, большая часть увеличения объема стула в результате приема пищевых волокон происходит из-за увеличения бактериальной массы.Тонкости взаимодействия между другими компонентами диеты и микробиотой в настоящее время изучаются и, несомненно, дадут важную информацию. Например, данные, указывающие на потенциальную роль определенных продуктов бактериального метаболизма в канцерогенезе толстой кишки, уже убедительно указывают на важность взаимодействия диеты и микробиоты с заболеванием. Антибиотики, назначаемые по рецепту или содержащиеся в пищевой цепи в результате их введения животным, могут серьезно повлиять на микробиоту. 19 В прошлом считалось, что эти эффекты были относительно преходящими, и полное восстановление микробиоты происходило очень скоро после завершения курса антибиотикотерапии. Однако, хотя недавние исследования подтвердили, что восстановление у многих видов происходит довольно быстро, некоторые виды и штаммы проявляют более устойчивые эффекты. 20

Взаимодействия хозяина и микробиоты

Взаимодействия кишечной комменсальной микробиоты играют фундаментальную роль в обеспечении гомеостатических функций, таких как иммуномодуляция, активация цитопротекторных генов, предотвращение и регуляция апоптоза и поддержание барьерной функции. 21 Критическая роль микробиоты в развитии функции кишечника убедительно продемонстрирована судьбой стерильного животного. 22 , 23 У этих животных затронуты не только практически все компоненты кишечной и системной иммунной системы, но и развитие эпителия, сосудистой сети, нервно-мышечного аппарата и эндокринной системы кишечника. . Тонкости взаимодействия между микробиотой и хозяином иллюстрируются исследованиями, демонстрирующими способность полисахарида, вырабатываемого бактерией Bacteroides fragilis , корректировать дефицит Т-клеток и дисбаланс Th2 / Th3 и направлять развитие лимфоидных органов. в стерильных животных. 24 Дендритные клетки кишечника, по-видимому, играют центральную роль в этих критических иммунологических взаимодействиях. 24 , 25

Как кишечная иммунная система различает друга и врага, когда дело касается бактерий, с которыми она сталкивается? 26 На уровне эпителия, например, ряд факторов может позволить эпителию переносить комменсальные (и, следовательно, пробиотические) организмы. К ним относятся маскирование или модификация ассоциированных с микробами молекулярных паттернов, которые обычно распознаются рецепторами распознавания паттернов, такими как Toll-подобные рецепторы, 27 и ингибирование воспалительного пути NFκB. 28 Ответы на комменсалы и патогены также могут заметно отличаться в пределах слизистой оболочки и системной иммунной системы. Например, было показано, что комменсалы, такие как Bifidobacterium infantis и Faecalibacterium prausnitzii , по-разному индуцируют регуляторные Т-клетки и приводят к продукции противовоспалительного цитокина интерлейкина (ИЛ) -10. 29 Другие комменсалы могут способствовать развитию Т-хелперных клеток, включая клетки T H 17, и приводить к контролируемому воспалительному ответу, который защищает от патогенов частично, по крайней мере, за счет продукции IL-17. 30 Индукция низкоуровневой воспалительной реакции (физиологического воспаления) комменсалами заставляет иммунную систему хозяина более агрессивно бороться с появлением патогена. 31

Благодаря этим и другим механизмам микробиота, как можно видеть, играет решающую роль в защите хозяина от колонизации патогенными видами. 32 Некоторые кишечные бактерии продуцируют различные вещества, от относительно неспецифических жирных кислот и пероксидов до высокоспецифичных бактериоцинов, 33 , 34 , которые могут подавлять или убивать другие потенциально патогенные бактерии, 35 в то время как некоторые штаммы продуцируют протеазы, способные денатурировать бактериальные токсины. 36

Микробиота и метаболизм

Хотя иммунологические взаимодействия между микробиотой и хозяином были подробно изучены в течение некоторого времени, только недавно истинная степень метаболического потенциала микробиоты начала снижаться. быть схваченным. Некоторые из этих метаболических функций были хорошо известны, например способность бактериальных дисахаридаз спасать неабсорбированные пищевые сахара, такие как лактоза и спирты, и превращать их в короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), которые затем используются в качестве источника энергии. слизистой оболочкой толстой кишки.SCFAs способствуют росту эпителиальных клеток кишечника и контролируют их пролиферацию и дифференцировку. Также в течение некоторого времени было известно, что кишечные бактерии могут продуцировать питательные вещества и витамины, такие как фолат и витамин K, деконъюгировать соли желчных кислот, 37 и метаболизировать некоторые лекарства (такие как суль-фасалазин) в просвете кишечника, тем самым высвобождая их активные части. Однако только недавно был признан полный метаболический потенциал микробиома и оценен потенциальный вклад микробиоты в метаболический статус хозяина в состоянии здоровья и в отношении ожирения и связанных с ним расстройств.Применение геномики, метаболомики и транскриптомики теперь может с огромной детальностью раскрыть метаболический потенциал данного организма. 38 41

В настоящее время также известно, что некоторые комменсальные организмы также производят другие химические вещества, включая нейротрансмиттеры и нейромодуляторы, которые могут изменять другие функции кишечника, такие как моторика или ощущения. 42 44 Совсем недавно и, возможно, наиболее удивительно, было высказано предположение, что микробиота может влиять на развитие 45 и функцию 46 центральной нервной системы, что привело к концепции ось микробиота-кишечник-мозг. 47 49

Кишечная микробиота при болезнях

Точно так же, как мы только сейчас начинаем понимать ключевую роль флоры в здоровье, только в последние годы истинная степень последствия нарушений во флоре или во взаимодействии между флорой и хозяином. Некоторые из этих последствий относительно очевидны. Например, когда многие компоненты нормальной флоры устраняются или подавляются курсом антибиотиков широкого спектра действия, создается сцена для других организмов, которые могут быть патогенными, чтобы вмешаться и вызвать заболевание. 1 , 2 , 32 Классическим примером этого является диарея, связанная с антибиотиками, и ее самое смертоносное проявление, колит Clostridium difficile . Считается, что подобные нарушения во флоре связаны с разрушительной формой воспаления кишечника, которая может возникать у новорожденных и особенно недоношенных: некротический энтероколит. В других ситуациях бактерии могут просто оказаться там, где их не должно быть. Если перистальтика кишечника нарушена и / или секреция кислоты из желудка резко снижена, в результате возникает среда, способствующая размножению организмов в тонкой кишке, которые обычно ограничиваются толстой кишкой; следствием этого является синдром избыточного бактериального роста в тонкой кишке.В других ситуациях иммунологическое взаимодействие между флорой и хозяином нарушается, и хозяин может, например, начать распознавать составляющие нормальной флоры не как друга, а как врага, и может вызвать несоответствующий воспалительный ответ, который, в некоторых случаях полагают, может в конечном итоге привести к таким состояниям, как ВЗК. 1 , 2 , 32 В других ситуациях повреждение кишечного эпителия делает стенку кишечника протекающей и позволяет бактериям (полностью или частично) из кишечника получить доступ к подслизистым отделам или даже в большой круг кровообращения, что может вызвать катастрофический сепсис.Считается, что этот механизм объясняет многие инфекции, которые возникают, например, у тяжелобольных пациентов в отделении интенсивной терапии.

Совсем недавно качественные изменения микробиоты стали причиной патогенеза глобальной эпидемии: ожирения. 41 Было высказано предположение, что сдвиг в составе флоры в сторону популяции, в которой преобладают бактерии, которые являются более активными экстракторами абсорбируемых питательных веществ, которые затем становятся доступными для усвоения хозяином, может играть важную роль в ожирении. 41 Такие исследования основаны на применении современных технологий (геномики, метагеномики и метаболомики) для изучения флоры толстой кишки и могут выявить истинное разнообразие и метаболический профиль микробиоты, а также реальную степень изменений в заболевании. . Вместо того, чтобы предоставлять исчерпывающий обзор всех болезненных состояний, на которые может повлиять микробиота, ниже будет представлен краткий обзор текущей информации о роли микробиоты в некоторых распространенных заболеваниях / расстройствах.

Воспалительное заболевание кишечника

Существует множество доказательств, подтверждающих гипотезу о том, что эндогенная микрофлора кишечника играет решающую роль в патогенезе ВЗК, его вариантов и связанных с ними заболеваний. 50 , 51 Некоторые из этих доказательств проверены временем, например, предрасположенность ВЗК к областям с высоким числом бактерий и роль контакта с фекальным потоком в поддержании воспаления. Другие доказательства являются более свежими и включают исследования, описанные выше, которые иллюстрируют ключевую роль микробиоты в иммунных ответах хозяина и возникновении воспалительных реакций.Эти данные дополняются экспериментальными наблюдениями за способностью стратегий, модифицирующих микробиоту (например, введение пробиотиков), модулировать воспалительный ответ в экспериментальных моделях ВЗК. 52 58 Исследования микробиоты кишечника при ВЗК выявили количественные и качественные изменения, 59 , включая интригующее открытие в некоторых исследованиях 60 , что бактерия с противовоспалительными свойствами, F prausnitzii , у пациентов с ВЗК встречается реже, чем у здоровых людей.Важность взаимодействий микробиота-хозяин при ВЗК дополнительно подтверждается многочисленными исследованиями генетики ВЗК, которые выявили множество изменений в генах, которые кодируют молекулы, участвующие в распознавании бактерий, взаимодействии бактерий-хозяев и результирующем воспалительном каскаде. 61 На более клиническом уровне роль микробиоты подтверждается эффективностью, хотя и переменной, антибиотиков при ВЗК 62 и предположением, не всегда подтверждаемым высококачественными клиническими испытаниями, о том, что ряд пробиотических организмов , включая непатогенные Escherichia coli , Saccharomyces boulardii и Bifidobacte-rium , эффективны для поддержания ремиссии и лечения легких и умеренных обострений язвенного колита. 63 70 Имеются некоторые предварительные данные, позволяющие предположить, что трансплантация кала, 71 , стратегия, со значительным успехом применяемая при лечении резистентной и рецидивирующей инфекции C. difficile , 72 , может быть эффективной. при язвенном колите. 73 , 74

Более убедительную клиническую иллюстрацию влияния модуляции микробиоты дает пример поучита, варианта ВЗК, который встречается в неоректуме у пациентов с язвенным колитом, перенесших полное лечение. колэктомия и процедура подвздошно-анального мешка.Здесь VSL # 3 (Sigma Tau Pharmaceuticals), пробиотический коктейль, содержащий 8 различных штаммов молочнокислых бактерий, доказал свою эффективность в первичной профилактике и поддержании ремиссии у пациентов с поучитом. В одном исследовании ремиссия сохранялась у 85% пациентов, получавших VSL # 3, по сравнению с 6% пациентов, получавших плацебо. 75

Синдром раздраженного кишечника

Разнообразные доказательства предполагают роль кишечной микробиоты в СРК 76 ().Прежде всего, это клиническое наблюдение, что СРК может развиваться у людей de novo после контакта с кишечными инфекциями и инвазиями (т. Е. Постинфекционным СРК). 77 Более спорным было предположение, что пациенты с СРК могут иметь избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике (СИБР). 78 Более косвенные доказательства роли микробиоты можно почерпнуть из некоторых метаболических функций компонентов микробиоты. Таким образом, учитывая влияние солей желчных кислот на секрецию толстой кишки, изменения деконъюгации солей желчных кислот могут привести к изменению объема и консистенции стула.Точно так же изменения в бактериальной ферментации могут привести к изменению объема и / или состава газа. Дополнительные доказательства получены из клинического воздействия терапевтических вмешательств, таких как антибиотики, пребиотики или пробиотики, которые могут изменять или модифицировать микробиоту. Таким образом, было показано, что плохо абсорбируемый антибиотик рифаксимин (ксифаксан, Salix) облегчает симптомы СРК с преобладанием диареи, 79 и некоторых пробиотиков (B infantis 35624 [Align] [Procter & Gamble], в частности 80 ). было показано, что они оказывают существенное клиническое воздействие.Последний представляет интерес, учитывая его продемонстрированную способность модулировать системный иммунный ответ у людей. 25 , 81 Также все большее распространение получает предположение о том, что микробиота толстой кишки может демонстрировать качественные и / или количественные изменения при СРК. 82

Таблица 2

Доказательства роли кишечной флоры в синдроме раздраженного кишечника

1. Прямое свидетельство измененной микробиоты кишечника
  • Постинфекционный синдром раздраженного кишечника

  • Бактериальные бактерии тонкого кишечника избыточный рост

  • Измененная микробиота толстой кишки

2.Доказательства физиологических эффектов измененной микробиоты
3. Медиатор провоспалительного состояния
4. Терапевтический эффект изменения микробиоты
  • Антибиотики

  • Пробиотики

  • Пребиотики

Современные молекулярные микробиологические методы теперь применяются к этой сложной проблеме и действительно подтвердили, что пациенты с СРК, независимо от подтипа, действительно демонстрируют фекальную флору, которая явно отличается от таковой у контрольных субъектов. 83 Исследования моих коллег и меня продемонстрировали, во-первых, снижение микробного разнообразия в IBS 84 и, во-вторых, с помощью высокопроизводительного пиросеквенирования, существование различных подгрупп IBS на основе подробного исследования микробиоты. 85 На уровне филума одна из этих подгрупп напоминала контрольных субъектов, тогда как другая продемонстрировала сдвиг в относительной пропорции двух основных типов, Firmicutes, и Bacteroidetes, , а также значительные изменения на уровне видов и штаммов. 82 , 84 Приоритет этих микробных сдвигов и их способность нарушать слизистую или мионевральную функцию в стенке кишечника, влиять на ось мозг-кишечник или вызывать местные или системные иммунные ответы еще предстоит определить (). Наиболее интригующим было предположение, сделанное на основе исследований на животных, что кишечная микробиота может влиять на функцию и морфологию мозга. 49

Схема, суммирующая возможную роль микробиоты в синдроме раздраженного кишечника.Измененная микробиота в сочетании с протекающим эпителиальным барьером позволяет бактериям и / или бактериальным продуктам получать доступ к подслизистому отделу, где активируются тучные клетки и иммунные клетки (лимфоциты), высвобождая протеазы тучных клеток, хемокины и цитокины, которые могут активировать сенсорные нейроны. Это, в свою очередь, может привести к локальным рефлексам, влияющим на моторные и секреторные функции, или к усилению висцеральных ощущений в центре.

Несколько экспериментальных наблюдений предоставляют научную основу для использования методов лечения, которые могут изменять микробиоту при СРК. 85 87 Таким образом, было показано, что пероральное введение B infantis 35624 ослабляет ответы на интерферон γ, фактор некроза опухоли α (TNF-α) и IL-6 после стимуляции митогена, увеличивая уровни в плазме крови триптофан и кинуреновая кислота и, что наиболее поразительно, снижают концентрации 5-гидроксииндолеуксусной кислоты и дигидроксифенилуксусной кислоты в лобной коре и миндалине соответственно.

. 89 Хотя эти последние наблюдения могут затронуть некоторые из предложенных патофизиологических механизмов, связанных с развитием симптомов при СРК, а именно активацию иммунной системы и нарушения в оси мозг-кишечник, другие исследования предполагают, что тот же штамм может также изменять периферические механизмы, связанные с СРК. , например висцеральная гиперчувствительность. 90

Устраняя другую аномалию кишечника, выявленную при СРК, Цзэн и его коллеги частично устранили изменения проницаемости тонкого кишечника с помощью коктейля пробиотиков. 91 Другой организм, Lactobacillus acidophilus , как было показано, оказывает висцеральный анальгетический эффект за счет индукции μ-опиоидных и каннабиноидных рецепторов, 92 и Lactobacillus paracasei , как было показано, ослабляет гиперсонтрастность мышц кишечника на животной модели. постинфекционного СРК. 93 Опять же, этот эффект был штамм-зависимым и, по-видимому, опосредован, частично, через модуляцию иммунологического ответа на первоначальную инфекцию и, частично, через прямое воздействие организма или его метаболита на кишечная мышца.В других экспериментах этот же организм был способен ослаблять индуцированную антибиотиками висцеральную гиперчувствительность у мышей. 94

Было показано, что Lactobacillus reuteri подавляет висцеральную боль, вызванную растяжением толстой кишки у крыс. 95 Было показано, что этот же пробиотический организм, имеющий клиническую значимость, легко колонизирует и индуцирует иммунный ответ в тонком кишечнике у людей. 96 Интересно, что с учетом значимости биосинтеза теховой кислоты в иммунологических ответах на определенные лактобациллы, Дункер и его коллеги показали, что мутант Lactobacil-lus (приводящий к истощению липотехоиновой кислоты D-аланином) также значительно подавлял восприятие висцеральной боли у здоровых крыс без воспаления. 97

Функциональные и морфологические изменения кишечного нервно-мышечного аппарата развиваются у мышей, инфицированных Trichinella spiralis , спустя много времени после того, как глисты были изгнаны и связанная с ними воспалительная реакция стихла, что обеспечивает животную модель постинфекционного СРК. 98 , 99 L paracasei , но не другие штаммы, как было показано, ослабляет гиперсокращение мышц кишечника, снижает активацию иммунной системы, 93 и нормализует метаболический профиль мышей в этой модели. 100

Эти экспериментальные наблюдения теперь подтверждаются клиническими исследованиями пробиотиков при СРК у людей. Результаты при СРК по-прежнему варьируются для ряда организмов, таких как Lactobacillus GG, Lactobacillus plantarum , L acidophilus , Lactobacillus casei , пробиотический коктейль VSL # 3 и Bifidobacterium animalis , . , 102 для облегчения отдельных симптомов СРК (например, вздутие живота, метеоризм и запор) и только несколько продуктов, влияющих на боль и общие симптомы. 80 , 103 105 Прочие продукты не принесли пользы. 106 , 107

Ожирение, метаболический синдром, неалкогольная жировая болезнь печени и неалкогольный стеатогепатит

Несколько механизмов, вовлекающих микробиоту в патогенез неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) и неалкогольного стеатогепатита (НАСЖ) были идентифицированы. В частности, широко исследовалась роль микробиоты в связи с диетой в патогенезе ожирения как такового. 108 , 109 Соответствующие результаты включают способность грамотрицательных анаэробов, таких как Bacteriodes thetaiotami-cron , расщеплять большинство гликозидных связей и разлагать полисахариды растений, тем самым обеспечивая хозяина от 10% до 15% его теплотворная способность. 108 111 Микробиота людей с ожирением, а также микробиота слепой кишки мышей ob / ob более эффективны при извлечении энергии из рациона и производстве SCFAs. 110 , 112 Кроме того, было показано, что микробиота стимулирует выработку триглицеридов в печени путем подавления ингибитора липопротеинлипазы (LPL), жирового фактора, индуцированного натощак (также известного как ангиопоэтин-подобный 4), что приводит к продолжающаяся экспрессия LPL, ключевого регулятора высвобождения жирных кислот из триглицеридов в печени. 113 Микробиота кишечника также может модулировать системный липидный метаболизм посредством модификации паттернов метаболизма желчных кислот, что также напрямую влияет на свойства эмульгирования и абсорбции желчных кислот и, таким образом, косвенно на накопление жирных кислот в печени.Микробиота также участвует в развитии инсулинорезистентности, 113 , фундаментальной аномалии метаболического синдрома, влияя на энергетический баланс, метаболизм глюкозы и слабое воспалительное состояние, которое ассоциируется с ожирением и связанными с ним метаболическими нарушениями. Его роль в метаболизме холина, 114 116 , а также инактивация провоспалительных цитокинов (например, TNF-α), по-видимому, важна для развития НАЖБП и прогрессирования НАСГ.Совсем недавно исследования на экспериментальных моделях показали, что дефектное / недостаточное восприятие инфламмасом и связанный с ними дисбиоз приводят к аномальному накоплению бактериальных продуктов в портальном кровотоке и способствуют прогрессированию НАЖБП / НАСГ. 117

Более фундаментальная роль SIBO была предложена при НАЖБП, способствуя как стеатозу, так и воспалению 118 , 119 (). Потенциал микробов кишечного происхождения вызывать прогрессирующий и даже смертельный стеатогепатит был признан несколько лет назад в связи с повреждением печени, которое осложнило операции тощего и подвздошного шунтирования при патологическом ожирении; действительно, эта процедура предоставила ценную экспериментальную модель для изучения влияния микробиоты на заболевание печени.

Флора кишечника (микробиота) и печень. Избыточный бактериальный рост тонкого кишечника (SIBO), присутствующий при различных заболеваниях печени, и / или измененный состав микробиоты толстой кишки приводят к усиленному высвобождению провоспалительных цитокинов. Повышенная кишечная проницаемость, также хорошо описанная при заболеваниях печени, усиливает транслокацию бактерий, эндотоксинов или провоспалительных продуктов, таких как липополисахарид (из грамотрицательных бактерий), которые достигают печени через воротную вену или, при наличии портально-системного шунтирования. , получить прямой доступ к системному кровообращению.

Кишечные бактерии в здоровье и болезнях

Abstract

Новая эра в медицинской науке наступила с осознанием критической роли «забытого органа», кишечной микробиоты, в здоровье и болезнях. Центральным в этом полезном взаимодействии между микробиотой и хозяином является способ, которым бактерии и, скорее всего, другие микроорганизмы, содержащиеся в кишечнике, общаются с иммунной системой хозяина и участвуют в различных метаболических процессах, приносящих взаимную пользу хозяину и микробу.Появление высокопроизводительных методологий и разработка сложных аналитических систем облегчили подробное описание состава микробных компонентов кишечника человека, как никогда раньше, и теперь позволяют проводить сравнения между состоянием здоровья и различными заболеваниями. Хотя последний подход все еще находится в зачаточном состоянии, уже получены некоторые важные сведения о том, как микробиота может влиять на ряд болезненных процессов как внутри, так и за пределами кишечника.Эти открытия также закладывают основу для разработки терапевтических стратегий, которые могут изменить микробиоту (например, за счет использования пробиотиков). Хотя эта область многообещающая, необходимы более качественные испытания пробиотиков, пребиотиков и других подходов, изменяющих микробиоту, при расстройствах пищеварения, а также лабораторные исследования механизмов их действия.

Ключевые слова: Флора кишечника, микробиота, пробиотики, кишечные бактерии, микробный метаболизм, иммунология слизистых оболочек

Во многом благодаря быстро развивающимся достижениям в аналитических методах в микробиологии, молекулярной биологии и биоинформатике истинное разнообразие населяющих микроорганизмов раскрывается желудочно-кишечный тракт человека (в совокупности именуемый микробиотой кишечника человека) и оценивается его вклад в гомеостаз здоровья и патогенез болезней ().Как следствие, изучение экологии кишечника превратилось в одну из самых активных и захватывающих областей биологии и медицины. Именно в этом контексте теперь необходимо рассматривать маневры по изменению или модификации микробиоты либо посредством диетических модификаций, либо путем введения антибиотиков, пробиотиков или пребиотиков.

Таблица 1

Важные гомеостатические функции кишечной микробиоты

1. Метаболическая роль
  • Спасает калории

  • Производит короткоцепочечные жирные кислоты

  • Производит аргинин

  • и глутамин 22

    Синтезирует витамин К и фолиевую кислоту

  • Участвует в метаболизме лекарств (например, активирует 5-аминосалициловую кислоту из сульфасалазина)

2.Деконъюгация желчных кислот
3. Предотвращение колонизации патогенами
4. Иммунологические эффекты
  • Стимулирует выработку иммуноглобулина А

  • Стимулирует противовоспалительные цитокины и подавляет 4 0005 0005

  • 22

    22

    Индуцирует регуляторные Т-клетки

Нормальная кишечная микробиота: важный фактор здоровья

Основные определения и развитие микробиоты

Термин микробиота предпочтительнее старого термина «флора», поскольку последний не работает для учета многих небактериальных элементов (например, архей, вирусов и грибов), которые, как теперь известно, являются нормальными обитателями кишечника.Учитывая относительно большее понимание роли бактерий, которое существует в настоящее время, по сравнению с другими составляющими микробиоты в здоровье и болезнях, кишечные бактерии будут в центре внимания этого обзора. Внутри микробиоты желудочно-кишечного тракта человека существует сложная экосистема, состоящая примерно из 300-500 видов бактерий, включающая почти 2 миллиона генов (микробиом). 1 Действительно, количество бактерий в кишечнике примерно в 10 раз превышает количество всех клеток в организме человека, а совокупный бактериальный геном намного больше, чем геном человека.

При рождении весь кишечник бесплоден; Кишечник младенца сначала заселяется материнскими бактериями и бактериями окружающей среды во время рождения и продолжает заселяться через кормление и другие контакты. 2 Факторы, которые, как известно, влияют на колонизацию, включают гестационный возраст, способ родоразрешения (вагинальные роды или вспомогательные роды), диету (грудное молоко или смесь), уровень санитарии и воздействие антибиотиков. 3 , 4 Кишечная микробиота новорожденных характеризуется низким разнообразием и относительным преобладанием типов Proteobacteria и Actinobacteria ; после этого микробиота становится более разнообразной с появлением доминирования Firmicutes и Bacteroidetes , которые характеризуют микробиоту взрослых особей. 5 7 К концу первого года жизни микробный профиль каждого младенца различен; к 2,5 годам микробиота по составу полностью напоминает микробиоту взрослого человека. 8 , 9 Этот период созревания микробиоты может быть критическим; из ряда источников накапливаются данные о том, что нарушение микробиоты в раннем младенчестве может быть решающим фактором проявления болезни в более позднем возрасте.Отсюда следует, что вмешательства, направленные на микробиоту в более позднем возрасте, могут быть в буквальном смысле слишком запоздалыми и потенциально обреченными на провал.

В младенчестве состав микрофлоры кишечника остается относительно постоянным до более позднего возраста. Хотя было заявлено, что состав флоры каждого человека настолько уникален, что его можно использовать в качестве альтернативы снятию отпечатков пальцев, совсем недавно в микробиоме взрослого человека были описаны 3 различных энтеротипа. 10 Среди этих различных энтеротипов преобладают Prevotella , Ruminococcus и Bacteroides соответственно, и их внешний вид не зависит от пола, возраста, национальности и индекса массы тела. Считается, что микробиота остается стабильной до старости, когда наблюдаются изменения, возможно, связанные с изменениями в физиологии пищеварения и диете. 11 13 Действительно, Клаессон и его коллеги смогли выявить четкие корреляции у пожилых людей не только между составом микробиоты кишечника и диетой, но и со статусом здоровья. 14

Регуляция микробиоты

Из-за нормальной перистальтики кишечника (перистальтика и мигрирующий двигательный комплекс) и антимикробного действия желудочной кислоты, желчи, секрета поджелудочной железы и кишечника, желудка и проксимального отдела тонкой кишки, хотя, конечно, не стерильные, они содержат относительно небольшое количество бактерий у здоровых людей. 15 Интересно, что недавно из желудка человека были выделены комменсальные организмы с пробиотическими свойствами. 16 Микробиология терминального отдела подвздошной кишки представляет собой переходную зону между тощей кишкой, содержащей преимущественно аэробные виды, и плотной популяцией анаэробов в толстой кишке. Количество бактериальных колоний может достигать 10 9 колониеобразующих единиц (КОЕ) / мл в терминальном отделе подвздошной кишки непосредственно проксимальнее илеоцекального клапана, с преобладанием грамотрицательных микроорганизмов и анаэробов. При попадании в толстую кишку концентрация бактерий и разнообразие кишечной флоры резко меняются.Могут быть обнаружены концентрации 10 12 КОЕ / мл или более, которые состоят в основном из анаэробов, таких как Bacteroides , Porphyromonas , Bifidobacterium , Lactobacillus и Clos-tridium , причем анаэробные бактерии превосходят по численности аэробные бактерии. бактерии от 100 до 1000: 1. Преобладание анаэробов в толстой кишке отражает тот факт, что концентрация кислорода в толстой кишке очень низкая; Флора просто приспособилась к выживанию в этой враждебной среде.

На любом заданном уровне кишечника состав флоры также демонстрирует вариации по диаметру, при этом некоторые бактерии имеют тенденцию прикрепляться к поверхности слизистой оболочки, в то время как другие преобладают в просвете. Само собой разумеется, что виды бактерий, обитающие на поверхности слизистой оболочки или в слое слизи, с наибольшей вероятностью будут участвовать во взаимодействиях с иммунной системой хозяина, тогда как те, которые населяют просвет, могут иметь большее отношение к метаболическим взаимодействиям с пищей или продуктами питания. пищеварение.Теперь очевидно, что разные бактериальные популяции могут населять эти разные домены. Однако их относительный вклад в здоровье и болезнь изучен в ограниченной степени из-за относительной недоступности околоплодных популяций в толстой кишке и, особенно, в тонкой кишке. Однако большинство исследований микробиоты кишечника человека основано на анализе образцов фекалий, что является серьезным ограничением. Действительно, ряд исследований уже показал различия между популяциями люминальной (фекальной) и околосклеродной популяций при таких расстройствах, как воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) и синдром раздраженного кишечника (СРК). 17 , 18

У людей на состав флоры влияет не только возраст, но также диета и социально-экономические условия. В недавнем исследовании пожилых людей взаимодействие диеты и возраста было продемонстрировано, во-первых, тесной взаимосвязью между диетой и составом микробиоты у субъектов и, во-вторых, взаимодействием между диетой, микробиотой и состоянием здоровья. 14 Следует также помнить, что неперевариваемые или непереваренные компоненты диеты могут вносить существенный вклад в метаболизм бактерий; например, большая часть увеличения объема стула в результате приема пищевых волокон происходит из-за увеличения бактериальной массы.Тонкости взаимодействия между другими компонентами диеты и микробиотой в настоящее время изучаются и, несомненно, дадут важную информацию. Например, данные, указывающие на потенциальную роль определенных продуктов бактериального метаболизма в канцерогенезе толстой кишки, уже убедительно указывают на важность взаимодействия диеты и микробиоты с заболеванием. Антибиотики, назначаемые по рецепту или содержащиеся в пищевой цепи в результате их введения животным, могут серьезно повлиять на микробиоту. 19 В прошлом считалось, что эти эффекты были относительно преходящими, и полное восстановление микробиоты происходило очень скоро после завершения курса антибиотикотерапии. Однако, хотя недавние исследования подтвердили, что восстановление у многих видов происходит довольно быстро, некоторые виды и штаммы проявляют более устойчивые эффекты. 20

Взаимодействия хозяина и микробиоты

Взаимодействия кишечной комменсальной микробиоты играют фундаментальную роль в обеспечении гомеостатических функций, таких как иммуномодуляция, активация цитопротекторных генов, предотвращение и регуляция апоптоза и поддержание барьерной функции. 21 Критическая роль микробиоты в развитии функции кишечника убедительно продемонстрирована судьбой стерильного животного. 22 , 23 У этих животных затронуты не только практически все компоненты кишечной и системной иммунной системы, но и развитие эпителия, сосудистой сети, нервно-мышечного аппарата и эндокринной системы кишечника. . Тонкости взаимодействия между микробиотой и хозяином иллюстрируются исследованиями, демонстрирующими способность полисахарида, вырабатываемого бактерией Bacteroides fragilis , корректировать дефицит Т-клеток и дисбаланс Th2 / Th3 и направлять развитие лимфоидных органов. в стерильных животных. 24 Дендритные клетки кишечника, по-видимому, играют центральную роль в этих критических иммунологических взаимодействиях. 24 , 25

Как кишечная иммунная система различает друга и врага, когда дело касается бактерий, с которыми она сталкивается? 26 На уровне эпителия, например, ряд факторов может позволить эпителию переносить комменсальные (и, следовательно, пробиотические) организмы. К ним относятся маскирование или модификация ассоциированных с микробами молекулярных паттернов, которые обычно распознаются рецепторами распознавания паттернов, такими как Toll-подобные рецепторы, 27 и ингибирование воспалительного пути NFκB. 28 Ответы на комменсалы и патогены также могут заметно отличаться в пределах слизистой оболочки и системной иммунной системы. Например, было показано, что комменсалы, такие как Bifidobacterium infantis и Faecalibacterium prausnitzii , по-разному индуцируют регуляторные Т-клетки и приводят к продукции противовоспалительного цитокина интерлейкина (ИЛ) -10. 29 Другие комменсалы могут способствовать развитию Т-хелперных клеток, включая клетки T H 17, и приводить к контролируемому воспалительному ответу, который защищает от патогенов частично, по крайней мере, за счет продукции IL-17. 30 Индукция низкоуровневой воспалительной реакции (физиологического воспаления) комменсалами заставляет иммунную систему хозяина более агрессивно бороться с появлением патогена. 31

Благодаря этим и другим механизмам микробиота, как можно видеть, играет решающую роль в защите хозяина от колонизации патогенными видами. 32 Некоторые кишечные бактерии продуцируют различные вещества, от относительно неспецифических жирных кислот и пероксидов до высокоспецифичных бактериоцинов, 33 , 34 , которые могут подавлять или убивать другие потенциально патогенные бактерии, 35 в то время как некоторые штаммы продуцируют протеазы, способные денатурировать бактериальные токсины. 36

Микробиота и метаболизм

Хотя иммунологические взаимодействия между микробиотой и хозяином были подробно изучены в течение некоторого времени, только недавно истинная степень метаболического потенциала микробиоты начала снижаться. быть схваченным. Некоторые из этих метаболических функций были хорошо известны, например способность бактериальных дисахаридаз спасать неабсорбированные пищевые сахара, такие как лактоза и спирты, и превращать их в короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), которые затем используются в качестве источника энергии. слизистой оболочкой толстой кишки.SCFAs способствуют росту эпителиальных клеток кишечника и контролируют их пролиферацию и дифференцировку. Также в течение некоторого времени было известно, что кишечные бактерии могут продуцировать питательные вещества и витамины, такие как фолат и витамин K, деконъюгировать соли желчных кислот, 37 и метаболизировать некоторые лекарства (такие как суль-фасалазин) в просвете кишечника, тем самым высвобождая их активные части. Однако только недавно был признан полный метаболический потенциал микробиома и оценен потенциальный вклад микробиоты в метаболический статус хозяина в состоянии здоровья и в отношении ожирения и связанных с ним расстройств.Применение геномики, метаболомики и транскриптомики теперь может с огромной детальностью раскрыть метаболический потенциал данного организма. 38 41

В настоящее время также известно, что некоторые комменсальные организмы также производят другие химические вещества, включая нейротрансмиттеры и нейромодуляторы, которые могут изменять другие функции кишечника, такие как моторика или ощущения. 42 44 Совсем недавно и, возможно, наиболее удивительно, было высказано предположение, что микробиота может влиять на развитие 45 и функцию 46 центральной нервной системы, что привело к концепции ось микробиота-кишечник-мозг. 47 49

Кишечная микробиота при болезнях

Точно так же, как мы только сейчас начинаем понимать ключевую роль флоры в здоровье, только в последние годы истинная степень последствия нарушений во флоре или во взаимодействии между флорой и хозяином. Некоторые из этих последствий относительно очевидны. Например, когда многие компоненты нормальной флоры устраняются или подавляются курсом антибиотиков широкого спектра действия, создается сцена для других организмов, которые могут быть патогенными, чтобы вмешаться и вызвать заболевание. 1 , 2 , 32 Классическим примером этого является диарея, связанная с антибиотиками, и ее самое смертоносное проявление, колит Clostridium difficile . Считается, что подобные нарушения во флоре связаны с разрушительной формой воспаления кишечника, которая может возникать у новорожденных и особенно недоношенных: некротический энтероколит. В других ситуациях бактерии могут просто оказаться там, где их не должно быть. Если перистальтика кишечника нарушена и / или секреция кислоты из желудка резко снижена, в результате возникает среда, способствующая размножению организмов в тонкой кишке, которые обычно ограничиваются толстой кишкой; следствием этого является синдром избыточного бактериального роста в тонкой кишке.В других ситуациях иммунологическое взаимодействие между флорой и хозяином нарушается, и хозяин может, например, начать распознавать составляющие нормальной флоры не как друга, а как врага, и может вызвать несоответствующий воспалительный ответ, который, в некоторых случаях полагают, может в конечном итоге привести к таким состояниям, как ВЗК. 1 , 2 , 32 В других ситуациях повреждение кишечного эпителия делает стенку кишечника протекающей и позволяет бактериям (полностью или частично) из кишечника получить доступ к подслизистым отделам или даже в большой круг кровообращения, что может вызвать катастрофический сепсис.Считается, что этот механизм объясняет многие инфекции, которые возникают, например, у тяжелобольных пациентов в отделении интенсивной терапии.

Совсем недавно качественные изменения микробиоты стали причиной патогенеза глобальной эпидемии: ожирения. 41 Было высказано предположение, что сдвиг в составе флоры в сторону популяции, в которой преобладают бактерии, которые являются более активными экстракторами абсорбируемых питательных веществ, которые затем становятся доступными для усвоения хозяином, может играть важную роль в ожирении. 41 Такие исследования основаны на применении современных технологий (геномики, метагеномики и метаболомики) для изучения флоры толстой кишки и могут выявить истинное разнообразие и метаболический профиль микробиоты, а также реальную степень изменений в заболевании. . Вместо того, чтобы предоставлять исчерпывающий обзор всех болезненных состояний, на которые может повлиять микробиота, ниже будет представлен краткий обзор текущей информации о роли микробиоты в некоторых распространенных заболеваниях / расстройствах.

Воспалительное заболевание кишечника

Существует множество доказательств, подтверждающих гипотезу о том, что эндогенная микрофлора кишечника играет решающую роль в патогенезе ВЗК, его вариантов и связанных с ними заболеваний. 50 , 51 Некоторые из этих доказательств проверены временем, например, предрасположенность ВЗК к областям с высоким числом бактерий и роль контакта с фекальным потоком в поддержании воспаления. Другие доказательства являются более свежими и включают исследования, описанные выше, которые иллюстрируют ключевую роль микробиоты в иммунных ответах хозяина и возникновении воспалительных реакций.Эти данные дополняются экспериментальными наблюдениями за способностью стратегий, модифицирующих микробиоту (например, введение пробиотиков), модулировать воспалительный ответ в экспериментальных моделях ВЗК. 52 58 Исследования микробиоты кишечника при ВЗК выявили количественные и качественные изменения, 59 , включая интригующее открытие в некоторых исследованиях 60 , что бактерия с противовоспалительными свойствами, F prausnitzii , у пациентов с ВЗК встречается реже, чем у здоровых людей.Важность взаимодействий микробиота-хозяин при ВЗК дополнительно подтверждается многочисленными исследованиями генетики ВЗК, которые выявили множество изменений в генах, которые кодируют молекулы, участвующие в распознавании бактерий, взаимодействии бактерий-хозяев и результирующем воспалительном каскаде. 61 На более клиническом уровне роль микробиоты подтверждается эффективностью, хотя и переменной, антибиотиков при ВЗК 62 и предположением, не всегда подтверждаемым высококачественными клиническими испытаниями, о том, что ряд пробиотических организмов , включая непатогенные Escherichia coli , Saccharomyces boulardii и Bifidobacte-rium , эффективны для поддержания ремиссии и лечения легких и умеренных обострений язвенного колита. 63 70 Имеются некоторые предварительные данные, позволяющие предположить, что трансплантация кала, 71 , стратегия, со значительным успехом применяемая при лечении резистентной и рецидивирующей инфекции C. difficile , 72 , может быть эффективной. при язвенном колите. 73 , 74

Более убедительную клиническую иллюстрацию влияния модуляции микробиоты дает пример поучита, варианта ВЗК, который встречается в неоректуме у пациентов с язвенным колитом, перенесших полное лечение. колэктомия и процедура подвздошно-анального мешка.Здесь VSL # 3 (Sigma Tau Pharmaceuticals), пробиотический коктейль, содержащий 8 различных штаммов молочнокислых бактерий, доказал свою эффективность в первичной профилактике и поддержании ремиссии у пациентов с поучитом. В одном исследовании ремиссия сохранялась у 85% пациентов, получавших VSL # 3, по сравнению с 6% пациентов, получавших плацебо. 75

Синдром раздраженного кишечника

Разнообразные доказательства предполагают роль кишечной микробиоты в СРК 76 ().Прежде всего, это клиническое наблюдение, что СРК может развиваться у людей de novo после контакта с кишечными инфекциями и инвазиями (т. Е. Постинфекционным СРК). 77 Более спорным было предположение, что пациенты с СРК могут иметь избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике (СИБР). 78 Более косвенные доказательства роли микробиоты можно почерпнуть из некоторых метаболических функций компонентов микробиоты. Таким образом, учитывая влияние солей желчных кислот на секрецию толстой кишки, изменения деконъюгации солей желчных кислот могут привести к изменению объема и консистенции стула.Точно так же изменения в бактериальной ферментации могут привести к изменению объема и / или состава газа. Дополнительные доказательства получены из клинического воздействия терапевтических вмешательств, таких как антибиотики, пребиотики или пробиотики, которые могут изменять или модифицировать микробиоту. Таким образом, было показано, что плохо абсорбируемый антибиотик рифаксимин (ксифаксан, Salix) облегчает симптомы СРК с преобладанием диареи, 79 и некоторых пробиотиков (B infantis 35624 [Align] [Procter & Gamble], в частности 80 ). было показано, что они оказывают существенное клиническое воздействие.Последний представляет интерес, учитывая его продемонстрированную способность модулировать системный иммунный ответ у людей. 25 , 81 Также все большее распространение получает предположение о том, что микробиота толстой кишки может демонстрировать качественные и / или количественные изменения при СРК. 82

Таблица 2

Доказательства роли кишечной флоры в синдроме раздраженного кишечника

1. Прямое свидетельство измененной микробиоты кишечника
  • Постинфекционный синдром раздраженного кишечника

  • Бактериальные бактерии тонкого кишечника избыточный рост

  • Измененная микробиота толстой кишки

2.Доказательства физиологических эффектов измененной микробиоты
3. Медиатор провоспалительного состояния
4. Терапевтический эффект изменения микробиоты
  • Антибиотики

  • Пробиотики

  • Пребиотики

Современные молекулярные микробиологические методы теперь применяются к этой сложной проблеме и действительно подтвердили, что пациенты с СРК, независимо от подтипа, действительно демонстрируют фекальную флору, которая явно отличается от таковой у контрольных субъектов. 83 Исследования моих коллег и меня продемонстрировали, во-первых, снижение микробного разнообразия в IBS 84 и, во-вторых, с помощью высокопроизводительного пиросеквенирования, существование различных подгрупп IBS на основе подробного исследования микробиоты. 85 На уровне филума одна из этих подгрупп напоминала контрольных субъектов, тогда как другая продемонстрировала сдвиг в относительной пропорции двух основных типов, Firmicutes, и Bacteroidetes, , а также значительные изменения на уровне видов и штаммов. 82 , 84 Приоритет этих микробных сдвигов и их способность нарушать слизистую или мионевральную функцию в стенке кишечника, влиять на ось мозг-кишечник или вызывать местные или системные иммунные ответы еще предстоит определить (). Наиболее интригующим было предположение, сделанное на основе исследований на животных, что кишечная микробиота может влиять на функцию и морфологию мозга. 49

Схема, суммирующая возможную роль микробиоты в синдроме раздраженного кишечника.Измененная микробиота в сочетании с протекающим эпителиальным барьером позволяет бактериям и / или бактериальным продуктам получать доступ к подслизистому отделу, где активируются тучные клетки и иммунные клетки (лимфоциты), высвобождая протеазы тучных клеток, хемокины и цитокины, которые могут активировать сенсорные нейроны. Это, в свою очередь, может привести к локальным рефлексам, влияющим на моторные и секреторные функции, или к усилению висцеральных ощущений в центре.

Несколько экспериментальных наблюдений предоставляют научную основу для использования методов лечения, которые могут изменять микробиоту при СРК. 85 87 Таким образом, было показано, что пероральное введение B infantis 35624 ослабляет ответы на интерферон γ, фактор некроза опухоли α (TNF-α) и IL-6 после стимуляции митогена, увеличивая уровни в плазме крови триптофан и кинуреновая кислота и, что наиболее поразительно, снижают концентрации 5-гидроксииндолеуксусной кислоты и дигидроксифенилуксусной кислоты в лобной коре и миндалине соответственно.

. 89 Хотя эти последние наблюдения могут затронуть некоторые из предложенных патофизиологических механизмов, связанных с развитием симптомов при СРК, а именно активацию иммунной системы и нарушения в оси мозг-кишечник, другие исследования предполагают, что тот же штамм может также изменять периферические механизмы, связанные с СРК. , например висцеральная гиперчувствительность. 90

Устраняя другую аномалию кишечника, выявленную при СРК, Цзэн и его коллеги частично устранили изменения проницаемости тонкого кишечника с помощью коктейля пробиотиков. 91 Другой организм, Lactobacillus acidophilus , как было показано, оказывает висцеральный анальгетический эффект за счет индукции μ-опиоидных и каннабиноидных рецепторов, 92 и Lactobacillus paracasei , как было показано, ослабляет гиперсонтрастность мышц кишечника на животной модели. постинфекционного СРК. 93 Опять же, этот эффект был штамм-зависимым и, по-видимому, опосредован, частично, через модуляцию иммунологического ответа на первоначальную инфекцию и, частично, через прямое воздействие организма или его метаболита на кишечная мышца.В других экспериментах этот же организм был способен ослаблять индуцированную антибиотиками висцеральную гиперчувствительность у мышей. 94

Было показано, что Lactobacillus reuteri подавляет висцеральную боль, вызванную растяжением толстой кишки у крыс. 95 Было показано, что этот же пробиотический организм, имеющий клиническую значимость, легко колонизирует и индуцирует иммунный ответ в тонком кишечнике у людей. 96 Интересно, что с учетом значимости биосинтеза теховой кислоты в иммунологических ответах на определенные лактобациллы, Дункер и его коллеги показали, что мутант Lactobacil-lus (приводящий к истощению липотехоиновой кислоты D-аланином) также значительно подавлял восприятие висцеральной боли у здоровых крыс без воспаления. 97

Функциональные и морфологические изменения кишечного нервно-мышечного аппарата развиваются у мышей, инфицированных Trichinella spiralis , спустя много времени после того, как глисты были изгнаны и связанная с ними воспалительная реакция стихла, что обеспечивает животную модель постинфекционного СРК. 98 , 99 L paracasei , но не другие штаммы, как было показано, ослабляет гиперсокращение мышц кишечника, снижает активацию иммунной системы, 93 и нормализует метаболический профиль мышей в этой модели. 100

Эти экспериментальные наблюдения теперь подтверждаются клиническими исследованиями пробиотиков при СРК у людей. Результаты при СРК по-прежнему варьируются для ряда организмов, таких как Lactobacillus GG, Lactobacillus plantarum , L acidophilus , Lactobacillus casei , пробиотический коктейль VSL # 3 и Bifidobacterium animalis , . , 102 для облегчения отдельных симптомов СРК (например, вздутие живота, метеоризм и запор) и только несколько продуктов, влияющих на боль и общие симптомы. 80 , 103 105 Прочие продукты не принесли пользы. 106 , 107

Ожирение, метаболический синдром, неалкогольная жировая болезнь печени и неалкогольный стеатогепатит

Несколько механизмов, вовлекающих микробиоту в патогенез неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) и неалкогольного стеатогепатита (НАСЖ) были идентифицированы. В частности, широко исследовалась роль микробиоты в связи с диетой в патогенезе ожирения как такового. 108 , 109 Соответствующие результаты включают способность грамотрицательных анаэробов, таких как Bacteriodes thetaiotami-cron , расщеплять большинство гликозидных связей и разлагать полисахариды растений, тем самым обеспечивая хозяина от 10% до 15% его теплотворная способность. 108 111 Микробиота людей с ожирением, а также микробиота слепой кишки мышей ob / ob более эффективны при извлечении энергии из рациона и производстве SCFAs. 110 , 112 Кроме того, было показано, что микробиота стимулирует выработку триглицеридов в печени путем подавления ингибитора липопротеинлипазы (LPL), жирового фактора, индуцированного натощак (также известного как ангиопоэтин-подобный 4), что приводит к продолжающаяся экспрессия LPL, ключевого регулятора высвобождения жирных кислот из триглицеридов в печени. 113 Микробиота кишечника также может модулировать системный липидный метаболизм посредством модификации паттернов метаболизма желчных кислот, что также напрямую влияет на свойства эмульгирования и абсорбции желчных кислот и, таким образом, косвенно на накопление жирных кислот в печени.Микробиота также участвует в развитии инсулинорезистентности, 113 , фундаментальной аномалии метаболического синдрома, влияя на энергетический баланс, метаболизм глюкозы и слабое воспалительное состояние, которое ассоциируется с ожирением и связанными с ним метаболическими нарушениями. Его роль в метаболизме холина, 114 116 , а также инактивация провоспалительных цитокинов (например, TNF-α), по-видимому, важна для развития НАЖБП и прогрессирования НАСГ.Совсем недавно исследования на экспериментальных моделях показали, что дефектное / недостаточное восприятие инфламмасом и связанный с ними дисбиоз приводят к аномальному накоплению бактериальных продуктов в портальном кровотоке и способствуют прогрессированию НАЖБП / НАСГ. 117

Более фундаментальная роль SIBO была предложена при НАЖБП, способствуя как стеатозу, так и воспалению 118 , 119 (). Потенциал микробов кишечного происхождения вызывать прогрессирующий и даже смертельный стеатогепатит был признан несколько лет назад в связи с повреждением печени, которое осложнило операции тощего и подвздошного шунтирования при патологическом ожирении; действительно, эта процедура предоставила ценную экспериментальную модель для изучения влияния микробиоты на заболевание печени.

Флора кишечника (микробиота) и печень. Избыточный бактериальный рост тонкого кишечника (SIBO), присутствующий при различных заболеваниях печени, и / или измененный состав микробиоты толстой кишки приводят к усиленному высвобождению провоспалительных цитокинов. Повышенная кишечная проницаемость, также хорошо описанная при заболеваниях печени, усиливает транслокацию бактерий, эндотоксинов или провоспалительных продуктов, таких как липополисахарид (из грамотрицательных бактерий), которые достигают печени через воротную вену или, при наличии портально-системного шунтирования. , получить прямой доступ к системному кровообращению.

Кишечные бактерии в здоровье и болезнях

Abstract

Новая эра в медицинской науке наступила с осознанием критической роли «забытого органа», кишечной микробиоты, в здоровье и болезнях. Центральным в этом полезном взаимодействии между микробиотой и хозяином является способ, которым бактерии и, скорее всего, другие микроорганизмы, содержащиеся в кишечнике, общаются с иммунной системой хозяина и участвуют в различных метаболических процессах, приносящих взаимную пользу хозяину и микробу.Появление высокопроизводительных методологий и разработка сложных аналитических систем облегчили подробное описание состава микробных компонентов кишечника человека, как никогда раньше, и теперь позволяют проводить сравнения между состоянием здоровья и различными заболеваниями. Хотя последний подход все еще находится в зачаточном состоянии, уже получены некоторые важные сведения о том, как микробиота может влиять на ряд болезненных процессов как внутри, так и за пределами кишечника.Эти открытия также закладывают основу для разработки терапевтических стратегий, которые могут изменить микробиоту (например, за счет использования пробиотиков). Хотя эта область многообещающая, необходимы более качественные испытания пробиотиков, пребиотиков и других подходов, изменяющих микробиоту, при расстройствах пищеварения, а также лабораторные исследования механизмов их действия.

Ключевые слова: Флора кишечника, микробиота, пробиотики, кишечные бактерии, микробный метаболизм, иммунология слизистых оболочек

Во многом благодаря быстро развивающимся достижениям в аналитических методах в микробиологии, молекулярной биологии и биоинформатике истинное разнообразие населяющих микроорганизмов раскрывается желудочно-кишечный тракт человека (в совокупности именуемый микробиотой кишечника человека) и оценивается его вклад в гомеостаз здоровья и патогенез болезней ().Как следствие, изучение экологии кишечника превратилось в одну из самых активных и захватывающих областей биологии и медицины. Именно в этом контексте теперь необходимо рассматривать маневры по изменению или модификации микробиоты либо посредством диетических модификаций, либо путем введения антибиотиков, пробиотиков или пребиотиков.

Таблица 1

Важные гомеостатические функции кишечной микробиоты

1. Метаболическая роль
  • Спасает калории

  • Производит короткоцепочечные жирные кислоты

  • Производит аргинин

  • и глутамин 22

    Синтезирует витамин К и фолиевую кислоту

  • Участвует в метаболизме лекарств (например, активирует 5-аминосалициловую кислоту из сульфасалазина)

2.Деконъюгация желчных кислот
3. Предотвращение колонизации патогенами
4. Иммунологические эффекты
  • Стимулирует выработку иммуноглобулина А

  • Стимулирует противовоспалительные цитокины и подавляет 4 0005 0005

  • 22

    22

    Индуцирует регуляторные Т-клетки

Нормальная кишечная микробиота: важный фактор здоровья

Основные определения и развитие микробиоты

Термин микробиота предпочтительнее старого термина «флора», поскольку последний не работает для учета многих небактериальных элементов (например, архей, вирусов и грибов), которые, как теперь известно, являются нормальными обитателями кишечника.Учитывая относительно большее понимание роли бактерий, которое существует в настоящее время, по сравнению с другими составляющими микробиоты в здоровье и болезнях, кишечные бактерии будут в центре внимания этого обзора. Внутри микробиоты желудочно-кишечного тракта человека существует сложная экосистема, состоящая примерно из 300-500 видов бактерий, включающая почти 2 миллиона генов (микробиом). 1 Действительно, количество бактерий в кишечнике примерно в 10 раз превышает количество всех клеток в организме человека, а совокупный бактериальный геном намного больше, чем геном человека.

При рождении весь кишечник бесплоден; Кишечник младенца сначала заселяется материнскими бактериями и бактериями окружающей среды во время рождения и продолжает заселяться через кормление и другие контакты. 2 Факторы, которые, как известно, влияют на колонизацию, включают гестационный возраст, способ родоразрешения (вагинальные роды или вспомогательные роды), диету (грудное молоко или смесь), уровень санитарии и воздействие антибиотиков. 3 , 4 Кишечная микробиота новорожденных характеризуется низким разнообразием и относительным преобладанием типов Proteobacteria и Actinobacteria ; после этого микробиота становится более разнообразной с появлением доминирования Firmicutes и Bacteroidetes , которые характеризуют микробиоту взрослых особей. 5 7 К концу первого года жизни микробный профиль каждого младенца различен; к 2,5 годам микробиота по составу полностью напоминает микробиоту взрослого человека. 8 , 9 Этот период созревания микробиоты может быть критическим; из ряда источников накапливаются данные о том, что нарушение микробиоты в раннем младенчестве может быть решающим фактором проявления болезни в более позднем возрасте.Отсюда следует, что вмешательства, направленные на микробиоту в более позднем возрасте, могут быть в буквальном смысле слишком запоздалыми и потенциально обреченными на провал.

В младенчестве состав микрофлоры кишечника остается относительно постоянным до более позднего возраста. Хотя было заявлено, что состав флоры каждого человека настолько уникален, что его можно использовать в качестве альтернативы снятию отпечатков пальцев, совсем недавно в микробиоме взрослого человека были описаны 3 различных энтеротипа. 10 Среди этих различных энтеротипов преобладают Prevotella , Ruminococcus и Bacteroides соответственно, и их внешний вид не зависит от пола, возраста, национальности и индекса массы тела. Считается, что микробиота остается стабильной до старости, когда наблюдаются изменения, возможно, связанные с изменениями в физиологии пищеварения и диете. 11 13 Действительно, Клаессон и его коллеги смогли выявить четкие корреляции у пожилых людей не только между составом микробиоты кишечника и диетой, но и со статусом здоровья. 14

Регуляция микробиоты

Из-за нормальной перистальтики кишечника (перистальтика и мигрирующий двигательный комплекс) и антимикробного действия желудочной кислоты, желчи, секрета поджелудочной железы и кишечника, желудка и проксимального отдела тонкой кишки, хотя, конечно, не стерильные, они содержат относительно небольшое количество бактерий у здоровых людей. 15 Интересно, что недавно из желудка человека были выделены комменсальные организмы с пробиотическими свойствами. 16 Микробиология терминального отдела подвздошной кишки представляет собой переходную зону между тощей кишкой, содержащей преимущественно аэробные виды, и плотной популяцией анаэробов в толстой кишке. Количество бактериальных колоний может достигать 10 9 колониеобразующих единиц (КОЕ) / мл в терминальном отделе подвздошной кишки непосредственно проксимальнее илеоцекального клапана, с преобладанием грамотрицательных микроорганизмов и анаэробов. При попадании в толстую кишку концентрация бактерий и разнообразие кишечной флоры резко меняются.Могут быть обнаружены концентрации 10 12 КОЕ / мл или более, которые состоят в основном из анаэробов, таких как Bacteroides , Porphyromonas , Bifidobacterium , Lactobacillus и Clos-tridium , причем анаэробные бактерии превосходят по численности аэробные бактерии. бактерии от 100 до 1000: 1. Преобладание анаэробов в толстой кишке отражает тот факт, что концентрация кислорода в толстой кишке очень низкая; Флора просто приспособилась к выживанию в этой враждебной среде.

На любом заданном уровне кишечника состав флоры также демонстрирует вариации по диаметру, при этом некоторые бактерии имеют тенденцию прикрепляться к поверхности слизистой оболочки, в то время как другие преобладают в просвете. Само собой разумеется, что виды бактерий, обитающие на поверхности слизистой оболочки или в слое слизи, с наибольшей вероятностью будут участвовать во взаимодействиях с иммунной системой хозяина, тогда как те, которые населяют просвет, могут иметь большее отношение к метаболическим взаимодействиям с пищей или продуктами питания. пищеварение.Теперь очевидно, что разные бактериальные популяции могут населять эти разные домены. Однако их относительный вклад в здоровье и болезнь изучен в ограниченной степени из-за относительной недоступности околоплодных популяций в толстой кишке и, особенно, в тонкой кишке. Однако большинство исследований микробиоты кишечника человека основано на анализе образцов фекалий, что является серьезным ограничением. Действительно, ряд исследований уже показал различия между популяциями люминальной (фекальной) и околосклеродной популяций при таких расстройствах, как воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) и синдром раздраженного кишечника (СРК). 17 , 18

У людей на состав флоры влияет не только возраст, но также диета и социально-экономические условия. В недавнем исследовании пожилых людей взаимодействие диеты и возраста было продемонстрировано, во-первых, тесной взаимосвязью между диетой и составом микробиоты у субъектов и, во-вторых, взаимодействием между диетой, микробиотой и состоянием здоровья. 14 Следует также помнить, что неперевариваемые или непереваренные компоненты диеты могут вносить существенный вклад в метаболизм бактерий; например, большая часть увеличения объема стула в результате приема пищевых волокон происходит из-за увеличения бактериальной массы.Тонкости взаимодействия между другими компонентами диеты и микробиотой в настоящее время изучаются и, несомненно, дадут важную информацию. Например, данные, указывающие на потенциальную роль определенных продуктов бактериального метаболизма в канцерогенезе толстой кишки, уже убедительно указывают на важность взаимодействия диеты и микробиоты с заболеванием. Антибиотики, назначаемые по рецепту или содержащиеся в пищевой цепи в результате их введения животным, могут серьезно повлиять на микробиоту. 19 В прошлом считалось, что эти эффекты были относительно преходящими, и полное восстановление микробиоты происходило очень скоро после завершения курса антибиотикотерапии. Однако, хотя недавние исследования подтвердили, что восстановление у многих видов происходит довольно быстро, некоторые виды и штаммы проявляют более устойчивые эффекты. 20

Взаимодействия хозяина и микробиоты

Взаимодействия кишечной комменсальной микробиоты играют фундаментальную роль в обеспечении гомеостатических функций, таких как иммуномодуляция, активация цитопротекторных генов, предотвращение и регуляция апоптоза и поддержание барьерной функции. 21 Критическая роль микробиоты в развитии функции кишечника убедительно продемонстрирована судьбой стерильного животного. 22 , 23 У этих животных затронуты не только практически все компоненты кишечной и системной иммунной системы, но и развитие эпителия, сосудистой сети, нервно-мышечного аппарата и эндокринной системы кишечника. . Тонкости взаимодействия между микробиотой и хозяином иллюстрируются исследованиями, демонстрирующими способность полисахарида, вырабатываемого бактерией Bacteroides fragilis , корректировать дефицит Т-клеток и дисбаланс Th2 / Th3 и направлять развитие лимфоидных органов. в стерильных животных. 24 Дендритные клетки кишечника, по-видимому, играют центральную роль в этих критических иммунологических взаимодействиях. 24 , 25

Как кишечная иммунная система различает друга и врага, когда дело касается бактерий, с которыми она сталкивается? 26 На уровне эпителия, например, ряд факторов может позволить эпителию переносить комменсальные (и, следовательно, пробиотические) организмы. К ним относятся маскирование или модификация ассоциированных с микробами молекулярных паттернов, которые обычно распознаются рецепторами распознавания паттернов, такими как Toll-подобные рецепторы, 27 и ингибирование воспалительного пути NFκB. 28 Ответы на комменсалы и патогены также могут заметно отличаться в пределах слизистой оболочки и системной иммунной системы. Например, было показано, что комменсалы, такие как Bifidobacterium infantis и Faecalibacterium prausnitzii , по-разному индуцируют регуляторные Т-клетки и приводят к продукции противовоспалительного цитокина интерлейкина (ИЛ) -10. 29 Другие комменсалы могут способствовать развитию Т-хелперных клеток, включая клетки T H 17, и приводить к контролируемому воспалительному ответу, который защищает от патогенов частично, по крайней мере, за счет продукции IL-17. 30 Индукция низкоуровневой воспалительной реакции (физиологического воспаления) комменсалами заставляет иммунную систему хозяина более агрессивно бороться с появлением патогена. 31

Благодаря этим и другим механизмам микробиота, как можно видеть, играет решающую роль в защите хозяина от колонизации патогенными видами. 32 Некоторые кишечные бактерии продуцируют различные вещества, от относительно неспецифических жирных кислот и пероксидов до высокоспецифичных бактериоцинов, 33 , 34 , которые могут подавлять или убивать другие потенциально патогенные бактерии, 35 в то время как некоторые штаммы продуцируют протеазы, способные денатурировать бактериальные токсины. 36

Микробиота и метаболизм

Хотя иммунологические взаимодействия между микробиотой и хозяином были подробно изучены в течение некоторого времени, только недавно истинная степень метаболического потенциала микробиоты начала снижаться. быть схваченным. Некоторые из этих метаболических функций были хорошо известны, например способность бактериальных дисахаридаз спасать неабсорбированные пищевые сахара, такие как лактоза и спирты, и превращать их в короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), которые затем используются в качестве источника энергии. слизистой оболочкой толстой кишки.SCFAs способствуют росту эпителиальных клеток кишечника и контролируют их пролиферацию и дифференцировку. Также в течение некоторого времени было известно, что кишечные бактерии могут продуцировать питательные вещества и витамины, такие как фолат и витамин K, деконъюгировать соли желчных кислот, 37 и метаболизировать некоторые лекарства (такие как суль-фасалазин) в просвете кишечника, тем самым высвобождая их активные части. Однако только недавно был признан полный метаболический потенциал микробиома и оценен потенциальный вклад микробиоты в метаболический статус хозяина в состоянии здоровья и в отношении ожирения и связанных с ним расстройств.Применение геномики, метаболомики и транскриптомики теперь может с огромной детальностью раскрыть метаболический потенциал данного организма. 38 41

В настоящее время также известно, что некоторые комменсальные организмы также производят другие химические вещества, включая нейротрансмиттеры и нейромодуляторы, которые могут изменять другие функции кишечника, такие как моторика или ощущения. 42 44 Совсем недавно и, возможно, наиболее удивительно, было высказано предположение, что микробиота может влиять на развитие 45 и функцию 46 центральной нервной системы, что привело к концепции ось микробиота-кишечник-мозг. 47 49

Кишечная микробиота при болезнях

Точно так же, как мы только сейчас начинаем понимать ключевую роль флоры в здоровье, только в последние годы истинная степень последствия нарушений во флоре или во взаимодействии между флорой и хозяином. Некоторые из этих последствий относительно очевидны. Например, когда многие компоненты нормальной флоры устраняются или подавляются курсом антибиотиков широкого спектра действия, создается сцена для других организмов, которые могут быть патогенными, чтобы вмешаться и вызвать заболевание. 1 , 2 , 32 Классическим примером этого является диарея, связанная с антибиотиками, и ее самое смертоносное проявление, колит Clostridium difficile . Считается, что подобные нарушения во флоре связаны с разрушительной формой воспаления кишечника, которая может возникать у новорожденных и особенно недоношенных: некротический энтероколит. В других ситуациях бактерии могут просто оказаться там, где их не должно быть. Если перистальтика кишечника нарушена и / или секреция кислоты из желудка резко снижена, в результате возникает среда, способствующая размножению организмов в тонкой кишке, которые обычно ограничиваются толстой кишкой; следствием этого является синдром избыточного бактериального роста в тонкой кишке.В других ситуациях иммунологическое взаимодействие между флорой и хозяином нарушается, и хозяин может, например, начать распознавать составляющие нормальной флоры не как друга, а как врага, и может вызвать несоответствующий воспалительный ответ, который, в некоторых случаях полагают, может в конечном итоге привести к таким состояниям, как ВЗК. 1 , 2 , 32 В других ситуациях повреждение кишечного эпителия делает стенку кишечника протекающей и позволяет бактериям (полностью или частично) из кишечника получить доступ к подслизистым отделам или даже в большой круг кровообращения, что может вызвать катастрофический сепсис.Считается, что этот механизм объясняет многие инфекции, которые возникают, например, у тяжелобольных пациентов в отделении интенсивной терапии.

Совсем недавно качественные изменения микробиоты стали причиной патогенеза глобальной эпидемии: ожирения. 41 Было высказано предположение, что сдвиг в составе флоры в сторону популяции, в которой преобладают бактерии, которые являются более активными экстракторами абсорбируемых питательных веществ, которые затем становятся доступными для усвоения хозяином, может играть важную роль в ожирении. 41 Такие исследования основаны на применении современных технологий (геномики, метагеномики и метаболомики) для изучения флоры толстой кишки и могут выявить истинное разнообразие и метаболический профиль микробиоты, а также реальную степень изменений в заболевании. . Вместо того, чтобы предоставлять исчерпывающий обзор всех болезненных состояний, на которые может повлиять микробиота, ниже будет представлен краткий обзор текущей информации о роли микробиоты в некоторых распространенных заболеваниях / расстройствах.

Воспалительное заболевание кишечника

Существует множество доказательств, подтверждающих гипотезу о том, что эндогенная микрофлора кишечника играет решающую роль в патогенезе ВЗК, его вариантов и связанных с ними заболеваний. 50 , 51 Некоторые из этих доказательств проверены временем, например, предрасположенность ВЗК к областям с высоким числом бактерий и роль контакта с фекальным потоком в поддержании воспаления. Другие доказательства являются более свежими и включают исследования, описанные выше, которые иллюстрируют ключевую роль микробиоты в иммунных ответах хозяина и возникновении воспалительных реакций.Эти данные дополняются экспериментальными наблюдениями за способностью стратегий, модифицирующих микробиоту (например, введение пробиотиков), модулировать воспалительный ответ в экспериментальных моделях ВЗК. 52 58 Исследования микробиоты кишечника при ВЗК выявили количественные и качественные изменения, 59 , включая интригующее открытие в некоторых исследованиях 60 , что бактерия с противовоспалительными свойствами, F prausnitzii , у пациентов с ВЗК встречается реже, чем у здоровых людей.Важность взаимодействий микробиота-хозяин при ВЗК дополнительно подтверждается многочисленными исследованиями генетики ВЗК, которые выявили множество изменений в генах, которые кодируют молекулы, участвующие в распознавании бактерий, взаимодействии бактерий-хозяев и результирующем воспалительном каскаде. 61 На более клиническом уровне роль микробиоты подтверждается эффективностью, хотя и переменной, антибиотиков при ВЗК 62 и предположением, не всегда подтверждаемым высококачественными клиническими испытаниями, о том, что ряд пробиотических организмов , включая непатогенные Escherichia coli , Saccharomyces boulardii и Bifidobacte-rium , эффективны для поддержания ремиссии и лечения легких и умеренных обострений язвенного колита. 63 70 Имеются некоторые предварительные данные, позволяющие предположить, что трансплантация кала, 71 , стратегия, со значительным успехом применяемая при лечении резистентной и рецидивирующей инфекции C. difficile , 72 , может быть эффективной. при язвенном колите. 73 , 74

Более убедительную клиническую иллюстрацию влияния модуляции микробиоты дает пример поучита, варианта ВЗК, который встречается в неоректуме у пациентов с язвенным колитом, перенесших полное лечение. колэктомия и процедура подвздошно-анального мешка.Здесь VSL # 3 (Sigma Tau Pharmaceuticals), пробиотический коктейль, содержащий 8 различных штаммов молочнокислых бактерий, доказал свою эффективность в первичной профилактике и поддержании ремиссии у пациентов с поучитом. В одном исследовании ремиссия сохранялась у 85% пациентов, получавших VSL # 3, по сравнению с 6% пациентов, получавших плацебо. 75

Синдром раздраженного кишечника

Разнообразные доказательства предполагают роль кишечной микробиоты в СРК 76 ().Прежде всего, это клиническое наблюдение, что СРК может развиваться у людей de novo после контакта с кишечными инфекциями и инвазиями (т. Е. Постинфекционным СРК). 77 Более спорным было предположение, что пациенты с СРК могут иметь избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике (СИБР). 78 Более косвенные доказательства роли микробиоты можно почерпнуть из некоторых метаболических функций компонентов микробиоты. Таким образом, учитывая влияние солей желчных кислот на секрецию толстой кишки, изменения деконъюгации солей желчных кислот могут привести к изменению объема и консистенции стула.Точно так же изменения в бактериальной ферментации могут привести к изменению объема и / или состава газа. Дополнительные доказательства получены из клинического воздействия терапевтических вмешательств, таких как антибиотики, пребиотики или пробиотики, которые могут изменять или модифицировать микробиоту. Таким образом, было показано, что плохо абсорбируемый антибиотик рифаксимин (ксифаксан, Salix) облегчает симптомы СРК с преобладанием диареи, 79 и некоторых пробиотиков (B infantis 35624 [Align] [Procter & Gamble], в частности 80 ). было показано, что они оказывают существенное клиническое воздействие.Последний представляет интерес, учитывая его продемонстрированную способность модулировать системный иммунный ответ у людей. 25 , 81 Также все большее распространение получает предположение о том, что микробиота толстой кишки может демонстрировать качественные и / или количественные изменения при СРК. 82

Таблица 2

Доказательства роли кишечной флоры в синдроме раздраженного кишечника

1. Прямое свидетельство измененной микробиоты кишечника
  • Постинфекционный синдром раздраженного кишечника

  • Бактериальные бактерии тонкого кишечника избыточный рост

  • Измененная микробиота толстой кишки

2.Доказательства физиологических эффектов измененной микробиоты
3. Медиатор провоспалительного состояния
4. Терапевтический эффект изменения микробиоты
  • Антибиотики

  • Пробиотики

  • Пребиотики

Современные молекулярные микробиологические методы теперь применяются к этой сложной проблеме и действительно подтвердили, что пациенты с СРК, независимо от подтипа, действительно демонстрируют фекальную флору, которая явно отличается от таковой у контрольных субъектов. 83 Исследования моих коллег и меня продемонстрировали, во-первых, снижение микробного разнообразия в IBS 84 и, во-вторых, с помощью высокопроизводительного пиросеквенирования, существование различных подгрупп IBS на основе подробного исследования микробиоты. 85 На уровне филума одна из этих подгрупп напоминала контрольных субъектов, тогда как другая продемонстрировала сдвиг в относительной пропорции двух основных типов, Firmicutes, и Bacteroidetes, , а также значительные изменения на уровне видов и штаммов. 82 , 84 Приоритет этих микробных сдвигов и их способность нарушать слизистую или мионевральную функцию в стенке кишечника, влиять на ось мозг-кишечник или вызывать местные или системные иммунные ответы еще предстоит определить (). Наиболее интригующим было предположение, сделанное на основе исследований на животных, что кишечная микробиота может влиять на функцию и морфологию мозга. 49

Схема, суммирующая возможную роль микробиоты в синдроме раздраженного кишечника.Измененная микробиота в сочетании с протекающим эпителиальным барьером позволяет бактериям и / или бактериальным продуктам получать доступ к подслизистому отделу, где активируются тучные клетки и иммунные клетки (лимфоциты), высвобождая протеазы тучных клеток, хемокины и цитокины, которые могут активировать сенсорные нейроны. Это, в свою очередь, может привести к локальным рефлексам, влияющим на моторные и секреторные функции, или к усилению висцеральных ощущений в центре.

Несколько экспериментальных наблюдений предоставляют научную основу для использования методов лечения, которые могут изменять микробиоту при СРК. 85 87 Таким образом, было показано, что пероральное введение B infantis 35624 ослабляет ответы на интерферон γ, фактор некроза опухоли α (TNF-α) и IL-6 после стимуляции митогена, увеличивая уровни в плазме крови триптофан и кинуреновая кислота и, что наиболее поразительно, снижают концентрации 5-гидроксииндолеуксусной кислоты и дигидроксифенилуксусной кислоты в лобной коре и миндалине соответственно.

. 89 Хотя эти последние наблюдения могут затронуть некоторые из предложенных патофизиологических механизмов, связанных с развитием симптомов при СРК, а именно активацию иммунной системы и нарушения в оси мозг-кишечник, другие исследования предполагают, что тот же штамм может также изменять периферические механизмы, связанные с СРК. , например висцеральная гиперчувствительность. 90

Устраняя другую аномалию кишечника, выявленную при СРК, Цзэн и его коллеги частично устранили изменения проницаемости тонкого кишечника с помощью коктейля пробиотиков. 91 Другой организм, Lactobacillus acidophilus , как было показано, оказывает висцеральный анальгетический эффект за счет индукции μ-опиоидных и каннабиноидных рецепторов, 92 и Lactobacillus paracasei , как было показано, ослабляет гиперсонтрастность мышц кишечника на животной модели. постинфекционного СРК. 93 Опять же, этот эффект был штамм-зависимым и, по-видимому, опосредован, частично, через модуляцию иммунологического ответа на первоначальную инфекцию и, частично, через прямое воздействие организма или его метаболита на кишечная мышца.В других экспериментах этот же организм был способен ослаблять индуцированную антибиотиками висцеральную гиперчувствительность у мышей. 94

Было показано, что Lactobacillus reuteri подавляет висцеральную боль, вызванную растяжением толстой кишки у крыс. 95 Было показано, что этот же пробиотический организм, имеющий клиническую значимость, легко колонизирует и индуцирует иммунный ответ в тонком кишечнике у людей. 96 Интересно, что с учетом значимости биосинтеза теховой кислоты в иммунологических ответах на определенные лактобациллы, Дункер и его коллеги показали, что мутант Lactobacil-lus (приводящий к истощению липотехоиновой кислоты D-аланином) также значительно подавлял восприятие висцеральной боли у здоровых крыс без воспаления. 97

Функциональные и морфологические изменения кишечного нервно-мышечного аппарата развиваются у мышей, инфицированных Trichinella spiralis , спустя много времени после того, как глисты были изгнаны и связанная с ними воспалительная реакция стихла, что обеспечивает животную модель постинфекционного СРК. 98 , 99 L paracasei , но не другие штаммы, как было показано, ослабляет гиперсокращение мышц кишечника, снижает активацию иммунной системы, 93 и нормализует метаболический профиль мышей в этой модели. 100

Эти экспериментальные наблюдения теперь подтверждаются клиническими исследованиями пробиотиков при СРК у людей. Результаты при СРК по-прежнему варьируются для ряда организмов, таких как Lactobacillus GG, Lactobacillus plantarum , L acidophilus , Lactobacillus casei , пробиотический коктейль VSL # 3 и Bifidobacterium animalis , . , 102 для облегчения отдельных симптомов СРК (например, вздутие живота, метеоризм и запор) и только несколько продуктов, влияющих на боль и общие симптомы. 80 , 103 105 Прочие продукты не принесли пользы. 106 , 107

Ожирение, метаболический синдром, неалкогольная жировая болезнь печени и неалкогольный стеатогепатит

Несколько механизмов, вовлекающих микробиоту в патогенез неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП) и неалкогольного стеатогепатита (НАСЖ) были идентифицированы. В частности, широко исследовалась роль микробиоты в связи с диетой в патогенезе ожирения как такового. 108 , 109 Соответствующие результаты включают способность грамотрицательных анаэробов, таких как Bacteriodes thetaiotami-cron , расщеплять большинство гликозидных связей и разлагать полисахариды растений, тем самым обеспечивая хозяина от 10% до 15% его теплотворная способность. 108 111 Микробиота людей с ожирением, а также микробиота слепой кишки мышей ob / ob более эффективны при извлечении энергии из рациона и производстве SCFAs. 110 , 112 Кроме того, было показано, что микробиота стимулирует выработку триглицеридов в печени путем подавления ингибитора липопротеинлипазы (LPL), жирового фактора, индуцированного натощак (также известного как ангиопоэтин-подобный 4), что приводит к продолжающаяся экспрессия LPL, ключевого регулятора высвобождения жирных кислот из триглицеридов в печени. 113 Микробиота кишечника также может модулировать системный липидный метаболизм посредством модификации паттернов метаболизма желчных кислот, что также напрямую влияет на свойства эмульгирования и абсорбции желчных кислот и, таким образом, косвенно на накопление жирных кислот в печени.Микробиота также участвует в развитии инсулинорезистентности, 113 , фундаментальной аномалии метаболического синдрома, влияя на энергетический баланс, метаболизм глюкозы и слабое воспалительное состояние, которое ассоциируется с ожирением и связанными с ним метаболическими нарушениями. Его роль в метаболизме холина, 114 116 , а также инактивация провоспалительных цитокинов (например, TNF-α), по-видимому, важна для развития НАЖБП и прогрессирования НАСГ.Совсем недавно исследования на экспериментальных моделях показали, что дефектное / недостаточное восприятие инфламмасом и связанный с ними дисбиоз приводят к аномальному накоплению бактериальных продуктов в портальном кровотоке и способствуют прогрессированию НАЖБП / НАСГ. 117

Более фундаментальная роль SIBO была предложена при НАЖБП, способствуя как стеатозу, так и воспалению 118 , 119 (). Потенциал микробов кишечного происхождения вызывать прогрессирующий и даже смертельный стеатогепатит был признан несколько лет назад в связи с повреждением печени, которое осложнило операции тощего и подвздошного шунтирования при патологическом ожирении; действительно, эта процедура предоставила ценную экспериментальную модель для изучения влияния микробиоты на заболевание печени.

Флора кишечника (микробиота) и печень. Избыточный бактериальный рост тонкого кишечника (SIBO), присутствующий при различных заболеваниях печени, и / или измененный состав микробиоты толстой кишки приводят к усиленному высвобождению провоспалительных цитокинов. Повышенная кишечная проницаемость, также хорошо описанная при заболеваниях печени, усиливает транслокацию бактерий, эндотоксинов или провоспалительных продуктов, таких как липополисахарид (из грамотрицательных бактерий), которые достигают печени через воротную вену или, при наличии портально-системного шунтирования. , получить прямой доступ к системному кровообращению.

Микробиота кишечника, потенциальная новая мишень для китайских лекарственных трав при лечении сахарного диабета

Микробиота кишечника, как важный фактор, влияющий на здоровье хозяина, играет значительную роль в возникновении и развитии сахарного диабета (СД), а также в его механизме. может быть связано с избытком эндотоксинов, измененными короткоцепочечными жирными кислотами (SCFA) и нарушением метаболизма желчных кислот. Традиционная китайская медицина (ТКМ) имеет долгую историю лечения СД, но ее механизм не очень ясен.Недавние исследования показали, что китайская фитотерапия может улучшить метаболизм глюкозы за счет ремоделирования микробиоты кишечника, что открывает новые возможности для дальнейших исследований механизмов гипогликемии. В этом обзоре представлен недавний прогресс китайских трав, травяных экстрактов и препаратов растительных соединений в лечении СД за счет регулирования микробиоты кишечника и обобщены основные задействованные механизмы, а именно противовоспалительные и антиоксидантные эффекты, защита кишечного барьера и ингибирование липотоксичности.Кроме того, предлагаются некоторые предложения по улучшению.

1. Введение

Сахарный диабет (СД) — серьезная проблема для здоровья, которая угрожает людям во всем мире. В 2017 году Международная федерация диабета (IDF) выпустила восьмое издание «Карты диабета IDF», которая показала, что примерно 425 миллионов взрослых (20-79 лет) во всем мире страдают от СД, и это число может достигнуть 629 миллионов. к 2045 году. В Китае примерно 114,4 миллиона человек (20-79 лет) живут с DM; таким образом, Китай занимает первое место в мире (http: // www.diabatlas.org). В последние несколько лет люди постепенно осознали, что функция метаболизма человека определяется не только нами, но и тесно связана с нашим «вторым геномом» — кишечной микробиотой, которая открыла еще одну дверь для лучшего понимания DM. [1–3]. Чтобы найти лучший лечебный эффект от СД, были разработаны и постепенно внедрены в клиническую практику множество пробиотических, пребиотических и синбиотических препаратов [4].

Традиционная китайская медицина (ТКМ) лечит СД более 2000 лет.В последние годы накопление доказательств подтвердило, что традиционная китайская медицина может улучшить СД с помощью различных молекулярных механизмов [5], а ремоделирование кишечной микробиоты является важным направлением исследований [6]. Помимо специфических изменений в некоторых кишечных бактериях после приема лекарственных трав, исследователи также обращают внимание на то, как улучшенная микробиота кишечника влияет на метаболизм хозяина. В этом обзоре мы обобщаем соответствующую литературу, пытаемся выделить несколько основных путей, связывающих кишечную микробиоту и гликометаболизм, а затем предлагаем потенциальные будущие направления, которые могут улучшить ограничения текущих исследований.

Был проведен поиск литературы с использованием баз данных PubMed, CNKI, Chinese Biomedical Literature, Wanfang и VIP. Ключевые слова для поиска включали «диабет», «кишечная микробиота», «кишечная микрофлора», «кишечная флора», «кишечная микрофлора», «традиционная китайская медицина», «фитотерапия» и «травы». Мы также провели поиск связанные ссылки.

2. Взаимосвязь между DM и кишечной микробиотой

Кишечная микробиота не только влияет на кишечник, но также оказывает глубокое влияние на метаболическую функцию хозяина посредством различных механизмов [1].В последние десятилетия накопленные данные свидетельствуют о тесной связи между сахарным диабетом и микробиотой кишечника. Два когортных исследования с участием людей в Китае и Европе показали, что в микробиоте кишечника пациентов с сахарным диабетом 2 типа (СД2) наблюдаются композиционные и функциональные изменения. Например, количество бактерий-продуцентов бутирата Roseburia и Faecalibacterium prausnitzii было ниже [7, 8]. Кроме того, исследование, основанное на китайской популяции хань, показало, что по сравнению со здоровыми людьми, люди с сахарным диабетом 1 типа (СД1) имели совершенно другую микробиоту кишечника, а численность Bacteroides положительно коррелировала с аутоантителами [9].

Как нарушенная микробиота кишечника влияет на углеводный обмен в организме хозяина? Согласно текущим исследованиям, причины могут быть связаны со следующими факторами: (1) липополисахариды (ЛПС): ЛПС являются жизненно важным компонентом внешней мембраны грамотрицательных бактерий, в то время как они могут вызывать легкое воспаление, связанное с СД, когда чрезмерное попадание ЛПС в кровоток [10]; (2) короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs): SCFAs, в основном включающие уксусную кислоту, пропионовую кислоту и масляную кислоту, являются основными продуктами ферментации, производимыми из неперевариваемой клетчатки и полисахаридов, а снижение уровня SCFA может нарушить метаболический гомеостаз хозяина, поскольку они связаны с энергетическим обменом, секрецией GLP-1 и целостностью слизистой оболочки кишечника [11]; (3) желчные кислоты (ЖК): ЖК продуцируются деградацией холестерина и метаболизируются микробиотой кишечника, а нарушенный метаболизм ЖК может влиять на экспрессию рецепторов желчных кислот в кишечнике, а затем нарушать соответствующие пути метаболизма глюкозы [12]; (4) проницаемость кишечника: нарушенная микробиота кишечника может нарушить белки плотных контактов кишечника, повысить проницаемость кишечника и привести к постоянной утечке ЛПС, что, в свою очередь, вызывает системное воспаление низкой степени [13]; (5) сбор энергии: кишечная микробиота, связанная с ожирением, более эффективно использует энергию, получаемую с пищей, что приводит к энергетической перегрузке в организме хозяина, что формирует решающую основу для возникновения инсулинорезистентности и СД2 [14]; (6) кишечная иммунная система: микробиота кишечника имеет решающее значение для развития и модуляции иммунной системы слизистой оболочки кишечника, а дисфункциональное взаимодействие между микробиотой кишечника и иммунной системой связано с возникновением СД1 [15].И наоборот, улучшенная микробиота кишечника может регулировать один или несколько из указанных выше путей, оказывая комплексное терапевтическое воздействие на СД.

3. Доказательства китайских лекарственных трав для лечения СД путем регулирования кишечной микробиоты
3.1. Травы и экстракты трав

Folium Mori для лечения Xiaoke (название DM в TCM) зарегистрирован в Compendium of Materia Medica [16], и его гипогликемический эффект был подтвержден в экспериментах на животных [ 17] и клинические испытания [18].Скармливание диабетическим крысам диеты, содержащей 20% силы Folium Mori в течение 8 недель, может подавить сигнальный путь неэстерифицированных жирных кислот (NEFA) и уменьшить гипергликемию. В то же время доля Bacteroidetes в кишечных бактериях восстанавливается после обработки Folium Mori [19]. Другое исследование подтвердило, что Folium Mori может способствовать выработке SCFAs и регулировать метаболизм стероидов и ЖК [20]. В дополнение к Folium Mori , Dendrobium Candidum может облегчить окислительный стресс в печени [21], а Rhizoma Dioscoreae способствует снижению уровня глюкозы в крови пациентов с СД2 [22].Их подробности приведены в таблице 1.

  • ill 43 17809

    Травы / экстракты трав Модели Изменения микробиоты кишечника и их метаболитов Ref.

    Folium Mori Крысы SD Повышенный уровень : тип Bacteroidetes и Proteobacteria и класс Clostridia Улучшение метаболизма NEFA 18 918 900 918 918 900 918 918 900 Dendrobium Candidum Мыши KM Повышение : численность и разнообразие кишечной микробиоты Ослабление окислительного стресса [21]

    человека Увеличено : Bifidobacterium Н / Д [22]

    Berberine Wistar / SD крысы Увеличено : Bifidobacterium 918 917 917 917 918 918 917 917 кишечная палочка , Enterococcus Защитить кишечный барьер; подавить воспалительную реакцию; способствует секреции GLP-2 [24–26]

    Rhein db / db мышей Повышено : Bacteroidetes, Akkermansia
    : Пониженное соотношение : Firmic
    Стимулирование секреции GLP-1 [27]

    Облепиха Белок Мыши ICR Повышение : Bifidobacterium , 917 917 Lactobacterium , 917 917 Lactobacterium , 917 917 Lactobacterium 917 917 Lactobacterium 917 917 917 : Clostridium coccoides , значение pH Улучшение метаболизма жирных кислот [28]

    Zanthoxylum алкиламиды SD крысы 917 Bactobacid, 917 917 Lactobacid 917, 917 Clostridium , SCFAs
    Уменьшено : E nterococcus , Enterobacterium , Bacteroides , pH, свободный аммиак
    Подавляют глюконеогенез в печени;
    способствует секреции инсулина
    [29]

    Полифенолы из Fructus Mori L. db / db мышей Повышено : Bacteroidetes, Anaeroplasmatales, бутират, пропионат
    Понижено : Firmicutes, соотношение F / B, Bacillus , Lactobacillus Lactobacillus

    Полисахарид из семян Plantago asiatica L. Крысы Wistar Повышенный : Bacteroides , Lactobacillus 3865 1865 917 917 917 917 Улучшение метаболизма NEFA; ослабить окислительный стресс [31]

    Ganoderma atrum Полисахарид Крысы Wistar Повышенное : SCFAs Ослабить окислительный стресс
    900]
    Maydis stigma Polysaccharide KM мышей Повышенное значение : Lactobacillus , Bacteroides N / A [33]
    Polixa 9184 9184 9184 918 9184 918 9184 918 9184 918 9184 918 Мыши C57 Увеличение : Lactobacillus , Bifidobacterium Ослабление окислительного стресса; подавить воспалительный ответ [34]

    Morus nigra Полисахарид db / db мышей Увеличено : Bacteroidales, Bacteroides, Lactobacillus17 917 917 Alcatel 938 Пониженное соотношение : F / B, условно-патогенные микроорганизмы, такие как Staphylococcus и Enterococcus Регулируют липидный обмен; ослабить окислительный стресс [35]

    Полисахарид из ферментированного Momordica charantia L Крысы линии Wistar Повышенный : Lactococcus laulladensis, 9FaCoccus laulladensis Значение pH Ослабить окислительный стресс [36]

    Сокращения .NEFA: неэтерифицированная жирная кислота; Ж / Б: Firmicutes / Bacteroidetes; GLP-2: глюкагоноподобный пептид-2; GLP-1: глюкагоноподобный пептид-1; SCFA: жирные кислоты с короткой цепью; N / A: не применимо.

    Берберин является основным биологически активным алкалоидом некоторых теплозащитных трав, таких как Coptis chinensis [23]. Недавние исследования показали, что берберин является отличным модулятором кишечной микробиоты у животных и людей с СД. Например, он может способствовать пролиферации Bifidobacterium и Lactobacillus , подавлять рост Escherichia coli, и снижать уровни ЛПС в кишечнике, тем самым снимая хроническое системное воспаление [24].Кроме того, поврежденная слизистая оболочка кишечника и иммунный барьер также могут быть восстановлены с помощью берберина, который способствует предотвращению попадания кишечных эндотоксинов в кровь и поддержанию метаболического гомеостаза хозяина [25, 26]. Кроме того, многие другие фитохимические вещества, такие как реин [27], белок облепихи [28], алкиламиды Zanthoxylum [29] и полифенолы из Fructus MoriL . [30], также обладают гипогликемическим эффектом, регулируя микробиоту кишечника (Таблица 1).

    Кроме того, полисахариды, извлеченные из лекарственных растений, также являются потенциальными пребиотиками. Qixing Nie и его коллеги [31] подтвердили, что полисахариды из семян Plantago asiatica L. могут снижать массу тела, снижать уровень глюкозы в крови и восстанавливать поврежденную функцию почек у крыс с диабетом. Кроме того, он также может увеличить количество бактерий, таких как Bacteroides vulgatus , Lactobacillus fermentum , Prevotella loescheii и Bacteroides ovatus , и способствовать производству SCFAs.Кроме того, полисахариды экстрагированы из Ganoderma atrum [32], Maydis stigma [33], Radix Pseudostellariae [34], Morus nigra [35] и Momordica charantia L . ферментированный Lactobacillus plantarum NCU116 [36], также может лечить СД, регулируя микроэкологию кишечника (Таблица 1).

    3.2. Препараты на травах

    Формула TCM представляет собой комбинацию нескольких трав, и совместимость трав является ключом к синергетической терапевтической роли [37].Xiexin Tang, включающий три травы: Rhei rhizome , Scutellaria radix и Coptidis rhizome , демонстрирует идеальные противовоспалительные, гипогликемические и гиполипидемические эффекты у крыс с T2DM. Кроме того, Xiexin Tang может увеличивать количество некоторых противовоспалительных бактерий, таких как Adlercreutzia, Alloprevotella, , и концентрацию SCFAs в кале. Корреляционный анализ предполагает, что увеличение количества кишечных бактерий может быть прямым регулятором метаболической функции [38].Помимо экспериментов на животных, соответствующие доказательства также подтверждаются клиническими рандомизированными контролируемыми исследованиями. Классическая формула Gegen Qinlian Decoction и современная травяная формула AMC обладают значительными гипогликемическими эффектами, а структура кишечной микробиоты оптимизируется после 12 недель приема. Например, уровни Faecalibacterium , бактерии с противовоспалительным действием, значительно увеличиваются двумя формулами; бактерии, продуцирующие SCFA, Roseburia и Blautia , также стимулируются после обработки AMC [39, 40].Кроме того, гипогликемический эффект отвара Gegen Qinlian (эксперимент на животных) [41], отвара Huanglian Jiedu [42, 43], смеси Qijian [44], отвара Banxia Xiexin [45] и трех инновационных препаратов трав [46–48] также способствует регулированию микробиоты кишечника, и их подробности перечислены в таблице 2.

    кишечной микробиоты и метаболитов
  • ied443 ied43544 ied4329 Увеличено : Bacteroides , Bifidobacterium , Lactobacilli , Enterococcus : 9177 917 917 917 917 918 917 917 918 917 917 917 917 917 6 De Lactobacillus Bactobacillus, 917FA 918 Enterobacterium , Enterococcus

    Препараты Состав препаратов Изменения моделей Основные механизмы Ref.

    Xiexin Tang Rhizome Rhei, Radix Scutellaria, Rhizome Coptidis SD крысы Повышенный уровень : некоторые SCFAs, продуцирующие и противовоспалительные64 бактерии, такие как Adlercreutvo и Allercreutvo; SCFAs Подавляют воспалительную реакцию [38]

    Отвар Gegen Qinlian Radix Puerariae, Radix Scutellariae, Rhizoma Coptidis, обжаренный в меде корень солодки 918 918 918 человеческий , Bifidobacterium , Gemmiger
    Уменьшено : Alistipes , Odoribacter
    Н / Д [39]
    KK-17 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 918 917 Bacteroides vulgatus Подавление воспалительной реакции [41]

    AMC Rhizoma Anemarrhenae, Momordica charantia, Rhizoma Coptidis, Schilderis, Salvia miltiorriza, рис. человек Увеличено 9 1839: Faecalibacterium , Roseburia , Gemmiger , Coprococcus , Megamonas , Blautia N / A [40]
    [40]
    [40]
    44 [40] Rhizoma, Scutellariae Radix, Phellodendri Cortex, Gardeniae Fructus ZDF крысы Увеличено : Bacteroides , Clostridium , Roseburia , Aккермансиум 64 Oscregatipacter Oscregati 918 : Prevotella Защита кишечного барьера; подавить воспалительную реакцию; стимулировать секрецию GLP-1 и GLP-2 [42]
    SD крысы Повышенное : Parabacteroides , Blautia , Akkermansia cus
    Снижение 918ococ17 Corynebacterium
    Регулировать липидный обмен; подавить воспалительную реакцию; ослабить окислительный стресс [43]

    Смесь Qijian Astragalusmbranaceus, Ramulus euonymi, Coptis chinensis, Pueraria lobata KKay мышей 43 Углеводы с повышенным содержанием углеводов : Bachydrate , улучшенные аминокислоты Нарушение метаболизма [44]

    Banxia Xiexin Decoction Rhizoma Pinelliae Praeparata, Radix Scutellaria, Rhizome Coptidis, Panax ginseng, Rhizoma zingiberis , Rhizoma zingiberis , Radix Liquice
    Подавление воспалительной реакции [45]

    Травяной экстракт Травяной корд., Метформин OLETF крысы Повышение : Roseburia , Akkermansia , SCFAs
    Снижение : грамотрицательные бактерии, prevotella , Подавление Escherichia coli 943 943 900, L1743 , воспалительный ответ ]

    Травяной экстракт + пробиотики Фруктоолигосахарид лопуха GF13 Lactobacillus plantarum Sc 52 Мыши C57 Защита кишечного барьера; подавить воспалительную реакцию; [47]

    Травяной экстракт + пребиотики Берберин, стахиоза Мыши KKay Повышенное содержание : Lactobacillus , Bifidobacterium A

    Сокращения .SCFA: жирные кислоты с короткой цепью; GLP-1: глюкагоноподобный пептид-1; GLP-2: глюкагоноподобный пептид-2; ЛПС: липополисахариды; N / A: не применимо.

    3.3. Резюме

    Согласно существующей литературе, эффекты противодиабетических лекарственных трав на микробиоту кишечника имеют следующие правила: (1) регулирование структуры микробиоты путем увеличения микробного разнообразия и уменьшения соотношения Firmicutes / Bacteroidetes (F / B); (2) увеличение противовоспалительных бактерий, таких как Bifidobacterium , Lactobacillus , Akkermansia, и Faecalibacterium ; (3) увеличение количества SCFAs, продуцирующих бактерии, таких как Roseburia и Eubacterium , и стимулирование концентрации SCFAs в кишечнике; (4) снижение численности патогенных бактерий, таких как Escherichia coli и Enterococcus .Эти изменения микробиоты кишечника могут вызвать серию цепных реакций, которые затем могут улучшить метаболизм глюкозы в организме хозяина. Конкретные механизмы обсуждаются ниже.

    4. Механизмы лечения СД китайскими лекарственными травами путем регулирования кишечной микробиоты
    4.1. Противовоспалительный эффект

    Хроническое воспаление средней степени тяжести признано характеристикой некоторых метаболических заболеваний, таких как сахарный диабет и ожирение, и состояние микробиоты кишечника тесно связано с этим типом воспаления [49]. Lactobacillus , пробиотики, широко используемые в различных областях, обладают функцией уменьшения воспаления, связанного с метаболизмом, как у крыс, получавших СТЗ [50], так и у людей с СД [51]. Bifidobacterium также может снижать высвобождение провоспалительных цитокинов, восстанавливая баланс между регуляторными Т-клетками (Treg) и В-лимфоцитами и обращая процесс транслокации бактерий из кишечника в ткани [52, 53]. Как мы уже представили выше, китайские лечебные травы берберин [24], белок облепихи [28], Zanthoxylum алкиламиды [29], полисахариды Radix Pseudostellariae [34], отвар Gegen Qinlian [39, 41] и так далее — все промоторы пролиферации Lactobacillus и Bifidobacterium , что может быть важной причиной их лучшего терапевтического эффекта.Помимо стимулирования роста пробиотиков, уменьшение побочных эффектов ЛПС также может ослабить воспалительную реакцию. Нарушение микробиоты может повышать уровень ЛПС в кишечнике, а затем усугублять воспалительное повреждение кишечного эпителия. Когда чрезмерное количество ЛПС попадает в кровь через поврежденную слизистую кишечника, может возникнуть системное воспаление слабой степени [54]. В вышеперечисленных лечебных травах отвар Gegen Qinlian [41] и отвар Banxia Xiexin [45] могут уменьшить утечку LPS и уменьшить воспалительные факторы в сыворотке; Отвар Huanglian Jiedu [42] может подавлять экспрессию LPS-связанных воспалительных белков и улучшать барьерную функцию слизистой оболочки кишечника.

    Вместе взятые, увеличение количества противовоспалительных бактерий, снижение выработки и утечки ЛПС и подавление воспалительных факторов, связанных с ЛПС, являются ключевыми звеньями противовоспалительного действия традиционной китайской медицины.

    4.2. Антиоксидантный эффект

    Окислительный стресс играет важную роль в патологическом процессе СД и не только разрушает клетки островка β и сигнальные пути инсулина, но также может способствовать серьезным осложнениям, таким как диабетическое сердечно-сосудистое заболевание и диабетическая нефропатия [55] .Недавние исследования показывают, что некоторые кишечные бактерии обладают антиоксидантной активностью. Во-первых, пробиотики снижают уровень окислительного стресса кишечника за счет собственных антиоксидаз и метаболитов антиоксидантов; с другой стороны, они также могут активировать антиоксидантную систему хозяина и улучшать окислительный стресс различными путями [56]. Здоровая кишечная микробиота является основой для поддержания окислительно-восстановительного гомеостаза, в то время как неупорядоченный состав микробиоты может индуцировать образование активных форм кислорода (АФК) в эпителиальных эпителиях кишечника, вызывая повреждения кишечника или даже системные заболевания [57, 58].В последние годы исследователи подтвердили, что некоторые про- и пребиотики могут улучшить состояние окислительного стресса [59]. Точно так же вышеупомянутые гипогликемические ТКМ, такие как Dendrobium Candidum [21], полифенолы из Fructus Mori L . [30], и некоторые полисахариды трав [31, 32, 34–36] также обладают антиоксидантной активностью. В диабетическом состоянии энтерогенный эндотоксин не только является источником воспаления, но и может вызывать окислительный стресс в некоторых органах, таких как поджелудочная железа [60] и печень [61].Регулируя микробиоту кишечника и восстанавливая барьер слизистой оболочки кишечника, лекарственные травы могут уменьшить повреждение эндотоксином и избежать ряда проблем, вызванных им. Кроме того, накапливающиеся данные показывают, что некоторые бактерии, такие как Lactobacillus , Bifidobacterium и Akkermansia и бактериальный метаболит бутират, также обладают потенциальными антиоксидантными свойствами [56, 62–64]; как указано выше, их увеличению может способствовать множество лекарственных трав.

    Таким образом, некоторые лекарственные травы, особенно полисахариды трав, могут играть антиоксидантную роль, способствуя росту пробиотиков и ингибируя повреждение энтерогенными эндотоксинами.

    4.3. Защита кишечного барьера

    В 1986 году исследователи уже наблюдали повышенную кишечную проницаемость у пациентов с диабетом [65], а в последние годы люди были обеспокоены «второй атакой» на организм, вызванной повреждением кишечного барьера. В физиологическом состоянии слизистая оболочка кишечника поглощает питательные вещества и предотвращает проникновение патогенных бактерий или эндотоксинов в кровь. Однако под влиянием диеты с высоким содержанием жиров, воспалительной стимуляции, окислительного стресса и других факторов структура и функция слизистой оболочки кишечника могут быть нарушены, что может привести к повреждению кишечника и системным заболеваниям, таким как сахарный диабет [66].Несмотря на то, что кишечный барьер играет важную роль для здоровья, существует лишь несколько препаратов, направленных на его устранение [67]. Регулируя микробный состав и увеличивая количество SCFA, некоторые растительные лекарственные средства могут улучшить барьерную функцию кишечника и подавить повреждение LPS. В частности, адгезивно-инвазивная Escherichia coli может вызвать воспалительную реакцию и нарушить гомеостаз слизистой оболочки [68]. Напротив, Akkermansia и Lactobacillus могут восстанавливать целостность кишечного эпителия за счет снижения провоспалительных цитокинов [69, 70], а Bifidobacterium может поддерживать здоровье кишечника, способствуя секреции глюкагоноподобного пептида-2 (GLP- 2) [71]; SCFAs, как топливо для слизистой оболочки кишечника, не только обеспечивают энергией эпителиальные клетки [72], но также способствуют сборке плотных контактов [73].Как упоминалось выше, берберин [24–26] может эффективно регулировать микробиоту кишечника, улучшать проницаемость кишечника путем ингибирования сигнального пути TLR4 / MyD88 / NF-kB и увеличивать секрецию GLP-2. Составной препарат, содержащий фруктоолигосахарид лопуха GF13 и Lactobacillus plantarum Sc 52 [47], может значительно стимулировать продукцию SCFA и восстанавливать нарушенный кишечный барьер, что может быть потенциальным пребиотическим продуктом для лечения DM.

    Короче говоря, поврежденный кишечный барьер — это скрытые убийцы метаболического гомеостаза, и лекарственные травы могут улучшить это патологическое состояние, уменьшая количество патогенных бактерий, увеличивая количество защитных бактерий слизистой оболочки и способствуя выработке SCFAs.

    4.4. Ингибирование липотоксичности

    Липотоксичность относится к дисфункции или гибели клеток, вызванной избыточным накоплением липидов в нежировых тканях [74], что не только еще больше усугубляет прогрессирование СД [75, 76], но также приводит к диабетическим осложнениям, таким как кардиомиопатия [77] и ангиопатия [78]. Недавние исследования показывают, что микробиота кишечника играет множество фундаментальных ролей в поддержании метаболического гомеостаза липидов и может быть потенциальной мишенью для улучшения дислипидемии [79].Прежде всего, регулирование микробного соотношения кишечника является эффективным подходом. В целом, у людей с ожирением соотношение Firmicutes / Bacteroidetes (F / B) выше, чем у людей с нормальным весом [80, 81]. После обработки реином [27], полифенолами из Fructus Mori L . [30] и полисахариды Morus nigra [35], наблюдается более низкое соотношение F / B. Кроме того, лекарственные травы, такие как Zanthoxylum алкиламиды [29], полисахариды из семян Plantago asiatica L.[31] и ферментированный Momordica charantia L . [36] может подавлять липотоксичность, способствуя выработке метаболитов кишечной микробиоты ацетата и бутирата. В частности, ацетат может регулировать экспрессию генов, связанных с бежевым адипогенезом, в белой жировой ткани, тем самым способствуя выделению тепла [82]. Бутират полезен для усиления митохондриальной функции скелетных мышц и бурого жира, а также для увеличения расхода энергии [83]. Кроме того, у лиц с абдоминальным ожирением липополисахаридсвязывающий белок (LBP) сыворотки и NEFA сильно коррелируют, что позволяет предположить, что LPS также приводят к нарушению липидного обмена [84].Как обсуждалось выше, некоторые лекарственные травы могут подавлять ЛПС, регулируя микробиоту. Наконец, бактериальные метаболиты БА могут модулировать системный метаболизм липидов через ядерный фарнезоидный X-рецептор (FXR) и рецептор 5, связанный с G-белком (GPR5) [85], и это может быть потенциально важной мишенью для лекарственных трав, в то время как соответствующие доказательства отсутствуют, и необходимы дальнейшие исследования.

    В целом, TCM снижает липотоксичность в основном за счет снижения соотношения F / B, регулирования микробных метаболитов ацетата, бутирата и уменьшения повреждения LPS.

    4.5. Резюме

    Таким образом, лекарственные травы могут оказывать множество полезных терапевтических эффектов на СД, регулируя микробиоту кишечника, а противовоспалительные и антиоксидантные эффекты, защита кишечного барьера и ингибирование липотоксичности являются основными механизмами. Более того, стимулирование секреции GLP-1 и ингибирование глюконеогенеза в печени также может быть связано с регуляцией микробиоты. Помимо восстановления функции островков и улучшения инсулинорезистентности, эти механизмы также способствуют предотвращению развития осложнений, связанных с диабетом.Одним словом, действие лекарственных средств на травах на микробиоту кишечника является всеобъемлющим и далеко идущим (рис. 1).


    5. Обсуждение и перспективы на будущее

    Данные многочисленных исследований подтверждают важную роль кишечной микробиоты в процессе лечения СД традиционной китайской медициной, но что может оказывать наиболее важное влияние на большое количество видов бактерий? Необходимо обратить внимание на ключевую микробиоту. Хотя Lactobacillus составляют видов только 0.От 01 до 0,06 для всех видов бактерий, он играет важную роль в защите эпителиального барьера, продуцирует антипатогенные соединения и регулирует иммунитет [86]. Недавно накопленные данные свидетельствуют о том, что штаммы пробиотиков Lactobacillus могут играть вспомогательную роль в лечении СД [87], в то время как другие исследования показывают, что численность Lactobacillus положительно коррелирует с уровнем глюкозы в крови [8, 88], поэтому Перекрестная связь между Lactobacillus и метаболизмом глюкозы требует дальнейшего изучения.Бифидобактерии являются одними из доминирующих представителей желудочно-кишечного тракта грудного ребенка [89], и избирательное увеличение количества бифидобактерий может улучшить сахарный диабет, вызванный диетой с высоким содержанием жиров, и метаболическую эндотоксемию у мышей [90]. Akkermansia muciniphila рассматривается как полезный микроб следующего поколения, который может активировать сигнальные пути Toll-подобного рецептора 2 и способствовать выработке IL-10, тем самым играя защитную роль для барьера слизистой оболочки кишечника [91]. Roseburia обладает высокой способностью продуцировать бутират, который может обеспечивать энергией эпителиальные клетки кишечника и подавлять высвобождение провоспалительных цитокинов [92].В норме численность Bifidobacterium , Akkermansia, и Roseburia отрицательно коррелирует с уровнем глюкозы в крови [91–93]. Как показано выше, большая часть TCM может способствовать росту этих полезных бактерий, которые затем вызывают многоцелевые терапевтические эффекты для лечения DM.

    Однако мы должны признать, что на микробиоту кишечника может влиять множество факторов [94]. Чтобы лучше использовать TCM, необходимо обсудить его в реальном мире, а не только в лаборатории.Среди факторов, влияющих на микробиоту взрослого человека, диетические факторы могут составлять до 57% изменений микробиоты кишечника [95], и в последнее время диета, нацеленная на микробиоту кишечника для лечения СД, стала предметом всеобщего беспокойства [96]. Liping Zhao и его коллеги [97] обнаружили, что диета, богатая клетчаткой, может оптимизировать микробиоту кишечника, производить больше SCFAs и помочь более эффективно контролировать уровень глюкозы в крови, что представляет собой новый экологический подход к управлению T2DM. Кроме того, влияние диеты на микробиоту может быть связано с эффективностью лечебных трав.Кишечные бактерии могут преобразовывать химические вещества трав в различные биоактивные вещества, способствуя, таким образом, лучшему всасыванию и использованию [98], в то время как нарушенная микробиота может в некоторой степени влиять на нормальный метаболизм лекарств [99]. Итак, мы предполагаем, что микробиота кишечника, сформированная здоровым питанием, повысит эффективность традиционной китайской медицины, но эта гипотеза требует дальнейшего изучения.

    Дальнейшие перспективы могут включать, но не ограничиваются следующими направлениями: прежде всего, должны применяться более продвинутые технические средства, такие как метагеномное секвенирование и стерилизация животных, чтобы лучше выявить взаимосвязь между TCM и микробиотой кишечника.Кроме того, текущие исследования в основном сосредоточены на кишечных бактериях, LPS и SCFA, а дальнейшие исследования могут быть нацелены на кишечные грибы и другие бактериальные метаболиты, такие как BA. Кроме того, результаты исследований на мышах / крысах трудно применить в клинической практике напрямую, и срочно необходимы исследования микробиоты кишечника человека. И последнее и самое важное: больше внимания следует переключить от механизма к применению. С одной стороны, вводить новшества и улучшать традиционную китайскую медицину в направлении индивидуализированной целевой терапии; с другой стороны, попытайтесь объединить лекарственные травы с пробиотиками, пробиотиками или здоровой пищей и разработать новые и более эффективные составные препараты.

    6. Заключение

    Китайские лекарственные травы, применяемые для лечения СД, тесно связаны с регулированием микробиоты кишечника, а оптимизированная микробиота кишечника улучшает метаболизм глюкозы у хозяев, в основном за счет противовоспалительного и антиоксидантного действия, защищая кишечный барьер. и подавление липотоксичности. На следующем этапе необходимо провести дополнительные исследования микробиоты человека и принять индивидуализацию, точность и междисциплинарную интеграцию в качестве целей развития.Короче говоря, микробиота кишечника дает новую возможность выяснить механизм TCM при лечении DM; в то же время фитотерапия — это кладезь потенциальных пребиотиков и требует более глубокого изучения.

    Disclosure

    Boxun Zhang и Rensong Yue являются соавторами.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что нет никаких конфликтов интересов относительно публикации этой статьи.

    Вклад авторов

    Все авторы несли ответственность за дизайн исследования. Boxun Zhang и Rensong Yue внесли равный вклад в эту работу. Подготовили документ Boxun Zhang и Rensong Yue . Юань Чен , Маойи Ян и Сяоин Хуан участвовали в поиске литературы; Jiacheng Shui , Yuliang Peng, и Jiawei Chin контролировали исследование; все авторы одобрили итоговую статью.

    Благодарности

    Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (№81774279) и ключевой научно-исследовательский проект провинции Сычуань (№ 2018SZ0068).

    Сразитесь с ними или накормите их: как слой кишечной слизи управляет кишечной микробиотой | Отчет гастроэнтеролога

    Аннотация

    В кишечном тракте обитает огромное количество микроорганизмов, называемых кишечной микробиотой. Эти микроорганизмы живут в мутуалистических отношениях со своим хозяином и способствуют разложению сложных углеводов.Хотя микробиота кишечника обычно считается полезной, огромное количество микробных клеток также представляет собой постоянную угрозу для хозяина. Таким образом, эпителий кишечника покрыт плотным слоем слизи, чтобы предотвратить перемещение микробиоты кишечника в подлежащие ткани. Кишечная слизь представляет собой организованную сеть гликопротеинов с гликановой структурой, специфичной для хозяина. Хотя слой слизи долгое время считался пассивным барьером, созданным хозяином, недавние исследования показали, что на созревание и функцию слоя слизи сильно влияет микробиота кишечника.В свою очередь, репертуар гликанов муцинов может отобрать отдельные бактерии, ассоциированные со слизистой оболочкой, которые способны связывать или разрушать определенные гликаны муцина в качестве источника питательных веществ. Поскольку слой кишечной слизи находится на важнейшем стыке между хозяином и микробами, его разрушение приводит к вторжению кишечных бактерий, что в конечном итоге может вызвать воспаление и инфекцию. Соответственно, при колите у мышей и людей наблюдается дисфункциональный слой слизи. Более того, недавно было продемонстрировано, что повышенное потребление диеты западного типа с низким содержанием клетчатки в нашем современном обществе вызывает бактериальные дефекты слизистого слоя кишечника.Здесь я рассмотрю текущие знания о взаимодействии между кишечными бактериями и слоем кишечной слизи при здоровье и болезнях. Понимание молекулярных деталей этого взаимодействия между хозяином и микробом может способствовать разработке новых вариантов лечения заболеваний, связанных с дисфункциональным слоем слизи, таких как язвенный колит.

    Введение

    Сообщество кишечных микробов, называемое кишечной микробиотой, живет в мутуалистических отношениях со своим хозяином и производит витамины и другие метаболиты, которые полезны для физиологии хозяина.Однако, хотя эти производные от микробиоты молекулы могут передавать сигналы органам, удаленным от кишечника [1], их микробные продуценты должны содержаться в просвете кишечника. Поскольку микробиота кишечника отделена от хозяина только одним слоем энтероцитов, триллионы бактериальных клеток представляют собой постоянную угрозу. Таким образом, для предотвращения транслокации комменсальных и патогенных микроорганизмов через барьер слизистой оболочки хозяин разработал эффективные защитные механизмы, включая формирование физического слизистого барьера, покрывающего эпителий кишечника.

    Кишечная слизь продуцируется бокаловидными клетками и образует высокоорганизованную сеть гликопротеинов, в основном состоящую из муцина 2 (MUC2), но также содержащую стабильный протеом ядра [2]. Слизистый слой долгое время считался простым лубрикатором, облегчающим прохождение фекального материала по кишечному каналу, но недавний интерес к кишечной микробиоте также привлек внимание исследователей к кишечной слизи. Хотя мы все еще только начинаем понимать функцию и важность слизистого слоя, недавние исследования уже показали, что его взаимодействие с кишечной микробиотой более интенсивно, чем считалось ранее.Более того, наблюдение дефектов слизи при таких заболеваниях, как воспалительное заболевание кишечника [3, 4] и гипергликемия [5], подчеркивает важность этого барьера для физиологии хозяина. Здесь я делаю обзор недавних результатов о взаимодействии между кишечной микробиотой и слоем кишечной слизи при здоровье и болезни.

    Структура слизистой оболочки кишечника

    Кишечная слизь вырабатывается бокаловидными клетками, специализированными секреторными клетками эпителиального слоя.В тонком кишечнике бокаловидные клетки преимущественно локализуются в криптах Либеркюн, но также в меньшем количестве на ворсинах тонкого кишечника. В толстой кишке секретирующие слизь клетки накапливаются в открытии крипт толстой кишки, но также обнаруживаются глубже в криптах и ​​на поверхности толстой кишки. Недавно у мышей в открытии крипты толстой кишки был идентифицирован специализированный подтип «сторожевых» бокаловидных клеток, которые регулируют секрецию слизи в ответ на бактериальные захватчики, которым удалось проникнуть во внутренний слой слизи толстой кишки [6].

    Основным секретируемым белком слизи в кишечнике является MUC2, кодируемый геном MUC2 на хромосоме 11 человека. Этот гелеобразующий гликопротеин состоит из более чем 5100 аминокислот и сильно O-гликозилирован [7], генерируя молекулярную массу около 2,7 МДа на молекулу муцина [8]. Фактически, более 80% его молекулярной массы связано с боковыми цепями олигосахаридов, что объясняет характерные гелеобразующие свойства. Кроме того, специфический для слизи гликановый декор является важной частью его взаимодействия с микробиотой кишечника и будет обсуждаться более подробно ниже.

    Внутри эндоплазматического ретикулума бокаловидных клеток мономеры MUC2 димеризуются через свои С-концевые дисульфидные мостики [9] и впоследствии тримеризуются через межмолекулярные дисульфидные мостики через характерные N-концевые D-домены фон Виллебранда в Гольджи [10]. Эти олигомеры муцина затем плотно упаковываются в секреторные везикулы, где низкий pH, высокая концентрация Ca 2+ и отсутствие воды облегчают организованные условия хранения. Последующая секреция слизи лучше всего охарактеризована в тонком кишечнике: секреция гидрокарбоната (HCO 3 ) каналом трансмембранного регулятора проводимости муковисцидоза (CFTR) приводит к подщелачиванию условий и снижению концентрации Ca 2+ по сравнению с к окружающей среде в гранулах слизи.Эти изменения окружающей среды делают возможным массовое разрастание олигомеров слизи, генерируя 2D, высокоорганизованные листы, которые взаимодействуют с ранее сформированными, создавая трехмерный слой слизи [11, 12]. В то же время гидратация приводит к набуханию слизи, вызывая увеличение объема упакованного муцина в 100–1000 раз [13]. Однако недавние открытия предполагают, что сборка муцина, вероятно, еще более сложна и может также включать молекулы, не являющиеся муцинами: например, присутствие фактора трилистника-3 (TFF3), кератинов и кальций-связывающих белков в препарате нативного муцина может указывать на их значимость. для сборки муцина, даже несмотря на то, что их индивидуальные роли и вклады должны быть проверены экспериментально [14].

    При секреции в тонкий кишечник слизь образует единый слой, который распространяется на кончики ворсинок тонкого кишечника [15]. В то время как только несколько исследований подробно изучали слизь тонкого кишечника, похоже, что у мышей слизь не является полностью непроницаемой для бактерий и высвобождается из эпителия микробной протеазой меприн-β [15, 16]. Учитывая, что тонкий кишечник является метаболически активным органом, который специализируется на поглощении питательных веществ, рыхлая сеть муцина может способствовать поглощению пищевых молекул через эпителиальную границу.Однако, чтобы предотвратить побег условно-патогенных бактерий из окружающей среды просвета, слизь тонкого кишечника заряжается защитными молекулами, сравнимыми с электрическим забором (рис. 1) [17]. Эти антибактериальные белки и пептиды включают, среди прочего, дефенсины, продуцируемые клетками Панета, лизоцим, регенерирующий островковый белок 3α (REG3α; REG3γ у мышей) и фосфолипазу A2-IIA [17–20]. Кроме того, агрегация бактерий индуцируется такими молекулами, как иммуноглобулин А или альфа-дефенсин 6, которые, таким образом, предотвращают пересечение слизистых оболочек за счет исключения размера [21, 22].Следует отметить, что, несмотря на то, что для эффективной защиты хозяина от кишечной микробиоты требуется герметичный физический барьер, в слое слизи обнаруживаются определенные лазейки. Они локализуются в областях над пятнами Пейера, которые представляют собой очаговые структуры, характеризующиеся наличием клеток микроскладок (М) внутри связанного с фолликулом эпителия [23]. Поскольку М-клетки специализируются на взятии проб микробных и пищевых антигенов из просвета кишечника, физический слизистый барьер поверх этих структур проницаем для бактерий или даже может отсутствовать [15, 23].

    Рисунок 1.

    На структуру слизистого слоя влияет микробиота кишечника. Кишечные бактерии отделены от эпителия хозяина слоем кишечной слизи, который усилен защитными молекулами хозяина, такими как дефенсины, домен Ly6 / PLAUR, содержащий белок 8 (LYPD8), белок гранул зимогена 16 (ZG16), регенерирующие белки, происходящие из островков 3 (REG3α / γ) и другие. Присутствие кишечной микробиоты индуцирует экспрессию генов, кодирующих муцин 2 ( Muc2 ) и галактозид 2-альфа-L-фукозилтрансферазу 2 ( Fut2 ), тем самым влияя на прочность слизи и структуру гликанов муцина.Это, в свою очередь, может повлиять на состав кишечной микробиоты, поскольку определенные кишечные бактерии, такие как Bacteroides thetaiotaomicron , могут связывать и метаболизировать гликаны муцина в качестве источника энергии. Распад гликанов приводит к образованию микробных метаболитов, которые не только влияют на дифференцировку бокаловидных клеток, но также через перекрестное питание других видов микробов, например Faecalibacterium prausnitzii . Соответственно, состав микробиоты кишечника влияет на функцию слизи через доступность микробных метаболитов.

    Рисунок 1.

    На структуру слизистого слоя влияет микробиота кишечника. Кишечные бактерии отделены от эпителия хозяина слоем кишечной слизи, который усилен защитными молекулами хозяина, такими как дефенсины, домен Ly6 / PLAUR, содержащий белок 8 (LYPD8), белок гранул зимогена 16 (ZG16), регенерирующие белки, происходящие из островков 3 (REG3α / γ) и другие. Присутствие кишечной микробиоты индуцирует экспрессию генов, кодирующих муцин 2 ( Muc2 ) и галактозид 2-альфа-L-фукозилтрансферазу 2 ( Fut2 ), тем самым влияя на прочность слизи и структуру гликанов муцина.Это, в свою очередь, может повлиять на состав кишечной микробиоты, поскольку определенные кишечные бактерии, такие как Bacteroides thetaiotaomicron , могут связывать и метаболизировать гликаны муцина в качестве источника энергии. Распад гликанов приводит к образованию микробных метаболитов, которые не только влияют на дифференцировку бокаловидных клеток, но также через перекрестное питание других видов микробов, например Faecalibacterium prausnitzii . Соответственно, состав микробиоты кишечника влияет на функцию слизи через доступность микробных метаболитов.

    В толстой кишке слизь характеризуется отчетливым многослойным внутренним слоем, который практически не содержит бактерий, и менее выраженным внешним слоем, который состоит из слизи, кишечных бактерий и пищевых продуктов [24]. Из-за смешивания с содержимым кишечника внешний слой часто трудно наблюдать на срезах ткани толстой кишки или с помощью других методов визуализации. Напротив, внутренний слой слизи толстой кишки отчетливо виден, показывая, что его толщина поддерживается на довольно постоянном уровне: ~ 50–80 мкм у мышей и ~ 100 мкм у людей [4, 15, 24, 25].Поскольку слизь постоянно секретируется на базальном уровне, это указывает на то, что переход от внутреннего слоя к внешнему должен строго регулироваться. В самом деле, кальций-активируемый регулятор хлоридных каналов 1 (CLCA1), который, несмотря на свое название, является металлопротеазой с высоким содержанием в слизи толстой кишки, как недавно было показано, вносит вклад в этот переход [26]. Однако делеция Clca1 у мышей показала, что дополнительные, еще не идентифицированные цистеиновые протеазы могут компенсировать недостаток этого фермента, предполагая уровень избыточности в этом процессе.Опосредуется ли переход между внутренним и внешним слоем слизи только протеазами хозяина, или же бактериальные ферменты могут добавить дополнительный уровень сложности, будет интересным вопросом, который необходимо изучить в будущих исследованиях.

    В отличие от подвздошной кишки, в которой антимикробные пептиды убивают микроорганизмы, которые достигают эпителия, бактерии толстой кишки образуют активный внутренний биореактор, производящий огромное количество метаболитов, включая витамины и короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), которые влияют на физиологию хозяина в основном благотворно [1, 27–31].Следовательно, внутренний биореактор необходимо поддерживать регулируемым образом — следовательно, на достаточном расстоянии от эпителия. Соответственно, эпителий толстой кишки производит меньше антибактериальных пептидов, которые прилипают к слизи, но скорее секретирует пептиды, которые связывают и агрегируют бактерии и, следовательно, ингибируют проникновение бактерий через исключение физического размера и ингибирование подвижности. Примечательно, что, несмотря на относительно макроскопический механизм, эти пептиды довольно специфичны. Недавно было показано, что домен Ly6 / PLAUR, содержащий белок 8 (Lypd8), специфически связывает флагеллированные бактерии и, таким образом, блокирует их подвижность в толстой кишке мышей [32].Кроме того, лектиноподобный белок zymogen granulae protein 16 (ZG16) специфически связывает пептидогликан бактериальной клеточной стенки грамположительных бактерий и тем самым ингибирует их проникновение во внутренний слой слизи толстой кишки [33]. Однако эта система защиты от связывания / агрегации дополняется дополнительными антимикробными пептидами, такими как REG3γ, резистиноподобная молекула β (RELMβ) и другие [19, 34]. Следовательно, слизь в тонком и толстом кишечнике защищает хозяина от кишечной микробиоты с помощью разных, но схожих эффективных механизмов.

    Специфическое взаимодействие между кишечной микробиотой и слоем слизи

    Несмотря на то, что кишечная слизь является барьером против микробиоты кишечника, для ее полной функциональности необходимо присутствие бактерий, как это было показано на стерильных (GF) животных. Ранние гистохимические анализы уже описали более тонкий или местами даже отсутствующий слой слизи в толстой кишке крыс GF [35]. Более того, окрашивание периодической кислотой-Шиффом (PAS) — методика, используемая для окрашивания полисахаридов и гликопротеинов — в том же исследовании выявило структурные различия внутри слоя, поскольку слой слизи толстой кишки выглядел менее плотным у крыс GF по сравнению с крысами, выращенными традиционным способом (рис. 1) [35].Эти данные были дополнены более специфическим окрашиванием лектинов, которое выявило менее интенсивную реактивность на UEA-1 ( Ulex europaeus agglutinin I ; α-L-фукоза) и DBA ( Dolichis biflorus agglutinin ; α-N-Acetyl-D -галактозамин) инкубация бокаловидных клеток в слепой кишке, но не в тонком или толстом кишечнике мышей GF [36]. Хотя это указывает на то, что концевые остатки гликана в слепой кишке мышей GF отличаются от их обычных аналогов, секретируемая слизь в этом исследовании не анализировалась.Важно, однако, наблюдение, что гликозилирование муцина различается уже внутриклеточно до секреции слизи, предполагает, что не только бактериальная деградация конкретных гликанов слизи (см. Ниже), но также опосредованные бактериями процессы хозяина вносят вклад в фукозилирование слизи. Эта гипотеза подтверждается данными, сравнивающими фукозилированные гликоконъюгаты между GF и мышами, выращенными традиционным способом: в тонком кишечнике колонизированные мыши демонстрировали возрастающий градиент фукозилированных эпитопов в энтероцитах, клетках Панета и бокаловидных клетках, тогда как фукозилирование в тонком кишечнике у мышей GF могло быть только обнаружен в клетках Панета на дне крипт Либеркюн [37].Дальнейшие эксперименты показали, что микробиота специфически индуцирует экспрессию фукозилтрансфераз хозяина, которые добавляют L-фукозу в α-1,2 положении [37].

    В то время как сравнение между взрослыми GF и грызунами, выращиваемыми традиционным способом, показывает четкую разницу в толщине и составе слизи [35, 36, 38, 39], модель GF на мышах представляет собой крайний случай естественной ситуации, в которой кишечник новорожденного становится после рождения колонизированы отдельной микробной популяцией. Интересно, что хотя экспрессия генов муцина мыши Muc1-4 увеличивалась между 1 и 6 днями постнатального периода даже в отсутствие микробиоты [40], присутствие сложной микробиоты приводило к более высокой базовой экспрессии гена, кодирующего секретируемый MUC2. , но не мембраносвязанных муцинов 1, 3 и 4.Напротив, мыши, моноколонизированные пробиотическими бактериальными штаммами Lactobacillus acidophilus NCFM или Escherichia coli Nissle 1917, демонстрировали сходную экспрессию Muc2 по сравнению с уровнем мышей GF [40]. Это указывает на то, что другие члены сложного микробного сообщества необходимы для стимуляции экспрессии Muc2 или что потенциальное метаболическое взаимодействие между видами микробов необходимо для выработки сигнала, индуцирующего Muc2 .

    Поскольку экспрессия мРНК Muc2 не полностью соответствует продукции MUC2, а функция слизи в значительной степени регулируется на посттрансляционном уровне, анализа экспрессии Muc2 недостаточно для полной оценки функции слизистого слоя кишечника [12]. Таким образом, содержание белка MUC2 и, используя метод ex vivo для исследования функции слизи на живых тканях [25], исследовали толщину слизи и проницаемость слизи у мышей GF после колонизации сложным микробным сообществом [41].Мыши GF имели проницаемый слой слизи внутренней толстой кишки, который содержал более низкое относительное содержание белка MUC2 по сравнению с мышами, выращиваемыми традиционным способом. Примечательно, что толщина внутреннего слоя слизи толстой кишки не различалась между двумя группами мышей при использовании этого метода ex vivo , но, поскольку проницаемая слизь, которая содержит более низкую концентрацию белка MUC2, возможно, сжимается больше, чем неповрежденный слой во время фиксации. [42], эти результаты, вероятно, описывают тот же биологический дефект, который наблюдался в фиксированных срезах ткани [38, 39, 43].После того, как мыши GF были колонизированы сложным микробным сообществом, слизистому слою толстой кишки требовалось около 5 недель, чтобы стать непроницаемым — столько же времени, сколько необходимо для нормального отделения слизи тонкого кишечника от кишечного эпителия [41].

    Несмотря на наличие основного сообщества кишечной микробиоты, которое наблюдается у большинства людей, существуют значительные различия в микробном составе кишечника между отдельными хозяевами [44–48]. Учитывая решающее влияние микробиоты кишечника на функцию слизи [41], неудивительно, что различия в составе микробиоты влияют на свойства слизи.Соответственно, в двух колониях мышей, которые были размещены в разных комнатах одного и того же помещения для животных, одна колония показывала нормальный непроницаемый внутренний слой слизи толстой кишки, в то время как вторая колония имела проницаемую слизь. Это различие может быть связано со специфическим составом микробиоты кишечника, поскольку фенотип слизи передавался мышам GF при трансплантации микробиоты слепой кишки [49]. Однако, хотя наблюдались различия в микробном составе между двумя колониями мышей, сильные межиндивидуальные различия в колониях мышей не позволяли причинно связать определенные бактериальные таксоны с функцией слизи.Следовательно, хотя очевидно, что состав микробного сообщества влияет на функцию слизи, эффекты конкретных членов кишечного микробного сообщества в значительной степени неизвестны, а влияние на функцию слизи может зависеть от структуры сообщества, а не от отдельных таксонов. Однако все больше данных свидетельствует о том, что определенные штаммы бактерий обладают более сильным потенциалом, чем другие, влиять на функцию слизи (см. Ниже).

    Следует отметить, что анализы кишечной микробиоты и трансплантации микробиоты часто сосредотачиваются на членах бактериального сообщества, игнорируя потенциальное влияние вирусов и грибов, которые также пересаживаются в сложные сообщества.В частности, было показано, что бактериофаги — специфические для бактерий вирусы, которые населяют кишечник в большом разнообразии [50], локализуются на поверхности слизистых оболочек и особенно обогащены слизью по сравнению с окружающей средой [51]. Согласно предложенной модели «прилипания бактериофага к слизи» (BAM), фаги могут прикрепляться к остаткам гликана гликопротеинов муцина посредством взаимодействия с Ig-подобными доменами их белков капсида вируса, тем самым формируя дополнительный независимый от хозяина антимикробный щит против кишечника. микробиота [51].Наблюдение за тем, что вирусный состав в кишечнике пациентов с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК) отличается от здоровых людей, в основном за счет увеличения бактериофагов Caudovirales, дополнительно подтверждает важность сложного фаго-бактериального взаимодействия в кишечнике, которое важно для здоровья. и болезнь [52, 53].

    Гликаны слизи как источник энергии для кишечной микробиоты

    О-связанных олигосахаридов составляют около 80% от общей молекулярной массы кишечной слизи [7, 54].Поскольку селективные кишечные бактерии могут разлагать гликаны слизи в качестве источника энергии [39, 55, 56], вполне вероятно, что на видоспецифический состав кишечной микробиоты влияет профиль гликозилирования слизистого слоя, который также различается у разных видов [54 , 57–60]. В поддержку этой теории, мыши, у которых отсутствует экспрессия производных ядра 1 O-гликанов, имеют тонкие различия микробиоты в просвете слепой кишки [61]. Однако, поскольку паттерн гликозилирования слизи скорее влияет на бактерии, связанные со слизистой оболочкой, можно предположить, что микробная популяция слизистой оболочки кишечника будет затронута в большей степени.Действительно, у людей экспрессия галактозид 2-α-L-фукозилтрансферазы 2 (FUT2), кодируемая геном FUT2 (секретор), как было показано, влияет на состав кишечной микробиоты, связанный со слизистой оболочкой толстой кишки [62]. FUT2 передает концевой остаток фукозы гликопротеинам слизистого слоя и других секретов организма и отвечает за экспрессию антигенов группы гистокрови ABO [63]. Нонсенс-мутация в гене FUT2 , которая инактивирует фермент и приводит к «несекреторному» фенотипу, была связана с болезнью Крона [64, 65].Более того, взаимодействие между болезнью Крона и генотипом секретора было связано с изменениями в бактериальных сообществах: на уровне вида (идентичность ≥97%) одна операционная таксономическая единица (OTU) связана с Lactobacillus и две OTU связаны с Stenotrophomonas были более многочисленны среди здоровых секреторных генотипов, в то время как пять ОТЕ, принадлежащих к Prevotella , Brevundimonas , Sutterella , Faecalibacterium и неклассифицированному Lachnospiraceae, были связаны с несекреторными болезнями.Напротив, три ОТЕ, принадлежащие к Alistipes , Coprococcus и неклассифицированному Lachnospiraceae, были более многочисленны у несекреторных индивидуумов с болезнью Крона [62]. Это говорит о том, что сочетание определяемой генотипом структуры гликанов и статуса заболевания может повлиять на микробное сообщество кишечника на слизистой оболочке кишечника. Однако снижение численности бифидобактерий, о котором сообщалось в образцах стула несекреторов в когорте из 79 финнов [66], не могло быть подтверждено при тестировании более крупных когорт [67, 68].Тем не менее, в соответствии с ранее упомянутым исследованием на мышах [61], ясно, что генотип FUT2 влияет только на микробное сообщество, связанное со слизистой оболочкой, и не модулирует состав фекальной микробиоты, который был проанализирован в больших когортах.

    Было продемонстрировано, что взаимодействие между структурой гликанов слизи и составом кишечной микробиоты является более систематическим, чем считалось ранее: в эпохальном исследовании Брай и его коллеги [37] обнаружили, что Bacteroides thetaiotaomicron ( B.theta ), обычный представитель нормальной кишечной микробиоты мыши и человека, способен индуцировать фукозилирование в подвздошной кишке мыши (рис. 1). Примечательно, что индукция фукозилтрансфераз хозяина с помощью B. theta регулировалась фактической концентрацией фукозы хозяина [69] и отсутствовала у изогенного бактериального мутанта, который был неспособен метаболизировать L-фукозу в качестве источника энергии [37]. Это указывает на то, что B. theta индуцирует фукозилирование слизистой оболочки, чтобы создать свою собственную нишу, обеспечивающую питательные вещества.Хотя этот феномен иллюстрирует взаимодействие bona fide хозяин-микроб, молекулярный сигнал, который стимулирует эпителиальные фукозилтрансферазы, остается неизвестным, но включает передачу сигналов через регулируемые внеклеточными сигналами киназы (ERK) и пути передачи сигнала N-концевых киназ c-Jun (JNK). в слизистой оболочке кишечника [70].

    Помимо воздействия на фукозилирование слизи, B. theta также способствует дифференцировке бокаловидных клеток, стимулируя секреторную линию в эпителии толстой кишки крыс — эффект, опосредованный ацетатом SCFA [71].Кроме того, присутствие B. theta приводило к повышенной экспрессии гликанов, несущих остатки сиаловой кислоты гликанов слизи, тогда как экспрессия сульфатированных и нейтральных олигосахаридов снижалась. Интересно, что когда моноколонизированных крыс B. theta- были дополнены Faecalibacterium prausnitzii , потребителем ацетата и продуцентом бутирата, увеличение дифференцировки бокаловидных клеток и изменение гликанового профиля слизи прекратилось [71]. Следовательно, это исследование ясно показало, что не вся слизь создается одинаково, но вместо этого присутствие бактерий, а точнее присутствие и относительное количество определенных бактерий, формирует гликановый профиль слизистого слоя (рис. 1).

    Микробиота кишечника разрушает пищевые субстраты, которые не метаболизируются и не поглощаются тонкой кишкой и, таким образом, достигают просвета толстой кишки. Эти пищевые субстраты представляют собой в основном полисахариды растительного происхождения, для которых хозяин имеет лишь ограниченный ферментный репертуар, состоящий примерно из 17 углеводно-активных ферментов (CAZymes) [72]. Напротив, генетический репертуар кишечной микробиоты человека (кишечного микробиома) кодирует по крайней мере 89 семейств CAZyme, что предполагает способность расщеплять широкий спектр углеводов [72, 73].Фактически, протеом B. theta сам по себе включает, по крайней мере, 172 гликозилгидролазы, тем самым превышая возможности многих других секвенированных кишечных микробиоты [74]. Примечательно, что распространенность CAZymes в микробиоте кишечника, как было установлено, зависит от географического положения и возраста, что позволяет предположить, что адаптация, зависящая от диеты, возможна [72].

    В то время как пищевые углеводы являются основным источником питательных веществ для микробиоты кишечника, слой слизи является альтернативным источником гликанов, полученных из организма хозяина, и способствует колонизации и сохранению бактерий в кишечнике человека [55, 75, 76].Такая метаболическая гибкость особенно очевидна и полезна для микробов, когда в рационе отсутствуют сложные углеводы или углеводы, доступные для микробиоты (МАК [77]), о чем свидетельствуют исследования по изучению метаболизма гликанов B. theta у новорожденных мышей. [78] или у мышей, которых кормили диетой, лишенной пищевых волокон [79]. Возможность переключения с пищевых гликанов на гликаны, полученные от хозяина, соответственно определяет, какая кишечная микробиота может сохраняться в кишечнике, когда диетические МАК недостаточны.

    Среди синтетического сообщества, состоящего из 13 видов кишечных микробов человеческого происхождения, которые охватывают представителей доминирующих типов в кишечнике человека, было обнаружено, что Akkermansia muciniphila и Barnesiella кишечника являются специалистами по слизи и питаются исключительно муцином O- гликаны. Напротив, B. theta и Bacteroides caccae продемонстрировали метаболическую гибкость, упомянутую выше, и поэтому были названы универсальными слизистыми, которые могут питаться различными полисахаридами [39].Примечательно, что когда мышей, которые были колонизированы этим синтетическим сообществом, были переведены с диеты, богатой клетчаткой, на диету без клетчатки, экспрессия и активность CAZymes отреагировали увеличением ферментов, нацеленных на слизь, и уменьшением ферментов, нацеленных на клетчатку. Как следствие, у мышей, получавших диету без клетчатки, уменьшилась толщина слизистого слоя толстой кишки, что увеличило восприимчивость к инфекции кишечным патогеном слизистой оболочки мыши Citrobacter rodentium (рис. 2) [39]. Следует отметить, что мыши с дефектом основного белка слизи MUC2 (Muc2 / ) были одинаково восприимчивы к C.rodentium [80], которая напоминает инфицирование человека энтеропатогенной E. coli (EPEC) и энтерогеморрагической E. coli (EHEC) [81]. Таким образом, параллель между зависимой от диеты дестабилизацией слизистого слоя и отсутствием MUC2 указывает на решающую роль микробиоты кишечника в формировании защитного слизистого экрана против инфекции кишечными патогенами.

    Рисунок 2.

    Дефекты слизистой оболочки кишечника усугубляют кишечную инфекцию и воспаление.Рационы, в которых отсутствуют углеводы, доступные для микробиоты, содержащиеся в пищевых волокнах, заставляют микробные организмы кишечника разрушать гликаны слизистого слоя кишечника (что показано более светлым цветом слизи), тем самым снижая прочность слизи. Дефектный слой слизи увеличивает риск кишечных инфекций, например, мышиного патогена Citrobacter rodentium. Дефект слизи, вызванный диетой, можно предотвратить с помощью определенных кишечных бактерий, таких как Bifidobacterium longum . Во время колита (изображенного ярко-красными эпителиальными клетками) повышенная экспрессия резистиноподобной молекулы β (Relmβ) индуцирует выработку антимикробного белка, регенерирующего островковый белок 3β (REG3β), который снижает количество полезных видов Lactobacillus .Соответственно, применение Lactobacillus может уменьшить колит. В слизи пациентов с воспалительным заболеванием кишечника наблюдается повышенное количество разлагающей слизь бактерии Ruminococcus gnavus , в то время как дефектный слой слизи может привести к повышенной транслокации бактериального липополисахарида, тем самым способствуя метаболическим заболеваниям.

    Рисунок 2.

    Дефекты слизистой оболочки кишечника усугубляют кишечную инфекцию и воспаление.Рационы, в которых отсутствуют углеводы, доступные для микробиоты, содержащиеся в пищевых волокнах, заставляют микробные организмы кишечника разрушать гликаны слизистого слоя кишечника (что показано более светлым цветом слизи), тем самым снижая прочность слизи. Дефектный слой слизи увеличивает риск кишечных инфекций, например, мышиного патогена Citrobacter rodentium. Дефект слизи, вызванный диетой, можно предотвратить с помощью определенных кишечных бактерий, таких как Bifidobacterium longum . Во время колита (изображенного ярко-красными эпителиальными клетками) повышенная экспрессия резистиноподобной молекулы β (Relmβ) индуцирует выработку антимикробного белка, регенерирующего островковый белок 3β (REG3β), который снижает количество полезных видов Lactobacillus .Соответственно, применение Lactobacillus может уменьшить колит. В слизи пациентов с воспалительным заболеванием кишечника наблюдается повышенное количество разлагающей слизь бактерии Ruminococcus gnavus , в то время как дефектный слой слизи может привести к повышенной транслокации бактериального липополисахарида, тем самым способствуя метаболическим заболеваниям.

    Помимо защиты от кишечных патогенов, защита от триллионов комменсальных кишечных бактерий является не менее важной задачей для кишечной слизи.Действительно, кормление гнотобиотических мышей диетой, не содержащей МАК, привело к истончению слизистого слоя толстой кишки и, как следствие, к увеличению близости комменсальных кишечных бактерий к слизистой оболочке [38]. Это сопровождалось усилением продукции антибактериальной защитной молекулы REG3β в подвздошной кишке. Примечательно, что аналогичная повышающая регуляция Reg3β и Reg3γ наблюдалась в тонком и толстом кишечнике мышей Muc2 / , у которых отсутствует защитный слизистый барьер и в конечном итоге развивается колит [4, 82].Таким образом, эти исследования дополнительно демонстрируют, что отсутствие пищевых МАК может привести к пагубным изменениям слизистого слоя, что в конечном итоге может вызвать кишечные заболевания.

    В недавнем исследовании мы смогли показать, что соблюдение диеты западного образца (WSD) — диеты с высоким содержанием насыщенных жирных кислот и сахарозы, но с низким содержанием пищевых волокон — привело к увеличению проницаемости слизистого слоя толстой кишки [83] . Хотя это частично можно объяснить микробной деградацией гликанов хозяина [38, 39, 55], мы также обнаружили меньше белка MUC2 в слизи толстой кишки мышей, получавших WSD, по сравнению со слизью мышей, получавших контрольную диету [ 83].Это указывает на то, что проникновение кишечных бактерий в слой слизи может быть связано с усилением деградации бактериальных гликанов, но также может быть вызвано дефектом хозяина, который приводит к снижению продукции, секреции или сборки муцина MUC2.

    Здоровый внутренний слизистый слой толстой кишки расширяется по направлению к просвету кишечника со скоростью около 2 мкм / мин («скорость роста слизи»), тем самым активно отталкивая кишечную микробиоту от эпителиальной поверхности [25]. Однако при кормлении WSD эта скорость роста снизилась примерно до 0.5 мкм / мин — дефект, который можно предотвратить, добавив к WSD трансплантат микробиоты от мышей, получавших контрольную диету, богатую клетчаткой, или даже с одним пробиотиком штамма Bifidobacterium longum [83]. Следовательно, обусловленные диетой изменения микробиоты кишечника привели к дефектам слизистого слоя, которые, вероятно, вызваны комбинацией факторов хозяина и микробов (рис. 2).

    Взаимодействие микробиоты и слизи и значение для болезни

    MUC2-дефицитные мыши неспособны предотвратить контакт кишечной микробиоты с эпителием хозяина.Соответственно, у этих мышей развивается спонтанный колит и усиленное распространение инфекции C. rodentium толстой кишки, что подчеркивает вклад слизистого слоя в заболевание кишечника [4, 80, 84]. Точно так же у людей слизь пациентов с язвенным колитом, самоограничивающимся колитом и острым аппендицитом была проницаема для бактерий и выявляла уменьшенную толщину слизи, которая коррелировала с тяжестью заболевания [3, 4, 85]. Более того, у пациентов с ВЗК было обнаружено повышенное количество прилипающих к слизистой оболочке бактерий по сравнению со здоровым контролем или пациентами с синдромом раздраженного кишечника (СРК) [86].Соответственно, характеристика бактерий, связанных со слизистой оболочкой, является лучшим предиктором фенотипа заболевания, чем анализ состава фекальной микробиоты [87].

    В то время как изменения в составе кишечной микробиоты у пациентов с ВЗК наблюдались в нескольких больших и малых когортах, методологические различия, когортная гетерогенность и повышенные колебания микробиома у пациентов с ВЗК не смогли идентифицировать конкретные общие микробные таксоны, которые были связаны с любой из форм IBD [88–91].Тем не менее, недавнее продольное исследование микробиоты стула у пациентов с ВЗК на срок до 12 месяцев выявило новую кладу Ruminococcus gnavus , которая временно обогащалась у пациентов с ВЗК [91]. Следует отметить, что при исследовании специфических геномных адаптаций клады R. gnavus , авторы идентифицировали гены, участвующие в утилизации слизи и сахара исключительно в IBD-специфической кладе R. gnavus (Рис. 2). Такая специфичность путей разложения слизи у R.gnavus соответствует предыдущему исследованию, в котором анализировалось разложение слизи и использование двух штаммов R. gnavus человеческого происхождения : только штамм ATCC 29149, но не E1, мог расти на муцине как единственном источнике углеводов — особенность это может быть связано с присутствием специфической сиалидазы и фукозидаз [92].

    Бактериальная деградация муцина, превышающая обновление слизи хозяином, является очевидным фактором, который приводит к дисфункции барьера и, вероятно, способствует развитию болезни.Однако недавние исследования показывают, что самого проницаемого или отсутствующего слоя слизи может быть недостаточно, чтобы вызвать заболевание. Например, в отсутствие MUC2 повышенная экспрессия гена Retnlb (кодирующего RELMβ) индуцировала продукцию антимикробного белка REG3β, что уменьшало количество полезных видов Lactobacillus [93]. Соответственно, применение двух лактобацилл, полученных от мышей, но не коммерческой смеси пробиотиков, содержащей три штамма Lactobacillus человеческого происхождения, может уменьшить колит у мышей Muc2 , /, (рис. 2).Хотя у мышей, получавших Lactobacillus , было повышено количество SCFA в толстой кишке, необходимо определить, действительно ли эти органические кислоты способствуют облегчению колита, особенно потому, что сравнение со штаммами Lactobacillus человеческого происхождения демонстрирует, что модуляция барьерной функции слизистой оболочки является существенной. штамм-специфичный. Аналогичным образом было показано, что два штамма Lactobacillus reuteri , полученные от крысы или человека, увеличивают толщину внутреннего слоя слизи на мышиной модели химически индуцированного колита с сульфатом натрия (DSS) — эффект, который сопровождался сниженной экспрессией маркеры воспаления и повышенная экспрессия белков плотного соединения [94].

    Подобный эффект увеличения толщины слизи недавно наблюдался у крыс после применения штамма Bifidobacterium pseudolongum Patronus, который был выделен из стула крыс, получавших антибиотики [95]. Анализ микробиоты у этих крыс выявил относительное снижение A. muciniphila , который, несмотря на его специфическую способность разлагать слизь [39, 96], считается полезным обитателем кишечника [43, 97]. Таким образом, неясно, связано ли улучшение толщины слизи с увеличением численности Bifidobacterium или с уменьшением разложения слизи на A.Муцинифила . Следует отметить и вопреки ожиданиям, введение A. muciniphila мышам, получавшим диету с высоким содержанием жиров, привело к увеличению толщины слизи в толстой кишке [43]. Поскольку такой результат не наблюдался у мышей, получавших контрольную диету, влияние A. muciniphila на разложение слизи и, следовательно, толщину слизи может зависеть от контекста и особенно от диеты. Кроме того, мы недавно показали, что применение пробиотика B.longum может предотвратить дефект роста слизи у мышей, получавших WSD [83]. Более того, обогащение WSD с низким содержанием клетчатки инулином из пищевых волокон, который, как известно, способствует росту Bifidobacterium [98, 99], предотвращает проницаемость слизи в нашем анализе слизи ex vivo . Таким образом, хотя молекулярный механизм до сих пор неясен, возможно, что отдельные метаболические или структурные компоненты конкретных штаммов Bifidobacterium и / или Lactobacillus предотвращают заболевание кишечника, модулируя функцию слизистого слоя.

    Микробиота кишечника влияет не только на физиологию кишечника, но и передает сигнал отдаленным органам, тем самым влияя на метаболизм всего тела [29, 83]. Таким образом, кишечные бактерии были идентифицированы как фактор, способствующий метаболическим заболеваниям, а дефектный барьер слизистой оболочки кишечника может быть решающим связующим звеном между хозяином и микробами [100–104]. Действительно, транслокация липополисахарида бактериального эндотоксина (ЛПС) из кишечника вызывает воспаление жировой ткани, и люди и мыши с ожирением имеют повышенные уровни ЛПС в плазме (рис. 2) [102, 104, 105].

    Без сомнения, потребление WSD с высоким содержанием сахара и жира способствует метаболическим заболеваниям, но, в то же время, нарушение функции кишечной слизи наблюдалось в нескольких исследованиях, как описано выше. Кроме того, было показано, что обычные диетические эмульгаторы, такие как карбоксиметилцеллюлоза и полисорбат-80, вызывают легкое воспаление, метаболический синдром и колит на модели восприимчивых мышей посредством модуляции микробиоты кишечника [106]. Даже у людей в недавнем исследовании было обнаружено повышенное количество неопознанных кишечных бактерий в слизи пациентов с нарушенным метаболизмом глюкозы по сравнению с контрольной группой [5].Хотя эта ассоциация предполагает критическую роль неповрежденного слизистого барьера для метаболизма глюкозы, необходимы дальнейшие исследования, чтобы продемонстрировать, что дисфункциональный слизистый слой действительно способствует метаболическим изменениям у людей.

    Заключение и перспектива

    Слой кишечной слизи отделяет микробиоту кишечника от организма хозяина, и накопленные данные свидетельствуют о том, что нарушение этого противоинфекционного барьера способствует развитию таких заболеваний, как колит и метаболические заболевания.Хотя изменения в составе кишечной микробиоты были связаны с этими заболеваниями, молекулярные детали еще предстоит идентифицировать.

    В последние годы в нескольких исследованиях было обнаружено, что микробиота кишечника влияет на физиологию и функцию слизистого слоя. После того, как предыдущие, в основном ассоциативные, исследования наблюдали корреляции между структурой слизи и конкретными микробными сообществами кишечника, текущие анализы исследуют вклад изолированных бактерий на функцию слизи. Эти исследования показали, что микробная модуляция функции слизи не определяется на уровне вида, но что микробная характеристика требует разрешения, по крайней мере, на уровне штамма.Поскольку микробиота кишечника представляет собой сложное сообщество, на которое влияют факторы окружающей среды, эти внешние факторы также необходимо учитывать. Здесь состав рациона и, в частности, изобилие пищевых волокон является критическим фактором, влияющим на то, как индивидуальная микробиота кишечника взаимодействует со слоем слизи.

    Нацеливание на микробиоту кишечника для улучшения барьерной функции слизистых оболочек является основной целью исследований в этой области. Таким образом, слой кишечной слизи как решающий интерфейс между хозяином и микробами является многообещающей мишенью, которая только недавно стала предметом внимания.Соответственно, определение молекулярного механизма — почему отдельные кишечные бактерии вызывают полезные, укрепляющие барьеры эффекты, а другие, близкородственные штаммы — нет, — может быть использовано для разработки будущих пробиотиков следующего поколения. Более того, обогащение полезной микробиоты за счет целенаправленных диетических вмешательств может обеспечить дополнительный подход к лечению или даже профилактике желудочно-кишечных заболеваний в будущем.

    Благодарности

    Б.ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. благодарит Рози Перкинс за ценные отзывы редакторов о рукописи и Анну Халлен за отличную помощь с графическими иллюстрациями.

    Финансирование

    B.O.S. поддерживается долгосрочной стипендией программы Human Frontier Science Program (LT000109 / 2014).

    Заявление о конфликте интересов: Не заявлено.

    Список литературы

    1

    Schroeder

    BO

    ,

    Bäckhed

    F.

    Сигналы от микробиоты кишечника к отдаленным органам в физиологии и болезнях

    .

    Nat Med

    2016

    ;

    22

    :

    1079

    89

    ,2

    Родригес-Пиньейро

    AM

    ,

    Bergström

    JH

    ,

    Ermund

    A

    et al.

    Исследования слизи в желудке, тонком и толстом кишечнике мышей. II. Протеом слизи желудочно-кишечного тракта обнаруживает Muc2 и Muc5ac, сопровождаемые набором основных белков

    .

    Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol

    2013

    ;

    305

    :

    G348

    56

    .3

    Swidsinski

    A

    ,

    Loening-Baucke

    V

    ,

    Theissig

    F

    et al.

    Сравнительное исследование слизистого барьера кишечника нормальной и воспаленной толстой кишки

    .

    Гут

    2007

    ;

    56

    :

    343

    50

    .4

    Johansson

    MEV

    ,

    Gustafsson

    JK

    ,

    Holmén-Larsson

    J

    et al.

    Бактерии проникают через обычно непроницаемый внутренний слой слизи ободочной кишки как в моделях мышиного колита, так и у пациентов с язвенным колитом

    .

    Кишечник

    2014

    ;

    63

    :

    281

    91

    .5

    Chassaing

    B

    ,

    Raja

    SM

    ,

    Lewis

    JD

    et al.

    Посягательство микробиоты толстой кишки коррелирует с дисгликемией у людей

    .

    Cell Mol Gastroenterol Hepatol

    2017

    ;

    4

    :

    205

    21

    .6

    Birchenough

    GMH

    ,

    Nyström

    EEL

    ,

    Johansson

    MEV

    et al.

    Сторожевые бокаловидные клетки охраняют крипту толстой кишки, запуская Nlrp6-зависимую секрецию Muc2

    .

    Наука

    2016

    ;

    352

    :

    1535

    42

    ,7

    Allen

    A

    ,

    Hutton

    DA

    ,

    Pearson

    JP.

    Продукт гена MUC2: муцин кишечника человека

    .

    Int J Biochem Cell Biol

    1998

    ;

    30

    :

    797

    801

    ,8

    Axelsson

    MAB

    ,

    Asker

    N

    ,

    Hansson

    GCO.

    Гликозилированный мономер и димер MUC2 из клеток LS 174T растворимы в воде, тогда как более крупные виды MUC2, образовавшиеся на ранней стадии биосинтеза, нерастворимы и содержат невосстанавливаемые межмолекулярные связи

    .

    J Biol Chem

    1998

    ;

    273

    :

    18864

    70

    .9

    Asker

    N

    ,

    Axelsson

    MAB

    ,

    Olofsson

    S-O

    et al.

    Димеризация муцина MUC2 человека в эндоплазматическом ретикулуме сопровождается зависимым от N-гликозилированием переносом моно- и димеров в аппарат Гольджи

    .

    J Biol Chem

    1998

    ;

    273

    :

    18857

    63

    .10

    Godl

    K

    ,

    Johansson

    MEV

    ,

    Lidell

    ME

    et al.

    N-конец муцина MUC2 образует тримеры, которые удерживаются вместе внутри резистентного к трипсину фрагмента ядра

    .

    J Biol Chem

    2002

    ;

    277

    :

    47248

    56

    .11

    Ambort

    D

    ,

    Johansson

    MEV

    ,

    Gustafsson

    JK

    et al.

    Зависящая от кальция и pH упаковка и высвобождение гелеобразующего муцина MUC2

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2012

    ;

    109

    :

    5645

    50

    .12

    Johansson

    MEV

    ,

    Hansson

    GC.

    Иммунологические аспекты кишечной слизи и муцинов

    .

    Nat Rev Immunol

    2016

    ;

    16

    :

    639

    49

    ,13

    McGuckin

    MA

    ,

    Hasnain

    SZ.

    Бокаловидные клетки как стражи слизистой оболочки иммунитета

    .

    Mucosal Immunol

    2017

    ;

    10

    :

    1118

    21

    .14

    Мелдрам

    OW

    ,

    Якубов

    GE

    ,

    Bonilla

    MR

    et al.

    Сборка муцинового геля контролируется коллективным действием немуциновых белков, дисульфидных мостиков, Ca 2+ -опосредованных связей и водородных связей

    .

    Sci Rep

    2018

    ;

    8

    :

    5802.

    15

    Ermund

    A

    ,

    Schütte

    A

    ,

    Johansson

    MEV

    et al.

    Исследования слизи в желудке, тонком и толстом кишечнике мышей. I. Слои слизи желудочно-кишечного тракта имеют разные свойства в зависимости от местоположения, а также от пятен Пейера

    .

    Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol

    2013

    ;

    305

    :

    G341

    7

    .16

    Schütte

    A

    ,

    Ermund

    A

    ,

    Becker-Pauly

    C

    et al.

    Микробиологическое расщепление меприна β в муцине MUC2 и функциональный канал CFTR необходимы для высвобождения заякоренной слизи тонкой кишки

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2014

    ;

    111

    :

    12396

    401

    .17

    Meyer-Hoffert

    U

    ,

    Hornef

    MW

    ,

    Henriques-Normark

    B

    et al.

    Секретируемое кишечное противомикробное действие локализуется в поверхностном слое слизи

    .

    Кишечник

    2008

    ;

    57

    :

    764

    71

    . 18

    Bevins

    CL

    ,

    Salzman

    NH.

    Клетки Панета, антимикробные пептиды и поддержание гомеостаза кишечника

    .

    Nat Rev Microbiol

    2011

    ;

    9

    :

    356

    68

    .19

    Вайшнава

    S

    ,

    Yamamoto

    M

    ,

    Severson

    KM

    et al.

    Антибактериальный лектин RegIIIgamma способствует пространственному разделению микробиоты и хозяина в кишечнике

    .

    Наука

    2011

    ;

    334

    :

    255

    8

    .20

    Loonen

    LM

    ,

    Stolte

    EH

    ,

    Jaklofsky

    MT

    et al.

    Мыши с дефицитом REG3γ изменили распределение слизи и увеличили воспалительные реакции слизистой оболочки на микробиоту и кишечные патогены в подвздошной кишке

    .

    Mucosal Immunol

    2014

    ;

    7

    :

    939

    47

    ,21

    Moor

    K

    ,

    Diard

    M

    ,

    Sellin

    ME

    et al.

    IgA с высокой авидностью защищает кишечник, сковывая растущие бактерии

    .

    Природа

    2017

    ;

    544

    :

    498

    502

    .22

    Chu

    H

    ,

    Pazgier

    M

    ,

    Jung

    G

    и др.

    Человеческий α-дефенсин 6 способствует врожденному иммунитету слизистых оболочек посредством самособирающихся пептидных наносетей

    .

    Наука

    2012

    ;

    337

    :

    477

    81

    .23

    Mowat

    AM.

    Анатомические основы толерантности и иммунитета к кишечным антигенам

    .

    Nat Rev Immunol

    2003

    ;

    3

    :

    331

    41

    .24

    Johansson

    MEV

    ,

    Phillipson

    M

    ,

    Petersson

    J

    et al.

    Внутренний из двух слоев слизи, зависимой от Muc2 в толстой кишке, лишен бактерий

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2008

    ;

    105

    :

    15064

    9

    .25

    Gustafsson

    JK

    ,

    Ermund

    A

    ,

    Johansson

    MEV

    et al.

    Метод ex vivo для изучения образования, свойств и толщины слизи в биоптатах толстой кишки человека и эксплантатах тонкого и толстого кишечника мышей

    .

    Am J Physiol-Gastrointest Liver Physiol

    2012

    ;

    302

    :

    G430

    8

    .26

    Nyström

    EEL

    ,

    Birchenough

    GMH

    ,

    van der Post

    S

    et al.

    Активированный кальцием регулятор хлоридных каналов 1 (CLCA1) контролирует распространение слизи в толстой кишке за счет протеолитической активности

    .

    EBioMedicine

    2018

    ;

    33

    :

    134

    43

    .27

    Лам

    B

    ,

    Ричард

    ML

    ,

    Leducq

    V

    et al.

    CARD9 воздействует на колит, изменяя метаболизм триптофана кишечной микробиотой в лиганды рецепторов арилуглеводородов

    .

    Nat Med

    2016

    ;

    22

    :

    598

    605

    . 28

    Zelante

    T

    ,

    Iannitti

    RG

    ,

    Cunha

    C

    et al.

    Катаболиты триптофана из микробиоты взаимодействуют с рецепторами арилуглеводородов и уравновешивают реактивность слизистой оболочки через интерлейкин-22

    .

    Иммунитет

    2013

    ;

    39

    :

    372

    85

    ,29

    Ко

    A

    ,

    De Vadder

    F

    ,

    Kovatcheva-Datchary

    P

    et al.

    От пищевых волокон к физиологии хозяина: короткоцепочечные жирные кислоты как ключевые бактериальные метаболиты

    .

    Ячейка

    2016

    ;

    165

    :

    1332

    45

    .30

    Donia

    MS

    ,

    Fischbach

    MA.

    Небольшие молекулы микробиоты человека

    .

    Наука

    2015

    ;

    349

    :

    1254766.

    31

    Dodd

    D

    ,

    Spitzer

    MH

    ,

    Treuren

    WV

    et al.

    Бактериальный путь кишечника метаболизирует ароматические аминокислоты до девяти циркулирующих метаболитов

    .

    Природа

    2017

    ;

    551

    :

    648

    52

    .32

    Окумура

    R

    ,

    Куракава

    T

    ,

    Накано

    T

    и др.

    Lypd8 способствует разделению жгутиковой микробиоты и эпителия толстой кишки

    .

    Природа

    2016

    ;

    532

    :

    117

    21

    .33

    Bergström

    JH

    ,

    Birchenough

    GMH

    ,

    Katona

    G

    et al.

    Грамположительные бактерии удерживаются на некотором расстоянии в слизистой оболочке толстой кишки лектин-подобным белком ZG16

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2016

    ;

    113

    :

    13833

    8

    .34

    Propheter

    DC

    ,

    Chara

    AL

    ,

    Harris

    TA

    и др.

    Резистиноподобная молекула β представляет собой бактерицидный белок, который способствует пространственной сегрегации микробиоты и эпителия толстой кишки

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2017

    ;

    114

    :

    11027

    33

    .35

    Szentkuti

    L

    ,

    Riedesel

    H

    ,

    Enss

    M-L

    et al.

    Слой преэпителиальной слизи в толстой кишке обычных и стерильных крыс

    .

    Histochem J

    1990

    ;

    22

    :

    491

    7

    ,36

    Кандори

    H

    ,

    Hirayama

    K

    ,

    Takeda

    M

    et al.

    Гистохимические, лектин-гистохимические и морфометрические характеристики бокаловидных клеток кишечника стерильных и обычных мышей

    .

    Exp Anim

    1996

    ;

    45

    :

    155

    60

    .37

    Bry

    L

    ,

    Falk

    PG

    ,

    Midtvedt

    T

    et al.

    Модель взаимодействия хозяина и микробов в открытой экосистеме млекопитающих

    .

    Science

    1996

    ;

    273

    :

    1380

    3

    .38

    Earle

    KA

    ,

    Billings

    G

    ,

    Sigal

    M

    и др.

    Количественная визуализация пространственной организации кишечной микробиоты

    .

    Cell Host Microbe

    2015

    ;

    18

    :

    478

    88

    .39

    Desai

    MS

    ,

    Seekatz

    AM

    ,

    Koropatkin

    NM

    et al.

    Микробиота кишечника, лишенная пищевых волокон, разрушает слизистый барьер толстой кишки и повышает восприимчивость к патогенам

    .

    Ячейка

    2016

    ;

    167

    :

    1339

    53.e21

    .40

    Bergström

    A

    ,

    Kristensen

    MB

    ,

    Bahl

    MI

    et al.

    Характер бактериальной колонизации влияет на транскрипцию генов муцина у мышей в течение первой недели жизни

    .

    BMC Res Notes

    2012

    ;

    5

    :

    402.

    41

    Johansson

    MEV

    ,

    Jakobsson

    HE

    ,

    Holmén-Larsson

    J

    et al.

    Нормализация слоев слизи кишечника хозяина требует длительной микробной колонизации

    .

    Cell Host Microbe

    2015

    ;

    18

    :

    582

    92

    .42

    Johansson

    MEV

    ,

    GC

    Hansson

    . Сохранение слизи в гистологических срезах, иммуноокрашивание муцинов в фиксированной ткани и локализация бактерий с помощью FISH. В:

    McGuckin

    MA

    ,

    Thornton

    DJ

    (ред.).

    Муцины: методы и протоколы

    .

    Тотова, штат Нью-Джерси

    :

    Humana Press

    ,

    2012

    ,

    229

    35

    .43

    Everard

    A

    ,

    Belzer

    C

    ,

    Geurts

    L

    et al.

    Перекрестная связь между Akkermansia muciniphila и кишечным эпителием контролирует ожирение, вызванное диетой

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2013

    ;

    110

    :

    9066

    71

    .44

    Zoetendal

    EG

    ,

    Akkermans

    AD

    ,

    De Vos

    WM.

    Анализ гель-электрофореза в градиенте температуры 16S рРНК из образцов фекалий человека выявляет стабильные и специфичные для хозяина сообщества активных бактерий

    .

    Appl Environ Microbiol

    1998

    ;

    64

    :

    3854

    9

    .45

    Qin

    J

    ,

    Li

    R

    ,

    Raes

    J

    et al.

    Каталог кишечных микробных генов человека, созданный методом метагеномного секвенирования

    .

    Природа

    2010

    ;

    464

    :

    59

    124

    .46

    Экбург

    PB

    ,

    Bik

    EM

    ,

    Bernstein

    CN

    et al.

    Разнообразие кишечной микробной флоры человека

    .

    Science

    2005

    ;

    308

    :

    1635

    8

    .47

    Hold

    GL

    ,

    Pryde

    SE

    ,

    Russell

    VJ

    et al.

    Оценка микробного разнообразия в образцах толстой кишки человека с помощью анализа последовательности 16S рДНК

    .

    FEMS Microbiol Ecol

    2002

    ;

    39

    :

    33

    9

    .48

    Консорциум проекта по микробиому человека.

    Структура, функции и разнообразие микробиома здорового человека

    .

    Природа

    2012

    ;

    486

    :

    207

    14

    .49

    Jakobsson

    HE

    ,

    Rodríguez-Piñeiro

    AM

    ,

    Schütte

    A

    et al.

    Состав кишечной микробиоты формирует слизистый барьер толстой кишки

    .

    Представитель EMBO

    2015

    ;

    16

    :

    164

    77

    .50

    Breitbart

    M

    ,

    Hewson

    I

    ,

    Felts

    B

    et al.

    Метагеномный анализ некультивируемого вирусного сообщества из человеческих фекалий

    .

    J Бактериол

    2003

    ;

    185

    :

    6220

    3

    .51

    Barr

    JJ

    ,

    Auro

    R

    ,

    Furlan

    M

    и др.

    Бактериофаг, прилипший к слизи, обеспечивает иммунитет, не связанный с хозяином.

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2013

    ;

    110

    :

    10771

    6

    .52

    Norman

    JM

    ,

    Handley

    SA

    ,

    Baldridge

    MT

    и др.

    Болезненно-специфические изменения кишечного вирома при воспалительном заболевании кишечника

    .

    Ячейка

    2015

    ;

    160

    :

    447

    60

    .53

    Wang

    W

    ,

    Jovel

    J

    ,

    Halloran

    B

    et al.

    Метагеномный анализ микробиома в ткани толстой кишки субъектов с воспалительными заболеваниями кишечника показывает взаимодействие вирусов и бактерий

    .

    Воспаление кишечника

    2015

    ;

    21

    :

    1419

    27

    .54

    Marcobal

    A

    ,

    Southwick

    AM

    ,

    Earle

    KA

    et al.

    Утонченное небо: бактериальное потребление гликанов хозяина в кишечнике

    .

    Гликобиология

    2013

    ;

    23

    :

    1038

    46

    .55

    Martens

    EC

    ,

    Chiang

    HC

    ,

    Gordon

    JI.

    Поедание гликанов слизистой оболочки улучшает приспособленность и передачу сахаролитического кишечного бактериального симбионта человека

    .

    Cell Host Microbe

    2008

    ;

    4

    :

    447

    57

    .56

    Martens

    EC

    ,

    Neumann

    M

    ,

    Desai

    MS.

    Взаимодействие комменсальных и патогенных микроорганизмов со слизистой оболочкой кишечника

    .

    Nat Rev Microbiol

    2018

    ;

    16

    :

    457

    70

    .57

    Сломяны

    BL

    ,

    Murty

    VL

    ,

    Сломяны

    A.

    Выделение и характеристика олигосахаридов из гликопротеина слизи толстой кишки крысы

    .

    J Biol Chem

    1980

    ;

    255

    :

    9719

    23

    .58

    Thomsson

    KA

    ,

    Holmén-Larsson

    JM

    ,

    Ångström

    J

    et al.

    Подробная O-гликомика муцина Muc2 из толстой кишки мышей дикого типа с дефицитом core 1 и core 3-трансферазы подчеркивает различия по сравнению с MUC2

    человека.

    Гликобиология

    2012

    ;

    22

    :

    1128

    39

    .59

    Karlsson

    NG

    ,

    Herrmann

    A

    ,

    Karlsson

    H

    et al.

    Гликозилирование муцина Muc2 кишечника крыс варьируется между линиями крыс и тонким и толстым кишечником

    .

    J Biol Chem

    1997

    ;

    272

    :

    27025

    34

    .60

    Robbe

    C

    ,

    Capon

    C

    ,

    Coddeville

    B

    et al.

    Структурное разнообразие и специфическое распределение О-гликанов в нормальных муцинах человека вдоль кишечного тракта

    .

    Biochem J

    2004

    ;

    384

    :

    307

    16

    .61

    Sommer

    F

    ,

    Adam

    N

    ,

    Johansson

    MEV

    et al.

    Измененное гликозилирование слизи у мышей с дефицитом О-гликана core 1 влияет на состав микробиоты и архитектуру кишечника

    .

    PLoS One

    2014

    ;

    9

    :

    e85254.

    62

    Rausch

    P

    ,

    Rehman

    A

    ,

    Künzel

    S

    et al.

    На микробиоту слизистой оболочки толстой кишки влияет взаимодействие болезни Крона и генотипа

    FUT2 (секретор).

    Proc Natl Acad Sci USA

    2011

    ;

    108

    :

    19030

    5

    .63

    Watkins

    WM

    , Биохимия и генетика систем групп крови ABO, Lewis и P. В:

    Harris

    H

    ,

    Hirschhorn

    K

    (ред.).

    Достижения в области генетики человека

    .

    Бостон, Массачусетс

    :

    Springer US

    ,

    1980

    ,

    1

    136

    .64

    Kelly

    RJ

    ,

    Rouquier

    S

    ,

    Giorgi

    D

    et al.

    Последовательность и экспрессия кандидата в ген секреторной группы крови человека α (1, 2) фукозилтрансферазы (FUT2)

    .

    J Biol Chem

    1995

    ;

    270

    :

    4640.

    65

    McGovern

    DPB

    ,

    Jones

    MR

    ,

    Taylor

    KD

    et al.

    Несекреторный статус фукозилтрансферазы 2 (FUT2) связан с болезнью Крона

    .

    Hum Mol Genet

    2010

    ;

    19

    :

    3468

    76

    .66

    Wacklin

    P

    ,

    Mäkivuokko

    H

    ,

    Alakulppi

    N

    et al.

    Генотип секретора (ген FUT2) прочно связан с составом бифидобактерий в кишечнике человека

    .

    PLoS One

    2011

    ;

    6

    :

    e20113.

    67

    Турпин

    W

    ,

    Bedrani

    L

    ,

    Espin-Garcia

    O

    et al.

    Генотип и секреторный статус FUT2 не связаны с микробным составом кала и предполагаемой функцией у здоровых субъектов

    .

    Кишечные микробы

    2018

    ;

    9

    :

    357

    68

    . 68

    Давенпорт

    ER

    ,

    Goodrich

    JK

    ,

    Bell

    JT

    et al.

    Статусы антигена и секретора ABO не связаны с составом кишечной микробиоты у 1500 близнецов

    .

    BMC Genomics

    2016

    ;

    17

    :

    941.

    69

    Hooper

    LV

    ,

    Xu

    J

    ,

    Falk

    PG

    et al.

    Молекулярный датчик, который позволяет кишечному комменсалу контролировать свою питательную основу в конкурентной экосистеме

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    1999

    ;

    96

    :

    9833

    8

    .70

    Meng

    D

    ,

    Newburg

    DS

    ,

    Young

    C

    et al.

    Бактериальные симбионты индуцируют FUT2-зависимую фукозилированную нишу на эпителии толстой кишки посредством передачи сигналов ERK и JNK

    .

    Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol

    2007

    ;

    293

    :

    G780

    7

    .71

    Wrzosek

    L

    ,

    Miquel

    S

    ,

    Noordine

    M-L

    et al.

    Bacteroides thetaiotaomicron и Faecalibacterium prausnitzii влияют на выработку гликанов слизи и развитие бокаловидных клеток в эпителии толстой кишки модельного гнотобиотического грызуна

    .

    BMC Biol

    2013

    ;

    11

    :

    61.

    72

    Бхаттачарья

    T

    ,

    Ghosh

    TS

    ,

    Mande

    SS.

    Глобальное профилирование углеводно-активных ферментов в микробиоме кишечника человека

    .

    PLoS One

    2015

    ;

    10

    :

    e0142038.

    73

    Ломбард

    V

    ,

    Голаконда Рамулу

    H

    ,

    Drula

    E

    et al.

    База данных по углеводно-активным ферментам (CAZy) в 2013 г.

    .

    Nucleic Acids Res

    2014

    ;

    42

    :

    D490

    5

    .74

    Xu

    J

    ,

    Bjursell

    MK

    ,

    Himrod

    J

    et al.

    Геномный вид симбиоза человека и бактероидов thetaiotaomicron

    .

    Science

    2003

    ;

    299

    :

    2074

    6

    ,75

    Salyers

    AA

    ,

    West

    SE

    ,

    Vercellotti

    JR

    и др.

    Ферментация муцинов и полисахаридов растений анаэробными бактериями из толстой кишки человека

    .

    Appl Environ Microbiol

    1977

    ;

    34

    :

    529

    33

    .76

    Salyers

    AA

    ,

    Vercellotti

    JR

    ,

    West

    SE

    et al.

    Ферментация муцина и полисахаридов растений штаммами Bacteroides из толстой кишки человека

    .

    Appl Environ Microbiol

    1977

    ;

    33

    :

    319

    22

    ,77

    Зонненбург

    ED

    ,

    Зонненбург

    JL.

    Голодание нашего микробного «я»: пагубные последствия диеты с дефицитом доступных для микробиоты углеводов

    .

    Cell Metab

    2014

    ;

    20

    :

    779

    86

    .78

    Bjursell

    MK

    ,

    Martens

    EC

    ,

    Gordon

    JI.

    Функциональные геномные и метаболические исследования адаптации выдающегося симбионта кишечника взрослого человека, bacteroides thetaiotaomicron, к периоду кормления грудью

    .

    J Biol Chem

    2006

    ;

    281

    :

    36269

    79

    .79

    Зонненбург

    JL

    ,

    Xu

    J

    ,

    Leip

    DD

    et al.

    Гликановое кормление in vivo адаптированным к кишечнику бактериальным симбионтом

    .

    Science

    2005

    ;

    307

    :

    1955

    9

    .80

    Bergstrom

    KSB

    ,

    Kissoon-Singh

    V

    ,

    Gibson

    DL

    et al.

    Muc2 защищает от смертельного инфекционного колита, отделяя патогенные и комменсальные бактерии от слизистой оболочки толстой кишки

    .

    PLoS Pathog

    2010

    ;

    6

    :

    e1000902.

    81

    Collins

    JW

    ,

    Keeney

    KM

    ,

    Crepin

    VF

    et al.

    Citrobacter rodentium : инфекция, воспаление и микробиота

    .

    Nat Rev Microbiol

    2014

    ;

    12

    :

    612

    23

    .82

    Паассен

    NB

    ,

    Loonen

    LMP

    ,

    Witte-Bouma

    J

    et al.

    Дефицит муцина Muc2 и отлучение от груди влияет на экспрессию врожденных защитных генов Reg3β, Reg3γ и ангиогенина-4

    .

    PLoS One

    2012

    ;

    7

    :

    e38798.

    83

    Schroeder

    BO

    ,

    Birchenough

    GMH

    ,

    Ståhlman

    M

    et al.

    Бифидобактерии или клетчатка защищают от вызванного диетой разрушения слизи толстой кишки, опосредованного микробиотой

    .

    Cell Host Microbe

    2018

    ;

    23

    :

    27

    40.e7

    .84

    Sluis

    MV

    ,

    der Koning

    BAED

    ,

    Bruijn

    ACJMD

    et al.

    У мышей с дефицитом Muc2 спонтанно развивается колит, что указывает на то, что MUC2 имеет решающее значение для защиты толстой кишки

    .

    Гастроэнтерология

    2006

    ;

    131

    :

    117

    29

    .85

    Pullan

    RD

    ,

    Thomas

    GA

    ,

    Rhodes

    M

    et al.

    Толщина прилипшего геля слизи на слизистой оболочке толстой кишки у людей и ее значение для колита

    .

    Gut

    1994

    ;

    35

    :

    353

    9

    ,86

    Свидсински

    A

    ,

    Weber

    J

    ,

    Loening-Baucke

    V

    et al.

    Пространственная организация и состав флоры слизистой оболочки у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника

    .

    J Clin Microbiol

    2005

    ;

    43

    :

    3380

    9

    .87

    Gevers

    D

    ,

    Kugathasan

    S

    ,

    Denson

    LA

    et al.

    Микробиом, ранее не получавший лечения, при впервые возникшей болезни Крона

    .

    Cell Host Microbe

    2014

    ;

    15

    :

    382

    92

    .88

    Tamboli

    CP

    ,

    Neut

    C

    ,

    Desreumaux

    P

    et al.

    Дисбактериоз при воспалительном заболевании кишечника

    .

    Кишечник

    2004

    ;

    53

    :

    1

    4

    .89

    Zuo

    T

    ,

    Kamm

    MA

    ,

    Colombel

    J-F

    et al.

    Урбанизация и кишечная микробиота в здоровье и воспалительные заболевания кишечника

    .

    Нат Рев Гастроэнтерол Гепатол

    2018

    ;

    15

    :

    440

    52

    .90

    Halfvarson

    J

    ,

    Brislawn

    CJ

    ,

    Lamendella

    R

    et al.

    Динамика микробиома кишечника человека при воспалительном заболевании кишечника

    .

    Nat Microbiol

    2017

    ;

    2

    :

    17004.

    91

    Холл

    AB

    ,

    Yassour

    M

    ,

    Sauk

    J

    et al.

    Новый Ruminococcus gnavus clade, обогащенный у пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника

    .

    Genome Med

    2017

    ;

    9

    :

    103.

    92

    Crost

    EH

    ,

    Tailford

    LE

    ,

    Gall

    GL

    et al.

    Использование муциновых гликанов симбионтом кишечника человека Ruminococcus gnavus зависит от штамма

    .

    PLoS One

    2013

    ;

    8

    :

    e76341.

    93

    Morampudi

    V

    ,

    Dalwadi

    U

    ,

    Bhinder

    G

    et al.

    Медиатор RELM-β, полученный из бокаловидных клеток, вызывает спонтанный колит у мышей с дефицитом Muc2, вызывая комменсальный микробный дисбиоз

    .

    Mucosal Immunol

    2016

    ;

    9

    :

    1218

    33

    .94

    Ahl

    D

    ,

    Liu

    H

    ,

    Schreiber

    O

    et al.

    Lactobacillus reuteri увеличивает толщину слизи и облегчает вызванный декстрансульфатом натрия колит у мышей

    .

    Acta Physiol (Oxf)

    2016

    ;

    217

    :

    300

    10

    .95

    Mangin

    I

    ,

    Dossou-Yovo

    F

    ,

    Lévêque

    C

    et al.

    Пероральное введение жизнеспособного штамма Bifidobacterium pseudolongum Patronus изменило микробиоту толстой кишки и увеличило толщину слоя слизи у крыс

    .

    FEMS Microbiol Ecol

    2018

    ;

    94

    : doi: 10.1093 / femsec / fiy177.96

    Derrien

    M

    ,

    Vaughan

    EE

    ,

    Plugge

    CM

    et al.

    Akkermansia muciniphila gen. Ноябрь, sp. Ноябрь, кишечная бактерия, разлагающая муцин, человека

    .

    Int J Syst Evol Microbiol

    2004

    ;

    54

    :

    1469

    76

    .97

    Пловье

    H

    ,

    Everard

    A

    ,

    Druart

    C

    et al.

    Очищенный мембранный белок из Akkermansia muciniphila или пастеризованной бактерии улучшает метаболизм у мышей с ожирением и диабетом

    .

    Nat Med

    2017

    ;

    23

    :

    107

    13

    .98

    Gibson

    GR

    ,

    Beatty

    ER

    ,

    Wang

    X

    et al.

    Селективная стимуляция бифидобактерий в толстой кишке человека олигофруктозой и инулином

    .

    Гастроэнтерология

    1995

    ;

    108

    :

    975

    82

    .99

    Vandeputte

    D

    ,

    Falony

    G

    ,

    Vieira-Silva

    S

    et al.

    Пребиотические фруктаны инулинового типа вызывают специфические изменения в микробиоте кишечника человека

    .

    Гут

    2017

    ;

    66

    :

    1968

    74

    .100

    Bäckhed

    F

    ,

    Ding

    H

    ,

    Wang

    T

    et al.

    Микробиота кишечника как фактор окружающей среды, регулирующий накопление жира

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2004

    ;

    101

    :

    15718

    23

    .101

    Бэкхед

    F

    ,

    Манчестер

    JK

    ,

    Семенкович

    CF

    и др.

    Механизмы, лежащие в основе устойчивости к ожирению, вызванному диетой, у стерильных мышей

    .

    Proc Natl Acad Sci USA

    2007

    ;

    104

    :

    979

    84

    .102

    Caesar

    R

    ,

    Reigstad

    CS

    ,

    Bäckhed

    HK

    et al.

    Липополисахарид кишечного происхождения увеличивает накопление жировых макрофагов, но не является существенным для нарушения толерантности к глюкозе или инсулину у мышей

    .

    Кишечник

    2012

    ;

    61

    :

    1701

    7

    .103

    Amar

    J

    ,

    Chabo

    C

    ,

    Waget

    A

    et al.

    Прилипание к слизистой оболочке кишечника и транслокация комменсальных бактерий при раннем начале диабета 2 типа: молекулярные механизмы и лечение пробиотиками

    .

    EMBO Mol Med

    2011

    ;

    3

    :

    559

    72

    .104

    Cani

    PD

    ,

    Amar

    J

    ,

    Иглесиас

    MA

    и др.

    Метаболическая эндотоксемия вызывает ожирение и инсулинорезистентность

    .

    Диабет

    2007

    ;

    56

    :

    1761

    72

    .105

    Creely

    SJ

    ,

    McTernan

    PG

    ,

    Kusminski

    CM

    et al.

    Липополисахарид активирует ответ врожденной иммунной системы в жировой ткани человека при ожирении и диабете 2 типа

    .

    Am J Physiol-Endocrinol Metab

    2007

    ;

    292

    :

    E740

    7

    .106

    Chassaing

    B

    ,

    Koren

    O

    ,

    Goodrich

    JK

    et al.

    Пищевые эмульгаторы воздействуют на микробиоту кишечника мышей, вызывая колит и метаболический синдром

    .

    Природа

    2015

    ;

    519

    :

    92

    6

    .

    © Автор (ы) 2019. Опубликовано Oxford University Press и Шестой дочерней больницы Университета Сунь Ятсена.

    Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http: // creativecommons .org / licenses / by-nc / 4.0 /), который разрешает некоммерческое повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

    границ | Современные методы отбора проб кишечной микробиоты: потребность в более точных устройствах

    Введение

    У людей сложная кишечная микробиота, состав которой варьируется в разных регионах желудочно-кишечного тракта (Zoetendal et al., 2012). Сообщается, что количество некультивируемых видов в микробиоте кишечника достигло 1952 года (Almeida et al., 2019). Считается, что физиологические изменения в различных областях тонкой и толстой кишки, включая химические и пищевые градиенты и изолированную иммунную активность хозяина, влияют на состав бактериальных сообществ (Donaldson et al., 2016). Микробиота кишечника играет важную роль во внутренней среде человека. Он развивается вместе с хозяином и выполняет важные физиологические функции для хозяина, такие как предотвращение заражения различными патогенами; содействие созреванию иммунной системы; участие в регуляции иммунного ответа, всасывания пищи и метаболизма; и продвижение противораковых функций (Foster et al., 2017; Ким и др., 2017; Macpherson et al., 2017; Ли и др., 2019). Колонизация микробиоты новорожденных начинается in utero (Dunn et al., 2017). Как способ родоразрешения, так и прекращение грудного вскармливания считаются важными для сборки микробиоты кишечника взрослого человека. Микробный состав резко меняется в течение 1-го года жизни (La Rosa et al., 2014; Bäckhed et al., 2015).

    Микробиота кишечника постепенно меняется со временем, и были обнаружены различия между молодыми и пожилыми людьми (O’Toole and Jeffery, 2015).Микробиота кишечника различается у разных людей из-за многих факторов, таких как гены и диета. Исследования показали, что диета с высоким содержанием углеводов и клетчатки может увеличить численность и разнообразие кишечных микроорганизмов, особенно у лиц с ограниченным микробным разнообразием (Tap et al., 2015; Sheflin et al., 2017). Низкоуглеводные диеты могут значительно снизить количество бактерий, продуцирующих масляную кислоту (таких как Roseburia и Bifidobacterium ), тем самым снижая выработку масляной кислоты и уменьшая защитный эффект на кишечник (Duncan et al., 2007; Russell et al., 2011). Незрелая кишечная микробиота считается одной из причин недоедания, а олигосахариды грудного молока могут уменьшить недоедание, регулируя микробиом (Blanton et al., 2016; Charbonneau et al., 2016). Более того, возникновение многих заболеваний, таких как инфекция Clostridium difficile , воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) и синдром раздраженного кишечника (СРК), также связано с изменением микробиоты кишечника. Длительный прием большого количества антибиотиков широкого спектра действия может привести к дисбактериозу, например, C.difficile (Stanley and Burns, 2010). По сравнению с контрольной группой, исследования кишечной микрофлоры у пациентов с ВЗК постоянно показывают изменения в составе микрофлоры и снижение общего биоразнообразия, например, увеличение факультативных анаэробов и уменьшение облигатных анаэробов (Shim, 2013; Lloyd-Price et al. , 2019). Считается, что возникновение СРК связано с микробным воздействием на коммуникацию между кишечником и мозгом (Eisenstein, 2016).

    Поскольку существует множество ассоциаций между микробиотой кишечника и здоровьем человека, особенно важно проанализировать взаимосвязь между изменениями микробиоты кишечника и возникновением, прогрессированием и прогнозом заболевания.В прошлом анализ микробиома кишечника зависел от изоляции и культур, но сложность культивирования анаэробных бактерий, которых много в кишечнике, серьезно влияла на точность анализа. В последние годы развитие секвенирования следующего поколения (NGS), которое может точно анализировать микробные компоненты без посева, привлекло внимание в исследованиях кишечного микробиома. Однако очень важно собрать соответствующие образцы кишечной микробиоты для NGS.Современные методы отбора проб для получения образцов кала, биопсии слизистой оболочки и кишечной аспирации, все из которых могут иметь некоторые дефекты, не могут точно отражать состав кишечного микробиома (таблица 1). В этом обзоре мы суммируем существующие методы сбора микробиоты кишечника и их возможные недостатки, чтобы изучить трудности, которые необходимо преодолеть в технологиях сбора микробиоты кишечника.

    Таблица 1 . Сравнение различных методов отбора проб для анализа кишечной микробиоты.

    Обзор

    Образцы фекалий

    По прагматическим причинам образцы фекалий часто используются в качестве заместителей микробиоты кишечника. Образцы фекалий собираются естественным путем, неинвазивно и могут отбираться повторно, поэтому они являются источником образцов для большинства исследований кишечной микробиоты. Однако становится все более очевидным, что могут быть значительные различия в микробном составе слизистой оболочки и фекалий (Zoetendal et al., 2002; Carroll et al., 2010).Фекалии считались заменителями содержимого просвета желудочно-кишечного тракта, но их компоненты неуверенно отражают прямое взаимодействие со слизистой оболочкой. В недавних исследованиях было продемонстрировано, что микробиота, связанная с фекалиями и слизистыми оболочками, представляет собой две отдельные микробные ниши (Rangel et al., 2015; Ringel et al., 2015; Tap et al., 2017). Образцы фекалий не могут быть индикаторами состава и метагеномной функции ассоциированной со слизистой оболочкой микробиоты, распределенной по множеству участков кишечника (Zmora et al., 2018).Таким образом, оценка микробиоты кишечника с фекалиями является необъективной. Более того, фекальная микробиота неравномерно распределена в фекалиях и имеет свою собственную биоструктуру (Swidsinski et al., 2008). Wu et al. сообщили, что 35% таксонов с низкой численностью, которые составляют 0,2–0,4% от общего микробиома в одной повторности, не были обнаружены во втором образце фекалий (Wu et al., 2010). Внутрииндивидуальные вариации обнаруженных бактерий были значительно уменьшены в большинстве исследований, в которых гомогенизировали образцы фекалий или мазки и игнорировали их структуру (Hsieh et al., 2016). В случае подвыборки фекалий результаты микробных таксонов, обнаруженных с помощью кПЦР, сильно различались (Gorzelak et al., 2015).

    Кроме того, при определенных условиях свежие образцы стула нельзя анализировать немедленно, и их необходимо хранить некоторое время. Фекальные материалы, мгновенно замороженные при -80 ° C, которые могут поддерживать микробную целостность без консервантов, широко считаются золотым стандартом для профилирования кишечной микробиоты. Этот подход сохраняет микробные компоненты, аналогичные тем, которые содержатся в свежих образцах, и воздерживается от потенциального воздействия консервантов (Fouhy et al., 2015). Для крупномасштабных популяционных исследований важны соответствующие методы для соблюдения пациентом режима лечения и сбора оптимальных образцов. Иногда идеальные условия для немедленного хранения образцов при -80 ° C не могут быть выполнены. Следовательно, необходимо рассмотреть допустимые методы сбора, чтобы свести к минимуму систематическую ошибку, которая может быть внесена на этапах предварительной обработки (Flores et al., 2015). Джоселин М. и соавт. сообщили, что хранение и транспортировка образцов при 4 ° C может минимизировать изменения микробного состава, если хранение при сверхнизких температурах недоступно (Choo et al., 2015).

    Существуют и другие методы хранения с консервантами или без них, которые используются для получения микробиомного состава, аналогичного составу свежих образцов. В качестве безаддитивных методов образцы фекалий, хранящиеся при комнатной температуре в течение 24 часов, −20 ° C в течение 1 недели и в пробирках Эппендорфа при комнатной температуре в течение 3 дней, не оказывали значительного влияния на профили фекального микробиома (Carroll et al., 2012; Tedjo et al. др., 2015). Кроме того, карты анализа кала на скрытую кровь, карты FTA (Whatman) и набор OMNIgene Gut (DNA Genotek) также оказались эффективными для образцов, хранящихся в течение нескольких дней при комнатной температуре (Dominianni et al., 2014; Song et al., 2016; Vogtmann et al., 2017). Для использования консервантов для стабильного хранения образцов кала рекомендуется рекомендовать 95% этанол и RNAlater (Flores et al., 2015; Song et al., 2016; Vogtmann et al., 2017; Wang et al., 2018). Условия хранения могут значительно изменить характеристики микробного сообщества. В отсутствие условий сверхнизких температур хранение и транспортировка указанными выше методами может минимизировать изменения микробного состава. Выбор методов сбора и хранения должен основываться на цели, объеме и условиях исследования.

    Вкратце, недостатки использования образцов фекалий в качестве замены кишечной микробиоты можно резюмировать в следующих аспектах. Во-первых, нельзя исключить возможность неполного разделения каловых бактерий и кишечной флоры. Физиологические вариации, содержащие градиенты химических и питательных веществ, а также разделение иммунной активности хозяина, различаются по длине тонкой и толстой кишки, и все они, как известно, влияют на микробный состав. В тонком кишечнике преобладают семейства Lactobacillaceae и Enterobacteriaceae , тогда как в толстой кишке преобладают семейства Prevotellaceae, Bacteroidaceae, Rikenellaceae, Ruminococcaceae и Lachnospiraceae (Dachnospiraceae al., 2016). Таким образом, изучение кишечной флоры с фекальными бактериями не является исчерпывающим. Во-вторых, гомогенизация перед сбором образцов фекалий нарушает биоструктуру фекалий, и, если не гомогенизация, репрезентативность образцов может быть недостаточной. Swidsinski et al. использовали пластиковую трубочку для питья, чтобы пробить стул, чтобы получить фекальные цилиндры, которые успешно сохраняли биоструктуру фекальной микробиоты и продемонстрировали, что фекальная микробиота высоко структурирована (Swidsinski et al., 2008). Однако в другом исследовании сообщается, что гомогенизация может значительно снизить внутрииндивидуальные различия в обнаружении каждого компонента фекальной микробиоты (Hsieh et al., 2016). Это приводит к спорам о том, какой метод следует использовать. Наконец, в большинстве случаев нереально сразу проанализировать свежие образцы. Затем необходимо учитывать влияние метода хранения, который может вызвать деградацию микробной ДНК, разрастание и гибель некоторых видов, на компоненты образца фекалий.

    Эндоскопические образцы

    По сравнению с использованием образцов фекалий для анализа состава микробиоты желудочно-кишечного тракта, было проведено несколько исследований по сбору образцов тканей и содержимого просвета для оценки микробиоты в различных микробных нишах во время эндоскопических процедур.Более полную информацию о микробиоме кишечника можно получить с помощью инструментов (таких как щипцы для биопсии и щетки для просвета) с помощью эндоскопии. Есть несколько общих недостатков методов отбора проб. Во-первых, эндоскопия инвазивна и вредна для пациентов. Во-вторых, во многих исследованиях сообщается, что влияние подготовки кишечника на микрофлору кишечника неизбежно. Затем, когда инструменты для отбора проб проходят через эндоскопический канал, они могут быть загрязнены содержимым, существующим в канале. Наконец, из-за сложной структуры эндоскопия ограничивается дистальным отделом тонкой кишки.В настоящее время существует несколько методов получения образцов микробиоты кишечника с помощью эндоскопии.

    Биопсия

    Нижний отдел желудочно-кишечного тракта млекопитающих содержит разнообразные среды обитания микробов вдоль тонкой кишки, слепой и толстой кишки. Эндоскопическая биопсия дает возможность исследовать состав микробиоты слизистой оболочки в различных анатомических участках желудочно-кишечного тракта. Считается, что микробиота слизистых оболочек важна для хозяина, поскольку они контактируют с лимфоидной тканью, связанной с кишечником (Heinsen et al., 2015).

    Для подготовки кишечника обычно требуется некоторое количество слабительных, таких как полиэтиленгликоль (ПЭГ) или сульфат, чтобы вывести большую часть пищеварительного тракта из желудочно-кишечного тракта. Для надлежащей подготовки кишечника необходимо, чтобы кал был прозрачной жидкостью без каких-либо твердых частиц. Однако у мышей с осмотической диареей, вызванной водным раствором ПЭГ, эпителий кишечника, слизистая оболочка и среда кишечника хозяина были разрушены за короткий период времени, а микробиота кишечника все еще значительно изменялась в течение длительного периода времени.Изменения в микробиоте кишечника в основном заключались в том, что альфа-разнообразие значительно уменьшилось, и оно все еще было значительно ниже исходного уровня через 2 недели после диареи, и его было трудно полностью восстановить. Более того, некоторые бактерии с высокой численностью исчезли (например, семейство S24-7) и были заменены другими таксонами с низкой численностью (Tropini et al., 2018). Предыдущее исследование продемонстрировало, что подготовка кишечника с помощью ПЭГ может привести к значительным морфологическим изменениям в толстой кишке, включая потерю эпителиальных клеток и поверхностной слизи (Bucher et al., 2006). Shobar et al. сообщили, что на разнообразие и состав микробиомов просвета и слизистых оболочек влияет подготовка кишечника (Shobar et al., 2016). Также было обнаружено, что промывание перед колоноскопией вызывает 31-кратное снижение общей микробной нагрузки и потерю специфичности микробиоты у 22% участников (Jalanka et al., 2015).

    В дополнение к эффектам, вызванным подготовкой кишечника, биопсия слизистой оболочки, выполняемая во время стандартных эндоскопических процедур, может быть загрязнена люминальной жидкостью ЖКТ в эндоскопическом канале.Чтобы свести к минимуму контаминацию во время отбора проб микробиоты, связанной со слизистой оболочкой, было разработано устройство для асептической биопсии Брисбена (BABD), которое состоит из стерильных щипцов, покрытых оболочкой и закрытых заглушкой на концах. Биопсии, полученные с помощью стандартных щипцов, имеют большее разнообразие микробиоты, связанной со слизистой оболочкой, чем образцы, собранные с помощью BABD (Shanahan et al., 2016). Даже в этом случае загрязнение может произойти до отбора проб. Когда эндоскопическая трубка попадает в место отбора пробы изо рта или ануса, бактерии, находящиеся в местах, не относящихся к отбору проб, неизбежно попадают в место отбора проб.Более того, эндоскоп не может охватить все сегменты всего кишечника, такие как дистальный отдел тонкой кишки, поэтому биопсийные участки ограничены. Современные мультиомные технологии требуют различных исходных материалов, включая ДНК, РНК и белки, и биопсия может не дать достаточно материала, чтобы удовлетворить потребности этих технологий. По этой причине Watt et al. продемонстрировали, что лаваж толстой кишки предлагает тип образца, аналогичный таковому при биопсии, и генерирует значительно более высокий уровень ДНК, чем при биопсии, со средним выходом ДНК 48.5 и 1,95 мкг для лаважа толстой кишки и биопсии соответственно (Watt et al., 2016).

    Биопсия слизистой оболочки охватывает только небольшую площадь поверхности и может привести к отклонению выборки и недоступности редких таксонов, если микробная популяция распределяется неравномерно. Биопсия слизистой оболочки часто содержит большое количество загрязненной ДНК хозяина, что затрудняет метагеномный и другие молекулярные анализы (Huse et al., 2014).

    Из-за влияния подготовки кишечника и загрязнения во время процедуры, инвазии, ограничения мест отбора проб, риска кровотечения и инфекции, а также ее непригодности для здоровых людей, биопсия, хотя и считается золотым стандартом для сбора микробиоты слизистой оболочки , не подходит для будущего анализа кишечной микробиоты.

    Чистка просвета

    В 1979 году Уимберли и его коллеги впервые применили технику защищенной кисти для образцов (PSB) для сбора инфекционных образцов из нижних дыхательных путей с помощью волоконно-оптического бронхоскопа (Wimberley et al., 1979). Эти образцы кисти нелегко заражаются нормальной флорой верхних дыхательных путей, что имеет большее значение для диагностики инфекции нижних дыхательных путей. В последние годы Lavelle et al. продвигаемые и проверенные методы повторной оценки пространственной изменчивости микробной популяции толстой кишки путем сочетания биопсии слизистой оболочки с методом PSB, который используется для отбора проб микробиоты, связанной с просветом (Lavelle et al., 2013). PSB представляет собой стерильную одноразовую щеточку для интродьюсера с дистальной пробкой наверху, которая запечатывается в интродьюсере при установке и втягивании через колоноскопический канал. В отличие от биопсии, чистка слизистой оболочки может снизить риски, связанные с биопсией слизистой оболочки (кровотечение и инфекция), и предоставить более репрезентативный образец поверхности слизистой оболочки, а кистевой забор показал относительно большое соотношение бактериальной ДНК к ДНК хозяина (Huse et al. , 2014). Хотя сообщалось, что альфа-разнообразие образцов, собранных с помощью BABD и метода PSB, одинаково на уровне филума, метод PSB обеспечивает образцы с более высокой долей бактериальной гДНК (Shanahan et al., 2016). Другое исследование, однако, показало, что существуют пространственные различия между микробиотой просвета и слизистой оболочки (Lavelle et al., 2015). Поскольку отбор проб с использованием технологии PSB зависит от эндоскопии, этот метод имеет те же недостатки, что и биопсия, такие как влияние подготовки кишечника, неизбежное заражение и инвазия.

    Микродиссекция лазерного захвата

    Лазерная микродиссекция (LCM) была разработана для преодоления недостатков методов микродиссекции тканей. LCM избирательно приклеивает интересующие материалы к тонкой прозрачной пленке на срезе ткани с помощью импульса инфракрасного лазера (Emmert-Buck et al., 1996). Затем тонкую пленку с полученной тканью удаляют со среза и обрабатывают непосредственно ДНК, РНК или ферментным буфером. Следовательно, эта способность избирательно переносить небольшую фокальную область ткани или кластеров клеток на пленку может быть использована для получения слоев слизистого геля на поверхности образцов биопсии кишечника. Прежде чем образцы LCM можно будет проанализировать, замороженные образцы биопсии необходимо разрезать на 10-микронные срезы, а затем поместить на предметные стекла, свободные от нуклеаз и нуклеиновых кислот, и высушить на воздухе в течение ночи.Чтобы с высокой точностью улавливать микробы между складками толстой кишки мышей, Nava et al. использовали LCM, чтобы обнаружить, что микробы в межслойной области значительно отличаются от микробов в центральном просвете (Nava et al., 2011). Хотя максимальный размер области между складками составляет ~ 100 мкм, высокое разрешение LCM ~ 5 мкм позволяет легко и точно отобрать образцы. Дифференциация между просветом и слизистой оболочкой была очевидна при использовании LCM для взятия образцов слоя слизистого геля из быстро замороженных биоптатов (Lavelle et al., 2015). Обнаруживаемая бактериальная нагрузка у пациентов с ЯК, измеренная с помощью целевых LCM и количественной ПЦР, была ниже, чем у контрольной группы (Rowan et al., 2010). Таким образом, LCM обеспечивает простой, точный и эффективный метод получения бактерий в области слизистой оболочки для анализа взаимодействий микробиоты, связанных со слизистой оболочкой хозяина. LCM может быть подходящим для точной медицины, но утомительная процедура ограничивает его использование в крупномасштабных исследованиях. То, что ограничивает точность LCM, может заключаться в том, что источником образца является биопсия, которая имеет свои недостатки, в основном деградацию нуклеиновых кислот, например.ж., РНК и недостаточное количество образца.

    Образцы из аспирированной кишечной жидкости

    Для аспирации незагрязненной кишечной жидкости Шайнер изобрел капсулу из нержавеющей стали, снабженную колпачком на ее дистальном конце и полым соединением на проксимальном конце (SHINER, 1963). Проксимальный конец капсулы через трубку соединен с источником отрицательного давления. При достижении места отбора проб всасывание с отрицательным давлением приводит к открытию пробоотборного канала капсулы, и окружающая жидкость попадает в камеру капсулы.После аспирации капсула снова закрывается, и собранные образцы отделяются от внешней жидкости. Преимущество этого устройства состоит в том, чтобы предотвратить загрязнение собранных образцов содержимым желудочно-кишечного тракта в местах, где не производился отбор образцов. Из-за сложной конструкции этот метод не получил широкого распространения. После этого прогресс в получении жидкости желудочно-кишечного тракта заключался в разработке специально изготовленной двухпросветной трубки с множеством аспирационных портов в разных местах и ​​наполненным ртутью мешком на ее дистальном конце (Kalser et al., 1966). Субъекты проглатывали трубку, а затем аспират всасывался стерильным шприцем, когда порты находились в правильном положении (75 см дистальнее связки Treitz для аспиратов тощей кишки и 75 см проксимальнее илеоцекального клапана для аспиратов подвздошной кишки). Белов и др. аспирировали кишечную жидкость через назоеюнальные трубки, обычно вводимые для энтерального питания (Belov et al., 1999). Однако вязкая кишечная жидкость и закупорка трубок усложняли процедуру сбора и делали ее трудоемкой.

    В настоящее время для получения кишечной жидкости наиболее часто используется эндоскопическая аспирация. Обычно предполагается, что аспирация и посев жидкости тонкого кишечника являются золотым стандартом для диагностики избыточного бактериального роста тонкого кишечника, который определяется как ≥ 10 5 колониеобразующих единиц на миллилитр (КОЕ / мл) при посеве аспирированного жидкость (Khoshini et al., 2008; Grace et al., 2013; Erdogan et al., 2015). Недавнее исследование, основанное на культуре аспирата двенадцатиперстной кишки, продемонстрировало, что SIBO связан с чрезмерным ростом анаэробов и что микробный состав тонкой кишки у пациентов с симптомами значительно изменился, что несовместимо с результатами аспирационной культуры (Saffouri et al., 2019).

    Рабочий канал эндоскопа легко загрязняется содержимым полости рта и желудочно-кишечного тракта. Резину покрывали дистальный конец катетера, чтобы заблокировать инфильтрацию кишечной жидкости (Uno et al., 1998). Вдохновленный предыдущими исследованиями, Quintanilha et al. использовали мембрану из микропленок для защиты дистального конца во избежание внутреннего загрязнения (Quintanilha et al., 2007). Поскольку эндоскопическая биопсия агрессивна для здоровых людей, альтернативным вариантом стало отсасывание кишечной жидкости.Тем не менее, отсасывание кишечной жидкости иногда занимает много времени, что увеличивает время эндоскопии и иногда оказывается неудачным из-за разреженности кишечной жидкости (Riordan et al., 1995). Хотя в предыдущих исследованиях были приложены большие усилия для минимизации сопутствующего загрязнения во время всасывания кишечной жидкости, врожденные дефекты при отборе эндоскопических образцов неизбежны, как упоминалось выше. Более того, неопределенность мест отбора проб также создает проблемы для получения надежных проб.

    Образцы из хирургии

    Когда при эндоскопии трудно достичь дистального отдела подвздошной кишки, хирургическое вмешательство дает нам возможность взять образец из дистального отдела подвздошной кишки.Методы получения кишечной флоры во время операции включают прямую пункционную аспирацию или биопсию образцов слизистой оболочки (Bentley et al., 1972; Corrodi et al., 1978; Thadepalli et al., 1979; Lavelle et al., 2015). Поскольку хирургический отбор образцов не подвержен загрязнению, теоретически образцы, полученные с помощью этого метода, лучше всего представляют микробиоту кишечника. Однако реальность такова, что перед операцией необходимо провести несколько подготовительных мероприятий. Эти препараты могут включать голодание, механическое очищение кишечника и прием антибиотиков, все из которых могут нарушить микробиоту (Antonopoulos et al., 2009; Убеда и Памер, 2012; Феррер и др., 2014; Зарринпар и др., 2014; Яланка и др., 2015). В этом контексте Thadepalli et al. брали двенадцатиперстную, тощую и подвздошную жидкость у пациентов с травмой живота, требующей экстренной лапаротомии с помощью пункционной аспирации для исследования микробиоты тонкой кишки. Ни один из пациентов не проходил плановую предоперационную подготовку; Таким образом, эти образцы, полученные без вмешательства предоперационной подготовки, были в идеальном состоянии. Кроме того, отбор проб во время операции также может обойти проблему недоступности тонкого кишечника за счет использования модельных систем in vivo (Booijink et al., 2007). Пациенты, перенесшие илеостомию, могут использоваться в качестве модели in vivo и обеспечивать сток из илеостомы для получения микробиоты кишечника (Go et al., 1988; Ala Aldeen and Barer, 1989). Zoetendal et al. продемонстрировали, что общие микробные компоненты в образцах, выделенных илеостомами (люди без толстой кишки), также могут быть обнаружены в тонком кишечнике здоровых субъектов с помощью филогенетических анализов микрочипов (Zoetendal et al., 2012). По сравнению с микробиотой толстой кишки микробиота в стоках подвздошной кишки относительно нестабильна и менее сложна и состоит из различных доминирующих филотипов (Booijink et al., 2010). Более того, модели in vivo также можно использовать для изучения влияния диеты на кишечную флору. Йонссон и др. исследовали влияние потребления клетчатки на сегментированные нитчатые бактерии, собирая образцы илеостомы человека (Jonsson, 2013). В дополнение к указанным выше методам Haysahi et al. получили образцы кишечного содержимого при аутопсии и продемонстрировали градиентное распределение количества ОТЕ от проксимального до дистального конца кишечника (Hayashi et al., 2005). Хотя модель in vivo обеспечивает удобство отбора проб в любое время, сама операция приводит к значительным изменениям в составе кишечной микробиоты, которые сохраняются в течение длительного времени (Guyton and Alverdy, 2017). Илеостомия изменяет анатомическую структуру кишечника, что может необратимо повлиять на состав микробиоты кишечника. Таким образом, неясно, подходят ли результаты исследования, основанные на эффлюенте илеостомии, для людей с нормальным анатомическим строением.Поскольку операция является инвазивной, получение образца у здоровых людей кажется невозможным. Очевидно, что хирургическое применение операции и вскрытия ограничено. Хирургия не способствует всестороннему анализу взаимосвязи между бактериальной флорой и заболеваниями в разных популяциях.

    Заменяемые устройства для отбора проб

    Недостатки вышеупомянутых методов кажутся непреодолимыми, и исследователи прилагают усилия для разработки новых устройств для отбора проб. На сегодняшний день для наблюдения за кишечником и доставки лекарств использовалось множество глотательных устройств.Из-за неинвазивных характеристик устройств для проглатывания все чаще рассматривается их использование для сбора кишечного содержимого. Основываясь на технологии микроэлектромеханических систем (MEMS), Cui et al. изобрел проглатывающуюся капсулу, которая может доставлять лекарства и собирать кишечную жидкость (Cui et al., 2008). Характеристики расположения желудочно-кишечного тракта, беспроводная связь и большой размер образца дают капсуле возможность автоматически собирать кишечную жидкость. Однако недостатком этого устройства является то, что собранный образец легко загрязняется находящейся ниже по потоку жидкостью.В последние годы NIZO разработала интеллектуальную капсулу для отбора проб микробиома из тонкого кишечника, объединив систему IntelliCap ® и гаситель. Система IntelliCap ® представляет собой проглатывающуюся капсулу, которая содержит датчики pH и температуры, коммуникационные блоки, микрокомпьютеры, двигатели и батареи. Тушитель — это емкость, помещенная в капсулу для качественного и количественного сохранения микробиоты. Капсулы можно расположить путем измерения значительных изменений pH в желудочно-кишечном тракте (Koziolek et al., 2015). Когда проглоченная капсула достигает обозначенной области тонкой кишки, можно начинать аспирацию кишечной жидкости. Аспирированная кишечная жидкость может быть собрана после выхода капсулы из организма. Недавно Rezaei Nejad et al. также сообщил о таблетке для аспирации жидкости из тонкого кишечника, напечатанной на 3D-принтере (Rezaei Nejad et al., 2019). Эта таблетка содержит полупроницаемую мембрану для разделения спиральных каналов и солевой камеры. Более высокое осмотическое давление на стороне соляной камеры заставляет жидкость в спиральных каналах течь в камеру через полупроницаемую мембрану.Затем кишечная жидкость может быть аспирирована через входные отверстия, соединенные со спиральными каналами. Внешняя оболочка кишечной капсулы обеспечивает начало сбора в тонком кишечнике. По сравнению с капсулой NIZO, стоимость этой безбатарейной таблетки наверняка будет намного ниже. Однако проблема сохранения образцов после сбора, по-видимому, не решена, что может привести к загрязнению образцов кишечной жидкостью из мест, где они не собирались.

    Наша настоящая работа сосредоточена на отборе образцов кишечной жидкости малоинвазивными методами.Мы также исследовали недорогое и удобное капсульное устройство «Аспирация микробиома кишечника» (IMBA), которое предназначено для автономного сбора образцов кишечной жидкости. Без использования дорогостоящих технологий микроэлектромеханических систем, IMBA использует технологию контролируемого высвобождения, оснащенную новым механизмом отбора проб для достижения точного и регионального отбора проб в кишечнике. Кроме того, форма капсул улучшает комплаентность пациента, а условия отбора проб, близкие к физиологическому состоянию (нет необходимости в подготовке кишечника), обеспечивают более высокую точность.Ключ к этой технологии — как точно определить местонахождение и собрать кишечную жидкость.

    Инструменты, связанные с биологией

    В дополнение к составу и разнообразию микробиоты кишечника, их пространственная организация также отражает отношения хозяина и микробиоты. Чтобы получить полную структуру кишечника и его содержимого, Johansson et al. улучшили гистологические препараты, которые успешно сохранили кишечную слизь и локализовали бактерии с помощью флуоресценции in situ гибридизации (FISH) (Johansson and Hansson, 2012).Используя технологию FISH, местоположение интересующих бактерий, помеченных флуоресцентным ДНК-зондом, можно наблюдать под флуоресцентным микроскопом. Однако из-за трудностей с отбором проб, этических проблем и огромных индивидуальных различий в микробном составе исследования и манипулирование микробными сообществами кишечника человека in situ ограничены. В качестве альтернативы широко используется трансплантация кишечной микробиоты человека стерильным мышам (Goodman et al., 2011; McNulty et al., 2013). Чтобы изучить пространственную организацию микробиоты кишечника человека, Earle et al. разработали новый подход, который визуализирует бактерии у мышей-гнотобиотов, колонизированных человеческой микробиотой, с помощью FISH (Earle et al., 2015). Они инокулировали флуоресцентный зонд, соответствующий интересующим бактериям, в фиксированные поперечные срезы кишечника мыши. Однако одно поле зрения в разрезе не может отображать весь кишечник. Чтобы решить эту проблему, было разработано программное обеспечение Bacspace, которое сшивает перекрывающиеся изображения нескольких полей зрения в непрерывное изображение, которое представляет весь кишечник, позволяет отличать эпителиальные клетки хозяина от бактерий и измерять расстояние между бактериальными клетками и между бактериальными клетками и эпителием.Используя Bacspace, они выявили гомологичную кластеризацию в пределах Bacteroidales или Firmicutes , которые объединяют Bacteroidales , которые исключают Firmicutes и наоборот. Более того, применение FISH в сочетании с методами анализа спектральной визуализации раскрыло пространственную организацию мышей-гнотобиотов, колонизированных 15-членной микробиотой кишечника человека (Welch et al., 2017). В толстой кишке есть две густо колонизированные области: одна прилегает к слизистой оболочке, а другая граничит с частицами пищи в просвете.Небольшие различия в составе микробиоты в этих двух регионах позволяют предположить, что просвет и слизистую оболочку не следует определять как стратифицированные компартменты. Из-за различий в плотности микробов между тонкой и толстой кишкой на порядки количество микробов в поперечном сечении тонкой кишки в 10–1 миллион раз меньше, чем в толстой кишке. То есть, по сравнению с 1000 бактериями на поле зрения в толстой кишке, в тонком кишечнике почти нет бактерий.Из-за более высокой микробной плотности гистологический метод больше подходит для толстой кишки. Неправильная подготовка образца также может привести к потере содержимого кишечника на участках. По сравнению с другими методами метод встраивания Technovit h8100 может успешно сохранять трехмерную структуру кишечника и совместим с FISH и другими методами маркировки для визуализации микробных клеток в кишечнике мышей вместе со слизью и фекальными гранулами (Hasegawa et al. ., 2017). Эти методы визуализации могут одновременно обнаруживать некоторые культивируемые микробы с помощью флуоресцентных зондов, которые требуют предварительного проектирования, но они не могут иметь дело со сложными и разнообразными микробиомами. Для беспристрастного анализа сложной биогеографии кишечных микробов с высоким таксономическим разрешением Ravi et al. разработали выборку метагеномного графика путем секвенирования, который может анализировать пространственное расположение различных микробов без предварительного уточнения (Sheth et al., 2019). Они обнаружили, что сильная связь между Bacteroides во всех полостях кишечника и локальными областями бактериальной филогении и агрегации была связана с нарушением питания.Хотя установление микробиоты кишечника человека у мышей, свободных от микробов, дает нам решение проблемы отбора проб из кишечника человека, нельзя игнорировать влияние разницы в генном фоне на состав микробиоты (Wos-Oxley et al. ., 2012). В то же время на формирование микрофлоры кишечника человека у стерильных мышей также повлияет операция бактериальной трансплантации. Есть несколько моментов, на которые следует обратить внимание при оральном введении желудочного зонда.Из-за присутствия анаэробных бактерий во флоре человека их необходимо быстро ввести в пищеварительный тракт. Большой объем введения будет способствовать распространению и колонизации кишечного микробного сообщества мышей и защищать микробиоту от кишечных ферментов и изменений pH, а некоторые диеты для грызунов могут также стимулировать или подавлять рост некоторых бактерий (Rodriguez-Palacios et al., 2019) По сравнению с контрольной группой, мыши без микробов имеют значительно более длительное время прохождения через кишечник вместе с более низкими уровнями SCFAs, которые образуются в результате ферментации неперевариваемых углеводов комменсальными бактериями и могут способствовать дефекации (Vincent et al., 2018). Колонизация различных линий у стерильных мышей может влиять на перистальтику кишечника, влияя на уровень SCFA, что приводит к разному количеству фекальных гранул в толстой кишке. Следовательно, соотношение между бактериями и фекальными гранулами в отделе толстой кишки может немного отличаться.

    Перспектива

    Несмотря на значительные усилия исследователей по получению точных образцов, недостатки существующих методов отбора проб непреодолимы. Получение точных результатов из неточных образцов будет затруднительно.Фекалии стали источником образцов для большинства исследований бактериальной флоры из-за их удобства и неинвазивного характера, но даже содержание микробиоты в нижних отделах пищеварительного тракта, которое ближе всего к фекалиям, значительно отличается от такового в фекалиях (Zmora et al. , 2018). Большинство остальных методов отбора проб являются инвазивными и не подходят для здоровых людей. Вопросы, которые необходимо решить в будущих методах отбора проб, должны включать снижение инвазивности, отсутствие перекрестного загрязнения в фиксированных точках и минимизацию нарушения нормальной физиологии кишечника.

    Точность образцов оказывает заметное влияние на ценность исследований микробиоты кишечника; поэтому необходимы более точные методы отбора проб для обеспечения надежности исследования. Конструкция будущих оптимальных устройств для сбора кишечной микробиоты должна соответствовать следующим требованиям. Во-первых, устройства могут эффективно собирать кишечное содержимое в фиксированной точке и предотвращать перекрестное загрязнение образцов. Во-вторых, размер устройств должен быть небольшим, чтобы обеспечить беспрепятственный проход через привратник и илеоцекальный клапан.Кроме того, устройство имеет простую конструкцию и удобство в эксплуатации, а процесс отбора проб вызывает меньше психологического давления и дискомфорта. Материал, используемый в производственном оборудовании, должен быть нетоксичным, безвредным, нетератогенным и неканцерогенным. Более того, стоимость устройств также является ключевым фактором при проведении крупных когортных исследований. Наконец, учитывая, что подготовка кишечника оказывает большее влияние на состав микробиоты кишечника, новые технологии лучше всего устраняют эту процедуру. Ввиду недостатков существующих методов отбора проб, разработка более точных методов отбора проб имеет решающее значение для будущих исследований микробиоты кишечника.Для удовлетворения этих требований разработка глотательных устройств представляется наиболее целесообразным методом. В будущем небольшие автономные устройства для отбора проб позволят исследователям и клиницистам изучать кишечную флору со специфичностью, локализацией и чувствительностью. С другой стороны, пространственная структура кишечной флоры также является важным компонентом изучения взаимодействия между флорой и хозяином. По этическим причинам нецелесообразно собирать образцы, содержащие информацию о позиционных отношениях между микробами и кишечником.В качестве альтернативы установление микробиоты кишечника человека у мышей-гнотобиотов также дает нам решение трудностей отбора проб. Хотя флуоресцентная визуализация не может изучать сложные микробиомы, применение объективной пространственной макрогеномики у мышей-гнотобиотов значительно продвинет наше понимание пространственной организации кишечной микробиоты.

    Авторские взносы

    QT, GJ, GW, BW и HC разработали исследование. QT, GJ, GW, TL и XL собрали и проанализировали соответствующую информацию.QT, GJ, GW и HC написали статью. Все авторы принимали участие в окончательном утверждении статьи.

    Финансирование

    Это исследование было поддержано грантами (81570478, 81741075) Национального фонда естественных наук Китая, грантом (17JCYBJC24900) Фонда естественных наук Тяньцзиня и грантом (2019M651049) Фонда постдокторской науки Китая.

    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

    Алмейда А., Митчелл А. Л., Боланд М., Форстер С. С., Глор Г. Б., Тарковска А. и др. (2019). Новый геномный план микробиоты кишечника человека. Природа 568, 499–504. DOI: 10.1038 / s41586-019-0965-1

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Антонопулос, Д. А., Хьюз, С. М., Моррисон, Х. Г., Шмидт, Т. М., Согин, М. Л., и Янг, В. Б. (2009). Воспроизводимая динамика сообщества микробиоты желудочно-кишечного тракта после воздействия антибиотиков. Заражение. Иммун. 77, 2367–2375. DOI: 10.1128 / IAI.01520-08

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

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

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Белов Л., Мехер-Хомджи В., Путасвами В. и Миллер Р. (1999). Вестерн-блот-анализ желчи или кишечной жидкости пациентов с септическим шоком или синдромом системной воспалительной реакции с использованием антител к TNF-альфа, IL-1 альфа и IL-1 бета. Immunol. Cell Biol. 77, 34–40. DOI: 10.1046 / j.1440-1711.1999.00796.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Бентли Д. У., Николс Р. Л., Кондон Р. Э. и Горбач С. Л. (1972). Микрофлора подвздошной и внутрибрюшной толстой кишки человека: результаты прямой пункционной аспирации во время операции и оценка методики. J. Lab. Clin. Med. 79, 421–429.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Блэнтон, Л. В., Шарбонно, М. Р., Салих, Т., Баррат, М. Дж., Венкатеш, С., Илкавея, О., и др. (2016). Кишечные бактерии, предотвращающие нарушение роста, передаваемое микробиотой от недоедающих детей. Наука 80: 351. DOI: 10.1126 / science.aad3311

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Booijink, C. C. G. M., Эль-Айди, С., Раджилич-Стоянович, М., Heilig, H.G.H.J., Troost, F.J., Smidt, H., et al. (2010). В микробиоте подвздошной кишки человека обнаружены высокие временные и межиндивидуальные вариации. Environ. Microbiol. 12, 3213–3227. DOI: 10.1111 / j.1462-2920.2010.02294.x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Booijink, C. C. G. M., Zoetendal, E. G., Kleerebezem, M., and de Vos, W. M. (2007). Микробные сообщества в тонком кишечнике человека: сочетание разнообразия с метагеномикой. Future Microbiol. 2, 285–295. DOI: 10.2217 / 17460913.2.3.285

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Bucher, P., Gervaz, P., Egger, J.F., Soravia, C., and Morel, P. (2006). Морфологические изменения, связанные с механической подготовкой кишечника перед плановой колоректальной операцией: рандомизированное исследование. Дис. Двоеточие. Прямая кишка. 49, 109–112. DOI: 10.1007 / s10350-005-0215-5

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кэрролл, И.М., Чанг, Й.-Х., Парк, Дж., Сартор, Р. Б., и Рингель, Ю. (2010). Микробиота кишечника, связанная с просветом и слизистыми оболочками, у пациентов с синдромом раздраженного кишечника с преобладанием диареи. Gut Pathog. 2:19. DOI: 10.1186 / 1757-4749-2-19

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кэрролл И. М., Рингель-Кулька Т., Сиддл Дж. П., Клаенхаммер Т. Р. и Рингель Ю. (2012). Характеристика фекальной микробиоты с помощью высокопроизводительного секвенирования показывает стабильное микробное сообщество во время хранения. PLoS ONE 7: e46953. DOI: 10.1371 / journal.pone.0046953

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шарбонно, М. Р., О’Доннелл, Д., Блэнтон, Л. В., Тоттен, С. М., Дэвис, Дж. К. С., Баррат, М. Дж. И др. (2016). Сиалированные олигосахариды молока способствуют росту, зависящему от микробиоты, в моделях недоедания младенцев. Ячейка 164, 859–871. DOI: 10.1016 / j.cell.2016.01.024

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Корроди, П., Уайдман, П. А., Саттер, В. Л., Дреник, Э. Дж., Пассаро, Э., и Финеголд, С. М. (1978). Бактериальная флора тонкой кишки до и после процедуры шунтирования при патологическом ожирении. J. Infect. Дис. 137, 1–6. DOI: 10.1093 / infdis / 137.1.1

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Цуй, Дж., Чжэн, X., Хоу, В., Чжуан, Ю., Пи, X., и Ян, Дж. (2008). Изучение дистанционно управляемой системы доставки и отбора проб желудочно-кишечного тракта. Телемед.J. E. Health. 14, 715–719. DOI: 10.1089 / tmj.2007.0118

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Дункан, С. Х., Беленгер, А., Холтроп, Г., Джонстон, А. М., Флинт, Х. Дж., И Лобли, Г. Э. (2007). Снижение потребления углеводов с пищей у людей с ожирением приводит к снижению концентрации бутирата и бутират-продуцирующих бактерий в фекалиях. Заявл. Environ. Microbiol. 73, 1073–1078. DOI: 10.1128 / AEM.02340-06

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Данн, А.Б., Джордан, С., Бейкер, Б. Дж., И Карлсон, Н. С. (2017). Материнский микробиом младенца: соображения для родов и родов. MCN. Являюсь. J. Matern. Детские медсестры. 42, 318–325. DOI: 10.1097 / NMC.0000000000000373

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эрл, К. А., Биллингс, Г., Сигал, М., Лихтман, Дж. С., Ханссон, Г. К., Элиас, Дж. Э. и др. (2015). Количественная визуализация пространственной организации кишечной микробиоты. Клеточный микроб-хозяин 18, 478–488.DOI: 10.1016 / j.chom.2015.09.002

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эммерт-Бак, М. Р., Боннер, Р. Ф., Смит, П. Д., Чуаки, Р. Ф., Чжуан, З., Гольдштейн, С. Р. и др. (1996). Лазерная микродиссекция. Наука 274, 998–1001. DOI: 10.1126 / science.274.5289.998

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эрдоган А., Рао С. С., Галли Д., Джейкобс К., Ли Ю. Ю. и Баджер К. (2015).Избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике: дуоденальная аспирация против дыхательного теста на глюкозу. Нейрогастроэнтерол. Мотил. 27, 481–489. DOI: 10.1111 / nmo.12516

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Феррер, М., Мартинс душ Сантуш, В. А. П., Отт, С. Дж., И Мойя, А. (2014). Нарушение микробиоты кишечника во время терапии антибиотиками: многомерный подход. Кишечные микробы 5, 64–70. DOI: 10.4161 / gmic.27128

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Флорес, Р., Shi, J., Yu, G., Ma, B., Ravel, J., Goedert, J. J., et al. (2015). Среда для сбора и эффекты замедленного замораживания на микробный состав человеческого стула. Микробиом 3:33. DOI: 10.1186 / s40168-015-0092-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фостер, К. Р., Шлютер, Дж., Койт, К. З., и Ракофф-Нахум, С. (2017). Эволюция микробиома хозяина как экосистемы на привязи. Природа 548, 43–51. DOI: 10.1038 / природа23292

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Фухи, Ф., Дин, Дж., Ри, М. К., О’Салливан, О., Росс, Р. П., О’Каллаган, Г. и др. (2015). Воздействие замораживания на фекальную микробиоту, определенное с помощью секвенирования MiSeq и исследований на основе культур. PLoS ONE 10: e0119355. DOI: 10.1371 / journal.pone.0119355

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Го П. М., ван Дийен-Виссер М. П., Дэвис Б. И., Ленс Дж. И Бромбахер П. Дж. (1988). Микробная флора и метаболизм желчных кислот у пациентов с подвздошным резервуаром. Сканд. J. Gastroenterol. 23, 229–36.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Гудман, А. Л., Каллстром, Г., Фейт, Дж. Дж., Рейес, А., Мур, А., Дантас, Г. и др. (2011). Обширные персональные коллекции культур микробиоты кишечника человека, охарактеризованные и обработанные на мышах-гнотобиотах. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 108, 6252–6257. DOI: 10.1073 / pnas.1102

    8

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Горжелак, М.А., Гилл, С. К., Тасним, Н., Ахмади-Ванд, З., Джей, М., и Гибсон, Д. Л. (2015). Методы улучшения данных микробиома кишечника человека за счет уменьшения вариабельности за счет обработки образцов и хранения стула. PLoS ONE 10: e0134802. DOI: 10.1371 / journal.pone.0134802

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Грейс, Э., Шоу, К., Уилан, К., Андреев, Х. Дж. Н. (2013). Обзорная статья: избыточный бактериальный рост в тонком кишечнике — распространенность, клинические особенности, текущие и разрабатываемые диагностические тесты и лечение. Алимент. Pharmacol. Ther. 38, 674–688. DOI: 10.1111 / apt.12456

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хасегава, Ю., Марк Уэлч, Дж. Л., Россетти, Б. Дж., И Бориси, Г. Г. (2017). Сохранение трехмерной пространственной структуры микробиома кишечника. PLoS ONE 12: e188257. DOI: 10.1371 / journal.pone.0188257

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хаяси, Х., Такахаши, Р., Ниси, Т., Сакамото, М., Бенно, Ю. (2005). Молекулярный анализ микробиоты тонкой кишки, подвздошной кишки, слепой кишки и ректо-сигмоидальной кишки человека с использованием библиотек генов 16S рРНК и полиморфизма длин концевых рестрикционных фрагментов. J. Med. Microbiol. 54, 1093–1101. DOI: 10.1099 / jmm.0.45935-0

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Heinsen, F.-A., Knecht, H., Neulinger, S.C., Schmitz, R.A., Knecht, C., Kühbacher, T., et al. (2015). Динамические изменения микробиоты просвета и слизистой оболочки кишечника во время и после антибактериальной терапии паромомицином. Кишечные микробы 6, 243–254. DOI: 10.1080 / 194.2015.1062959

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Hsieh, Y.-H., Peterson, C.M., Raggio, A., Keenan, M.J., Martin, R.J., Ravussin, E., et al. (2016). Влияние различных методов обработки фекалий на оценку бактериального разнообразия в кишечнике человека. Фронт. Microbiol. 7: 1643. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.01643

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Huse, S.М., Янг, В. Б., Моррисон, Х. Г., Антонопулос, Д. А., Квон, Дж., Далал, С. и др. (2014). Сравнение методов взятия пробы кистью и биопсии подвздошной кишки для оценки микробиоты слизистой оболочки людей. Микробиом 2: 5. DOI: 10.1186 / 2049-2618-2-5

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Jalanka, J., Salonen, A., Salojärvi, J., Ritari, J., Immonen, O., Marciani, L., et al. (2015). Влияние очищения кишечника на микробиоту кишечника. Кишечник 64, 1562–1568. DOI: 10.1136 / gutjnl-2014-307240

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Йоханссон, М. Е. В., и Ханссон, Г. К. (2012). Сохранение слизи в гистологических срезах, иммуноокрашивание муцинов в фиксированной ткани и локализация бактерий с помощью FISH. Methods Mol. Биол. 842, 229–235. DOI: 10.1007 / 978-1-61779-513-8_13

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Кальсер, М.H., Cohen, R., Arteaga, I., Yawn, E., Mayoral, L., Hoffert, W., et al. (1966). Нормальная вирусная и бактериальная флора тонкого и толстого кишечника человека. N. Engl. J. Med. 274, 558–63. DOI: 10.1056 / NEJM1

    102741006

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Хошини Р., Дай С. К., Лескано С. и Пиментел М. (2008). Систематический обзор диагностических тестов избыточного бактериального роста в тонком кишечнике. Dig. Дис. Sci. 53, 1443–1454. DOI: 10.1007 / s10620-007-0065-1

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ким, С., Ковингтон А. и Памер Э. Г. (2017). Микробиота кишечника: антибиотики, резистентность к колонизации и кишечные патогены. Immunol. Ред. 279, 90–105. DOI: 10.1111 / imr.12563

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Козиолек, М., Гримм, М., Беккер, Д., Иорданов, В., Зоу, Х., Симидзу, Дж. И др. (2015). Исследование профилей pH и температуры в желудочно-кишечном тракте голодных людей с использованием системы intellicap ® . Дж.Pharm. Sci. 104, 2855–2863. DOI: 10.1002 / jps.24274

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ла Роса, П. С., Уорнер, Б. Б., Чжоу, Ю., Вайншток, Г. М., Содергрен, Э., Холл-Мур, К. М. и др. (2014). Структурированное развитие бактериальных популяций в кишечнике недоношенных детей. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 111, 12522–12527. DOI: 10.1073 / pnas.140

    11

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лавель, А., Леннон, Г., Дочерти, Н., Балф, А., Малкахи, Х.Э., Доэрти, Г. и др. (2013). Зависимые от глубины различия в структуре сообщества микробиоты толстой кишки человека в состоянии здоровья. PLoS ONE 8: e78835. DOI: 10.1371 / journal.pone.0078835

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Лавель А., Леннон Г., О’Салливан О., Дочерти Н., Балф А., Магуайр А. и др. (2015). Пространственная вариация микробиоты толстой кишки у пациентов с язвенным колитом и контрольных добровольцев. Кишечник 64, 1553–1561. DOI: 10.1136 / gutjnl-2014-307873

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ли Ю., Тиноко Р., Эльмен Л., Сегота И., Сиань Ю., Фудзита Ю. и др. (2019). Зависящий от микробиоты кишечника противоопухолевый иммунитет ограничивает рост меланомы у мышей Rnf5 — / -. Нац. Commun. 10: 1492. DOI: 10.1038 / s41467-019-09525-y

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ллойд-Прайс, Дж., Арзе, К., Анантакришнан, А.Н., Ширмер М., Авила-Пачеко Дж., Пун Т. В. и др. (2019). Многокомпонентность микробной экосистемы кишечника при воспалительных заболеваниях кишечника. Природа 569, 655–662. DOI: 10.1038 / s41586-019-1237-9

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Макферсон, А. Дж., Де Агуэро, М. Г., и Ганал-Вонарбург, С. К. (2017). Как питание и материнская микробиота формируют иммунную систему новорожденного. Нац. Rev. Immunol. 17, 508–517. DOI: 10.1038 / шт.2017,58

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    МакНалти, Н. П., Ву, М., Эриксон, А. Р., Пэн, К., Эриксон, Б. К., Мартенс, Е. С. и др. (2013). Влияние диеты на использование ресурсов модельной кишечной микробиотой человека, содержащей Bacteroides cellulosilyticus Wh3, симбионт с обширным гликобиомом. PLoS Biol. 11: e1637. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1001637

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Нава, Г.М., Фридрихсен, Х. Дж., И Стаппенбек, Т. С. (2011). Пространственная организация кишечной микробиоты восходящей ободочной кишки мышей. ISME J. 5, 627–638. DOI: 10.1038 / ismej.2010.161

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Quintanilha, A.G., Zilberstein, B., Santos, M.A.A., Pajecki, D., Hourneaux Moura, E.G., Alves, P.R.A. и др. (2007). Новый метод отбора проб для исследования микробиоты кишечника. World J. Gastroenterol. 13, 3990–3995.DOI: 10.3748 / wjg.v13.i29.3990

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ранжел И., Сундин Дж., Фуэнтес С., Репсилбер Д., де Вос В. М. и Брюммер Р. Дж. (2015). Взаимосвязь между фекальной и слизистой микробиотой у пациентов с синдромом раздраженного кишечника и здоровых субъектов. Алимент. Pharmacol. Ther. 42, 1211–1221. DOI: 10.1111 / apt.13399

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Резаи Неджад, Х., Oliveira, B.C.M, Sadeqi, A., Dehkharghani, A., Kondova, I., Langermans, J.A.M, et al. (2019). Незаменимая осмотическая таблетка для in-vivo отбора проб кишечного микробиома. Adv. Intell. Syst. 1: 1

    3. DOI: 10.1002 / aisy.201

    3

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рингель Ю., Махаршак Н., Рингель-Кулька Т., Вольбер Э. А., Сартор Р. Б. и Кэрролл И. М. (2015). Высокопроизводительное секвенирование выявляет различные микробные популяции в нишах слизистой оболочки и просвета у здоровых людей. Кишечные микробы 6, 173–181. DOI: 10.1080 / 194.2015.1044711

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Риордан, С. М., Макивер, К. Дж., Данкомб, В. М., и Болин, Т. Д. (1995). Бактериологический анализ биоптатов слизистой оболочки для выявления избыточного бактериального роста в тонкой кишке. Сканд. J. Gastroenterol. 30, 681–685. DOI: 10.3109 / 0036552950

    13

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Родригес-Паласиос, А., Хоретоненко, М.В., Илич, С. (2019). Институциональные протоколы для перорального введения (зонд) химических веществ и микроскопических микробных сообществ мышам: аналитический консенсус. Exp. Биол. Med. 244, 459–470. DOI: 10.1177 / 1535370219838203

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Роуэн, Ф., Дочерти, Н. Г., Мерфи, М., Мерфи, Т. Б., Коффи, Дж. К., и О’Коннелл, П. Р. (2010). Бактериальная колонизация слизистого геля крипт толстой кишки и активность заболевания при язвенном колите. Ann. Surg. 252, 869–874. DOI: 10.1097 / SLA.0b013e3181fdc54c

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Рассел В. Р., Грац С. В., Дункан С. Х., Холтроп Г., Инс Дж., Скобби Л. и др. (2011). Диеты для похудения с высоким содержанием белка и низким содержанием углеводов способствуют формированию профиля метаболитов, который может быть вредным для здоровья толстой кишки. Am. J. Clin. Nutr. 93, 1062–1072. DOI: 10.3945 / ajcn.110.002188

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Саффури, Г.Б., Шилдс-Катлер, Р. Р., Чен, Дж., Янг, Ю., Лекац, Х. Р., Хейл, В. Л. и др. (2019). Микробный дисбиоз тонкого кишечника лежит в основе симптомов, связанных с функциональными желудочно-кишечными расстройствами. Нац. Commun. 10: 2012. DOI: 10.1038 / s41467-019-09964-7

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шанахан, Э. Р., Чжун, Л., Тэлли, Н. Дж., Моррисон, М., Хольтманн, Г. (2016). Характеристика микробиоты слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта: новый метод предотвращения перекрестного заражения во время эндоскопических процедур. Алимент. Pharmacol. Ther. 43, 1186–1196. DOI: 10.1111 / apt.13622

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шефлин, А. М., Борресен, Э. К., Кирквуд, Дж. С., Бут, К. М., Уитни, А. К., Лу, С. и др. (2017). Пищевые добавки с рисовыми отрубями или темно-синей фасолью изменяют метаболизм кишечных бактерий у выживших после колоректального рака. Мол. Nutr. Food Res. 61: 905. DOI: 10.1002 / mnfr.201500905

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шет, Р.У., Ли, М., Цзян, В., Симс, П. А., Леонг, К. В. и Ван, Х. Х. (2019). Пространственная метагеномная характеристика микробной биогеографии кишечника. Нац. Biotechnol. 37, 877–883. DOI: 10.1038 / s41587-019-0183-2

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Шобар, Р. М., Велинени, С., Кешаварзян, А., Суонсон, Г., ДеМео, М. Т., Мелсон, Дж. Э. и др. (2016). Влияние подготовки кишечника на показатели, связанные с микробиотой, различается для здоровья и воспалительного заболевания кишечника, а также для отделов микробиоты слизистой оболочки и просвета. Clin. Пер. Гастроэнтерол. 7: e143. DOI: 10.1038 / ctg.2015.54

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Сонг, С. Дж., Амир, А., Меткалф, Дж. Л., Амато, К. Р., Сюй, З. З., Хамфри, Г. и др. (2016). Способы консервации отличаются стабильностью фекального микробиома. мСистемы 1, 1–12. DOI: 10.1128 / mSystems.00021-16

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Свидсински, А., Ленинг-Бауке, В., Верстрален, Х., Osowska, S., and Doerffel, Y. (2008). Биоструктура фекальной микробиоты здоровых людей и пациентов с хронической идиопатической диареей. Гастроэнтерология 135, 568–579. DOI: 10.1053 / j.gastro.2008.04.017

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Tap, J., Derrien, M., Törnblom, H., Brazeilles, R., Cools-Portier, S., Dor, é, J., et al. (2017). Идентификация сигнатуры кишечной микробиоты, связанной с тяжестью синдрома раздраженного кишечника. Гастроэнтерология 152, 111–123.e8. DOI: 10.1053 / j.gastro.2016.09.049

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Tap, J., Furet, J.-P., Bensaada, M., Philippe, C., Roth, H., Rabot, S., et al. (2015). Богатство кишечной микробиоты способствует ее стабильности при повышенном потреблении пищевых волокон у здоровых взрослых. Environ. Microbiol. 17, 4954–4964. DOI: 10.1111 / 1462-2920.13006

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Теджо, Д.I., Jonkers, D.M.A.E., Savelkoul, P.H., Masclee, A.A., van Best, N., Pierik, M.J., et al. (2015). Влияние отбора и хранения образцов на состав фекальной микробиоты у здоровых и больных людей. PLoS ONE 10: e0126685. DOI: 10.1371 / journal.pone.0126685

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тадепалли, Х., Лу, М. А., Бах, В. Т., Мацуи, Т. К., и Мандал, А. К. (1979). Микрофлора тонкого кишечника человека. Am. Дж.Surg. 138, 845–850. DOI: 10.1016 / 0002-9610 (79) -x

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тропини К., Мосс, Э. Л., Меррилл, Б. Д., Нг, К. М., Хиггинботтом, С. К., Казавант, Э. П. и др. (2018). Преходящее осмотическое нарушение вызывает долговременные изменения микробиоты кишечника. Cell 173, 1742–1754.e17. DOI: 10.1016 / j.cell.2018.05.008

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уно, Ю., Мунаката, А., и Охтомо Ю. (1998). Прощание с бактериемией, вызванной эндоскопической инъекцией — эффективность нового инъекционного катетера с закрытым кончиком. Гастроинтест. Endosc. 47, 523–525.

    PubMed Аннотация | Google Scholar

    Винсент, А. Д., Ван, X. Y., Парсонс, С. П., Хан, В. И., и Хейзинга, Дж. Д. (2018). Аномальная абсорбционная моторная активность толстой кишки у стерильных мышей устраняется бутиратом, эффект, возможно, опосредован серотонином слизистой оболочки. Am. J. Physiol. 315, G896 – G907.DOI: 10.1152 / ajpgi.00237.2017

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Vogtmann, E., Chen, J., Kibriya, M. G., Chen, Y., Islam, T., Eunes, M., et al. (2017). Сравнение методов сбора фекалий для исследований микробиоты в Бангладеш. Заявл. Environ. Microbiol. 83:17. DOI: 10.1128 / AEM.00361-17

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ван, З., Зольник, К. П., Цю, Ю., Усик, М., Ван, Т., Стриклер, Х.D., et al. (2018). Сравнение методов сбора фекалий для исследований микробиома и метаболомики. Фронт. Клетка. Заразить. Microbiol. 8: 301. DOI: 10.3389 / fcimb.2018.00301

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ватт, Э., Геммелл, М. Р., Берри, С., Глер, М., Фаркухарсон, Ф., Луи, П. и др. (2016). Расширенный анализ микробиома слизистой оболочки толстой кишки — оценка лаважа толстой кишки в качестве заместителя для эндоскопической биопсии толстой кишки. Микробиом 4:61.DOI: 10.1186 / s40168-016-0207-9

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уэлч, Дж. Л. М., Хасегава, Ю., МакНалти, Н. П., Гордон, Дж. И., и Бориси, Г. Г. (2017). Пространственная организация модели микробиоты кишечника человека, состоящей из 15 человек, созданная у мышей-гнотобиотов. Proc. Natl. Акад. Sci. США. 114, E9105 – E9114. DOI: 10.1073 / pnas.17115

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Уимберли Н., Фалинг Л. Дж. И Бартлетт Дж.Г. (1979). Метод волоконно-оптической бронхоскопии для получения незагрязненного секрета из нижних дыхательных путей для бактериального посева. Am. Преподобный Респир. Дис. 119, 337–343. DOI: 10.1164 / arrd.1979.119.3.337

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Wos-Oxley, M. L., Bleich, A., Oxley, A. P. A., Kahl, S., Janus, L.M., Smoczek, A., et al. (2012). Сравнительная оценка создания микробного сообщества кишечника человека на моделях грызунов. Кишечные микробы 3, 1–16.DOI: 10.4161 / gmic.19934

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Wu, G. D., Lewis, J. D., Hoffmann, C., Chen, Y.-Y., Knight, R., Bittinger, K., et al. (2010). Методы отбора проб и пиросеквенирования для характеристики бактериальных сообществ в кишечнике человека с использованием тегов последовательности 16S. BMC Microbiol. 10: 206. DOI: 10.1186 / 1471-2180-10-206

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Zarrinpar, A., Chaix, A., Yooseph, S., и Панда, С. (2014). Рацион и режим кормления влияют на суточную динамику микробиома кишечника. Cell Metab. 20, 1006–1017. DOI: 10.1016 / j.cmet.2014.11.008

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Zmora, N., Zilberman-Schapira, G., Suez, J., Mor, U., Dori-Bachash, M., Bashiardes, S., et al. (2018). Персонализированная устойчивость к колонизации слизистой оболочки кишечника эмпирическими пробиотиками связана с уникальными особенностями хозяина и микробиома. Ячейка 174, 1388–1405.e21. DOI: 10.1016 / j.cell.2018.08.041

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Зоетендал, Э. Г., Раес, Дж., Ван ден Богерт, Б., Арумугам, М., Буйжинк, К. К. Г. М., Троост, Ф. Дж. И др. (2012). Микробиота тонкого кишечника человека определяется быстрым поглощением и преобразованием простых углеводов. ISME J. 6, 1415–1426. DOI: 10.1038 / ismej.2011.212

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Зоетендаль, Э.Г., фон Райт, А., Вильппонен-Салмела, Т., Бен-Амор, К., Аккерманс, А. Д. Л., и де Вос, В. М. (2002). Бактерии, связанные со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта человека, равномерно распределены по толстой кишке и отличаются от сообщества, выделенного из фекалий. Заявл. Environ. Microbiol. 68, 3401–3407. DOI: 10.1128 / aem.68.7.3401-3407.2002

    PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Патент США на бактериальный штамм, экстракты обработанных растений, содержащие их композиции, способы их получения и их терапевтическое и промышленное применение. Патент (Патент № 6,534,054, выданный 18 марта 2003 г.)

    Это выделенное приложение U.S. приложение Сер. № 09/725 846, поданной 30 ноября 2000 г., которая находится на рассмотрении и является частичным продолжением заявки РСТ № IL00 / 00318, поданной 1 июня 2000 г.

    ОБЛАСТЬ И ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Настоящее изобретение относится к (i) непатогенному пробиотическому микроорганизму и его пробиотическому / терапевтическому применению; (ii) состав, содержащий водный раствор летучей фракции (VF), полученный из экстракта по меньшей мере одного материала растительного происхождения, и его терапевтическое применение; (iii) процесс изготовления композиции из материала растительного происхождения; (iv) пробиотическая композиция, содержащая непатогенный пробиотический микроорганизм по изобретению и / или другой пробиотический микроорганизм (ы), и состав по изобретению, и его пробиотические / терапевтические применения; (v) композиция для промышленного применения, содержащая композицию по изобретению и микроорганизм (ы), пригодный для промышленного применения; и (vi) промышленные процессы и аппараты, в которых используется последний состав.

    В нормальных условиях микрофлора желудочно-кишечного тракта вносит значительный вклад в здоровье и благополучие человека. Хорошо известно, что микрофлора представляет собой сложную и разнообразную популяцию микроорганизмов, которые могут оказывать как положительное, так и вредное воздействие на человека. В нормальных условиях беременности плод in utero стерилен, но при прохождении через влагалище во время родов он приобретает микроорганизмы, что приводит к образованию микрофлоры кишечника.Последняя аборигенная кишечная микрофлора, которая стабилизируется в кишечнике, представляет собой очень сложную коллекцию из более чем тысячи различных типов микроорганизмов, состоящую примерно из 400 различных типов бактерий & lsqb; Fuller R.J. Applied Bacteriology 66: 365-378 (1989) & rsqb ;. Состав микрофлоры кишечника определяется как факторами хозяина, так и микробами, и, хотя существует множество бактерий, которые могут выжить и расти в желудочно-кишечном тракте, многие не могут. Кроме того, выжившие организмы должны избегать эффекта перистальтики, которая обычно вымывает бактерии вместе с пищей.Это может быть достигнуто за счет иммобилизации бактерий путем прикрепления к стенке кишечника и / или за счет размножения со скоростью, превышающей скорость удаления за счет перистальтики.

    В целом присутствие микрофлоры кишечника является симбиотическим, поскольку микрофлора не только помогает разрушить некоторые неперевариваемые продукты, но и защищает человека от инфекций, вызванных патогенами. Это последнее явление было описано под такими названиями, как «бактериальный антагонизм», «бактериальное вмешательство», «барьерный эффект», «устойчивость к колонизации», «конкурентное исключение» и многие другие.

    Защитная микрофлора кишечника очень стабильна. Однако он менее эффективен для молодых, пожилых людей и пациентов с ограниченными возможностями. Кроме того, на него могут влиять определенные диетические факторы и факторы окружающей среды, из которых три наиболее важных — чрезмерная гигиена, антибиотикотерапия и стресс.

    В условиях, когда нарушается баланс микрофлоры кишечника, пробиотики становятся потенциально полезными для восстановления микрофлоры кишечника и позволяют индивидуальному хозяину вернуться к нормальному состоянию.

    Пробиотики — это класс микроорганизмов, определяемых как живые микробные организмы, которые благотворно влияют на животных и людей-хозяев. Благоприятные эффекты включают улучшение микробного баланса микрофлоры кишечника или улучшение свойств местной микрофлоры. Благоприятные эффекты пробиотиков могут быть опосредованы прямым антагонистическим действием против определенных групп организмов, приводящим к уменьшению их численности, влиянием на их метаболизм или стимуляцией иммунитета.Пробиотики могут подавлять количество жизнеспособных нежелательных организмов, производя антибактериальные соединения, конкурируя за питательные вещества или места прикрепления. Кроме того, они могут изменять микробный метаболизм, увеличивая или уменьшая активность ферментов, или они могут стимулировать иммунную систему, увеличивая уровни антител или увеличивая активность макрофагов.

    WO95 / 16461 описывает пробиотическую композицию анаэробных бактерий, эффективную для контроля или ингибирования колонизации сальмонелл у домашних животных.Композиция пробиотика включает популяции или культуры 29 практически биологически чистых бактерий, в том числе E. coli. Однако подавление патогена пробиотической композицией, описанной в этой публикации PCT, требует комбинированного действия большого количества бактериальных штаммов.

    WO97 / 35596 описывает введение свежеприготовленной смеси пробиотиков, полученной смешиванием порошка, содержащего Lactobacillus reuteri, Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium infantis, с жидкостью.Смесь описана как эффективная для предотвращения инфекционной диареи или диареи, вызванной терапией антибиотиками у людей. Однако лиофилизированные живые бактерии находятся в анабиотическом состоянии. Необходимость увлажнять микроорганизм перед введением для восстановления его жизнеспособности является недостатком, поскольку обычно многие бактерии не выживают при регидратации. Более того, выжившие организмы не сразу становятся метаболически активными и не могут выжить в экстремальных кислотных условиях желудка.Кроме того, при введении реципиенту с диареей скорость их удаления из кишечника может превышать скорость восстановления жизнеспособности, что приводит к минимальному положительному эффекту или его отсутствию.

    Сохранение жизнеспособности и сохранение активности пробиотических организмов путем их создания является предметом многочисленных публикаций. WO98 / 26787 описывает усиление резидентной популяции продуцирующих молочную кислоту микроорганизмов, предпочтительно лактобактерий, в желудочно-кишечном тракте животного путем обеспечения их с -глюканом, необязательно в комбинации с пребиотическими и / или пробиотическими микроорганизмами.

    WO97 / 34591 также описывает увеличение резидентной популяции микроорганизмов или подавление нежелательной резидентной популяции в выбранном участке желудочно-кишечного тракта индивидуума путем предоставления индивиду выбранным модифицированным или немодифицированным крахмалом или их смесями, которые действовать как носитель для одного или нескольких пробиотических микроорганизмов и как среда для роста или поддержания микроорганизмов. Пробиотические элементы связываются с носителем таким образом, чтобы защищать микроорганизмы во время прохождения в толстую кишку или другие области желудочно-кишечного тракта.

    Микроорганизмы используются в различных промышленных процессах. Эти процессы можно разделить на непрерывные и периодические процессы. В непрерывных процессах, таких как непрерывная линия аэробной или анаэробной ферментации, используемых для производства различных продуктов ферментации, включая, например, этанол и метанол, ферментируемое сырье непрерывно подается в линию, а ферментируемый продукт непрерывно собираются с линии контролируемым образом, так что популяция микроорганизмов в линии поддерживается на протяжении всего процесса.В периодических процессах, таких как, но не ограничиваясь, периодическая аэробная или анаэробная ферментация, биоразложение масла, например, при разливе нефти и т.п., ферментируемое сырье смешивают с популяцией микроорганизмов, чтобы ускорить брожение. Как в процессах непрерывной ферментации, так и в процессах периодической ферментации в некоторых случаях желательно запускать или возобновлять процесс с большой и жизнеспособной популяцией соответствующих микроорганизмов. Например, при биоразложении нефти выгодно начинать процесс с как можно большей популяции микроорганизмов Pseudomonas spp.или Alcaligenes spp., например, чтобы минимизировать время полного биоразложения масла. При использовании фильтров, обогащенных микроорганизмами, для биоразложения органических паров или летучих веществ, результатом является непрерывный процесс, в котором загрязняющие соединения разлагаются до безвредных соединений. Однако выживание микроорганизмов, присутствующих в фильтре, зависит от непрерывной подачи органических паров или летучих веществ. Тем не менее, в некоторых случаях прекращается подача органических паров или летучих веществ, и в результате микроорганизмы теряются.При таких обстоятельствах требуется восстановление эффективного жизнеспособного количества микроорганизмов в фильтре за короткий период времени, чтобы можно было немедленно восстановить работоспособный фильтр.

    Таким образом, существует широко признанная потребность в препарате, в котором микроорганизмы, включая пробиотические микроорганизмы и микроорганизмы, полезные для различных промышленных применений, могли бы сохраняться жизнеспособными и в метаболически активной форме в течение длительного времени, и было бы очень выгодно иметь такой состав. периоды времени.

    При реализации настоящего изобретения на практике неожиданно было обнаружено, что один вид непатогенного пробиотического микроорганизма, полученного из E. coli, способен восстанавливать нормальную флору ЖКТ человека и различных млекопитающих и птиц. . Также неожиданно было обнаружено, что этот микроорганизм, а также другие микроорганизмы могут сохраняться в течение длительных периодов времени в жизнеспособной и метаболически активной форме в составе, содержащем водный раствор летучих фракций (фракций) различных растительных экстрактов.Было обнаружено, что пробиотическая композиция, содержащая пробиотический организм, суспендированный в составе, эффективна при лечении и профилактике различных желудочно-кишечных расстройств. Кроме того, неожиданно было обнаружено, что композиция сама по себе эффективна в качестве усилителя набора массы тела и в качестве иммуностимулятора у млекопитающих и птиц.

    СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставляется штамм Escherichia coli BU-230-98 ATCC Депозит №20226 (DSM 12799).

    В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается пробиотическая композиция, содержащая жизнеспособный штамм Escherichia coli BU-230-98, депозит № 20226 АТСС (DSM 12799), и препарат для поддержания жизнеспособности штамма Escherichia coli. Композиция пробиотика предпочтительно дополнительно включает по меньшей мере один ароматизатор. Предпочтительно композиция включает по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, полученного паровой дистилляцией растения (например,g., свекла, укроп, петрушка или грейпфрут) экстракт при пониженном давлении и температуре бани, предпочтительно не выше 38 ° C.

    Пробиотическая композиция по настоящему изобретению может быть идентифицирована для предотвращения или лечения желудочно-кишечных инфекций или расстройств, поддержания или восстановления нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта, предотвращения или лечения диареи, предотвращения или лечения желудочно-кишечной инфекции, вызванной кишечным патогеном, таким как Грамотрицательные бактерии или грамположительные бактерии, предотвращающие или лечящие желудочно-кишечную инфекцию Salmonella, предотвращающие или лечящие инфекционную диарею, вызванную, например, C.difficile, Salmonella, особенно S. Shigella, Campylobacter, E. coli, Proteus, Pseudomonas или Clostridium, хроническая диарея или диарея, возникающая в результате антибактериальной терапии, лучевой терапии или химиотерапии, и / или для нормализации физиологической активности желудочно-кишечного тракта.

    Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется состав, содержащий по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, летучую фракцию получают путем паровой дистилляции растительного экстракта при пониженном давлении и при температуре ванны, не превышающей выше 38 ° С.Растительный экстракт предпочтительно получают из органа растения, выбранного из группы, состоящей из листьев, стеблей, корней и плодов. Растение может быть овощем, таким как соя, люцерна, чеснок, свекла и капуста, или приправой, такой как петрушка, мята и укроп. Состав может дополнительно включать продукт для пчелиного улья, такой как, но не ограничиваясь этим, прополис. Композиция может служить в качестве ветеринарного корма или пищевой добавки для увеличения веса животного у реципиента. Он также может служить для сохранения жизнеспособных бактерий, как описано здесь далее.

    Следовательно, согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ получения летучей фракции растения, включающий стадии (а) измельчения материала, полученного из растений, с получением биомассы растения; (б) смешивание растительной биомассы с водой и перемешивание при температуре окружающей среды; (c) перегонка с водяным паром смеси, полученной на стадии (b), при пониженном давлении и температуре бани не выше 38 ° C; и (d) сбор летучей фракции, полученной при перегонке с водяным паром.Предпочтительно пониженное давление составляет 5-10 мбар. Этот состав может быть использован в качестве пищевой добавки, кормовой добавки и имеет неожиданное терапевтическое применение, а также обладает полезными свойствами по сохранению бактерий. Также описан терапевтический состав, содержащий летучую фракцию растения, который может быть приготовлен путем смешивания по меньшей мере одной летучей фракции (VF) растительного экстракта с физиологически или ветеринарно приемлемыми добавками, носителями или разбавителями. Предпочтительно летучую фракцию получают путем паровой перегонки растительного экстракта при пониженном давлении и температуре бани не выше 38 ° C.

    Таким образом, согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается пробиотическая композиция, содержащая (а) эффективное количество по меньшей мере одного жизнеспособного пробиотического микроорганизма, обладающего полезной биологической или терапевтической активностью в желудочно-кишечном тракте; и (b) по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, предпочтительно полученного, как описано в данном документе. Пробиотическим микроорганизмом может быть E. coli, предпочтительно штамм BU-230-98, Депозит АТСС № 202226, и он может быть идентифицирован для лечения или профилактики любого из вышеуказанных расстройств / патологий / заболеваний / синдромов, а также в дополнение или как Альтернатива может быть идентифицирована для лечения или профилактики симптомов диспепсии, для усиления иммунного ответа у пациента, страдающего иммунным расстройством, в результате, например, подавляющей иммунный ответ терапии.

    Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется композиция, содержащая (а) по меньшей мере один микроорганизм, такой как Escherichia spp., Alcaligenes spp., Arthrobacter spp., Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., Lactococcus spp. , Nitrosomonas spp. и Pseudomonas spp .; и (b) по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, по меньшей мере одну летучую фракцию выбирают так, чтобы поддерживать жизнеспособность по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев, предпочтительно по меньшей мере 3-6 месяцев, более предпочтительно 6-12 месяцев или более при комнатной температуре.

    В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предоставляется способ выращивания штамма Escherichia coli BU-230-98, депозит № 20226 ATCC (DSM 12799), включающий стадию посева заквасочного укрытия штамма Escherichia coli BU- 230-98 ATCC. Депозит № 20226 (DSM 12799) в питательную среду и выращивание штамма Escherichia coli до оптической плотности 15-30 при 650 нм.

    Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ производства пробиотической композиции, включающий стадию суспендирования жизнеспособного штамма Escherichia coli BU-230-98 ATCC Депозит №20226 (DSM 12799) в составе для поддержания жизнеспособности штамма Escherichia coli. Предпочтительно композиция включает по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, полученную, предпочтительно, путем паровой дистилляции растительного экстракта при пониженном давлении и температуре бани не выше 38 ° C, полученную, например, из Орган растения, выбранный из группы, состоящей из листьев, стеблей, корней и фруктов, овощей и трав, таких как соевые бобы, петрушка, мята, укроп, люцерна, чеснок, свекла или капуста.

    Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ приготовления пробиотической композиции, включающий стадию суспендирования эффективного количества по меньшей мере одного жизнеспособного пробиотического микроорганизма, обладающего полезной биологической или терапевтической активностью в желудочно-кишечном тракте в желудочно-кишечном тракте. состав, содержащий по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта.

    Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ приготовления композиции, включающей жизнеспособные микроорганизмы, причем процесс включает стадию суспендирования по меньшей мере одного микроорганизма в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта. по меньшей мере одну летучую фракцию выбирают так, чтобы поддерживать жизнеспособность по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.Микроорганизмом могут быть, например, Escherichia spp., Alcaligenes spp., Arthrobacter spp., Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., Lactococcus spp., Nitrosomonas spp. или Pseudomonas spp.

    Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставляется дозатор микроорганизмов, содержащий резервуар и соединенный с ним дозирующий механизм, причем резервуар вмещает по меньшей мере один микроорганизм в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительный экстракт, по меньшей мере, одна летучая фракция выбрана так, чтобы поддерживать жизнеспособность по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ биоконтроля организма, при этом способ включает стадию распространения в эндемичной области по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма, способного к биологическому контролю над организмом, по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма будучи в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, по меньшей мере одну летучую фракцию выбирают так, чтобы поддерживать жизнеспособность по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предоставляется способ устранения загрязнения нефтью, причем способ включает стадию распространения на загрязненной территории по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма, способного разлагать нефть, причем по меньшей мере один жизнеспособный микроорганизм находится в состав, содержащий по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, по меньшей мере одну летучую фракцию выбирают так, чтобы поддерживать жизнеспособность по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ восстановления популяции микроорганизмов, разлагающих органические пары, в биофильтре, причем этот способ включает стадию распределения на фильтре по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма, способного разлагать органические пары, причем по меньшей мере один жизнеспособный микроорганизм находится в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, по меньшей мере одну летучую фракцию выбирают так, чтобы поддерживать жизнеспособность по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставляется способ приготовления закваски для процесса ферментации, причем способ включает стадию выращивания достаточного количества заквасочного микроорганизма и суспендирование заквасочного микроорганизма в составе, содержащем по меньшей мере одна летучая фракция (VF) растительного экстракта, по меньшей мере, одна летучая фракция выбрана так, чтобы поддерживать жизнеспособность заквасочного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

    Изобретение здесь описано только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи. С конкретной ссылкой на чертежи в деталях, следует подчеркнуть, что детали, показанные в качестве примера и в целях иллюстративного обсуждения предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, представлены только для того, чтобы предоставить то, что, как считается, быть наиболее полезным и понятным описанием принципов и концептуальных аспектов изобретения.В этом отношении не предпринимается попыток показать структурные детали изобретения более подробно, чем это необходимо для фундаментального понимания изобретения, описание, взятое вместе с чертежами, делает очевидным для специалистов в данной области техники, как несколько форм изобретения могут быть воплощены на практике.

    На чертежах:

    РИС. 1 — схематическое изображение дозатора согласно настоящему изобретению.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

    Настоящее изобретение относится к (i) непатогенному пробиотическому микроорганизму и его пробиотическому / терапевтическому применению; (ii) состав, содержащий водный раствор летучей фракции (VF), полученный из экстракта по меньшей мере одного материала растительного происхождения, и его терапевтическое применение; (iii) процесс изготовления композиции из материала растительного происхождения; (iv) пробиотическая композиция, содержащая непатогенный пробиотический микроорганизм по изобретению и / или другой пробиотический микроорганизм (ы), и состав по изобретению, и его пробиотические / терапевтические применения; (v) композиция для промышленного применения, содержащая композицию по изобретению и микроорганизм (ы), пригодный для промышленного применения; и (vi) промышленные процессы и аппараты, в которых используется последний состав.

    Принципы и действие настоящего изобретения можно лучше понять со ссылкой на чертежи и сопроводительные описания.

    Прежде чем подробно объяснять по меньшей мере один вариант осуществления изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничивается в своем применении деталями, изложенными в нижеследующем описании или проиллюстрированными примерами. Изобретение может быть реализовано в других вариантах или может быть реализовано на практике или реализовано различными способами.Также следует понимать, что используемые здесь фразеология и терминология предназначены для описания и не должны рассматриваться как ограничивающие.

    В одном из аспектов настоящее изобретение относится к пробиотическому микроорганизму, представляющему собой непатогенную бактерию, полученную из E. coli, обладающую полезной физиологической и / или терапевтической активностью, например, в желудочно-кишечном тракте и депонированную в АТСС под депозитом № 202226 и в ДСМЗ по депозиту № 12799.

    «Пробиотик» используется здесь как прилагательное для описания изолированной бактерии, обладающей свойством ингибировать рост по меньшей мере одного патогена.Используемый здесь тест на ингибирование представлял собой тест in vitro на твердой среде, в котором наблюдались культуральные супернатанты выделенных бактерий-кандидатов на предмет их свойства ингибировать рост патогена при нанесении на поверхность твердой среды. Обычно бумажный диск, пропитанный культуральным супернатантом пробиотического штамма-кандидата, помещали на поверхность чашки с агаром, засеянной патогеном. Супернатанты пробиотических бактерий вызывали образование кольца из прозрачного агара или пониженную плотность роста, что указывает на ингибирование патогена в непосредственной близости от диска.Существуют и другие тесты на ингибирование, которые доступны или могут быть разработаны, включая тесты прямой конкуренции роста, in vitro или in vivo, которые могут генерировать панель пробиотических бактерий, аналогичную описанной здесь. Бактериальные штаммы, идентифицированные с помощью любого такого теста, относятся к категории пробиотических бактерий в соответствии с этим термином.

    Пробиотические бактерии по настоящему изобретению могут служить в качестве пищевой или кормовой добавки, чтобы обеспечить пищевой или кормовой продукт, дополненный жизнеспособным штаммом Escherichia coli BU-230-98 ATCC Депозит №20226 (DSM 12799). Пищевой продукт по настоящему изобретению может дополнительно включать по меньшей мере одно вещество, полученное из молока, и может быть выбран из группы, состоящей из сыра и йогурта.

    Настоящее изобретение также относится к составу, содержащему по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, причем летучая фракция получается перегонкой растительного экстракта при пониженном давлении и температуре бани, обычно не превышающей 38 ° C.

    Растительный материал, из которого может быть получена летучая фракция, может быть любой подходящей частью растения, такой как плод, лист, стебель или корень.В качестве источника летучих фракций подходят многие растения, например яблоки, цитрусовые, соевые бобы, свекла, капуста, чеснок и люцерна, а также травы, такие как петрушка, мята и укроп. Композиции по настоящему изобретению могут необязательно дополнительно включать подходящее количество летучей фракции продукта пчеловодства, такого как мед, прополис или другой продукт улья, которые могут быть приготовлены таким же образом, как описано в данном документе, для получения летучих фракций из растительных экстрактов.

    Как будет более подробно описано в следующих примерах, сам состав можно использовать в качестве пищевой / кормовой добавки.Изобретателями было обнаружено, что он обладает активностью по увеличению веса, и это составляет аспект изобретения. Согласно конкретному варианту осуществления этого аспекта изобретения композиция или кормовая добавка, увеличивающие прирост массы животных, содержат дистиллированную воду и летучие фракции люцерны, соевых бобов, свеклы и укропа, предпочтительно при объемном соотношении летучих фракций 2: 8. : 1: 4. В качестве альтернативы состав или кормовая добавка по настоящему изобретению содержит дистиллированную воду и летучие фракции моркови, свеклы, укропа и грейпфрута (по 1 части каждая) на 100 частей воды.Еще в качестве альтернативы состав или пищевая добавка по настоящему изобретению содержит дистиллированную воду и летучие фракции свеклы, укропа и петрушки (по 1 части каждая) на 100 частей воды.

    В дополнительном аспекте изобретение относится к композиции, содержащей вышеуказанный состав по изобретению и по меньшей мере один жизнеспособный микроорганизм, либо пробиотический организм, обладающий терапевтической или полезной биологической активностью, например, в желудочно-кишечном тракте человека и / или животное, чтобы таким образом получить пробиотическую композицию, или организм, имеющий промышленное применение, чтобы тем самым обеспечить композицию промышленного применения.

    Особое преимущество пробиотических и промышленных композиций по изобретению проистекает из того факта, что они представляют собой жидкие препараты. Находясь в биологически активных условиях, композиция также служит в качестве поддерживающей среды для живых бактерий, в отличие от лиофилизированных композиций, в которых бактерии находятся в анабиотическом состоянии. В результате пробиотическая композиция по изобретению, например, активна сразу после перорального введения, начиная с верхней части желудочно-кишечного тракта, где проявляются первичные эффекты большинства кишечных патогенов, вызывая развитие неблагоприятных желудочно-кишечных заболеваний. синдромы.Композиции пробиотиков по изобретению также можно использовать в качестве препаратов для увеличения массы тела или пищевых / кормовых добавок. Точно так же промышленная композиция по настоящему изобретению может быть использована для эффективного восстановления популяции микроорганизмов, пригодных для промышленного применения.

    Таким образом, отмечается, что для пробиотических применений с растением могут использоваться другие пробиотические бактерии, кроме принадлежащих к штамму BU-230-98 (Депозит АТСС № 202226, также депонированный в DSM под № 12799). состав изобретения, полученный из материала.Такие пробиотические бактерии обладают очень широким спектром антагонистической активности. Они также принадлежат к той же филогенетической группе большинства кишечных патогенов и разделяют одни и те же системы выживания. Следовательно, подавление и исключение кишечных патогенов может включать множество различных механизмов, например секрецию антагонистического материала, конкуренцию за использование питательных веществ и конкуренцию за рецепторы адгезии. Таким образом, любые непатогенные бактерии, которые соответствуют этим критериям, могут использоваться в пробиотических композициях по изобретению.

    Согласно дополнительному аспекту изобретения пробиотические композиции по изобретению можно использовать для предотвращения или лечения желудочно-кишечных инфекций. Термин «желудочно-кишечная инфекция» следует понимать как любую инфекцию, вызванную кишечным патогеном, включая, среди прочего, грамотрицательные и грамположительные бактерии. Посредством улучшения общего баланса и здоровья желудочно-кишечного тракта составы и пробиотические композиции по настоящему изобретению могут быть полезными для профилактики инфекций желудочно-кишечного тракта, вызываемых дрожжами, вирусами и простейшими.

    Термин «терапевтически эффективное количество» или «эффективное количество» для целей здесь означает количество, определяемое такими соображениями, которые известны в данной области. Количество должно быть достаточным для эффективного восстановления микрофлоры желудочно-кишечного тракта, что приведет к нормализации функции желудочно-кишечного тракта.

    В конкретном варианте осуществления пробиотическая композиция для предотвращения развития желудочно-кишечных инфекций включает композицию по настоящему изобретению, изготовленную из дистиллированной воды и летучих фракций люцерны, соевых бобов, свеклы, укропа и мяты, как определено в данном документе, в объемном соотношении оф, эл.g., 5: 1: 5: 15: 1, и терапевтически эффективное количество пробиотических бактерий, таких как E. coli ATCC Deposit No. 202226 (идентично DSM 12799) или любых других пробиотических бактерий.

    Конкретным примером желудочно-кишечной инфекции является инфекция, вызываемая сальмонеллой, и настоящее изобретение имеет особое преимущество в предотвращении или лечении желудочно-кишечных инфекций, вызванных ею.

    Кроме того, пищевая добавка или состав по настоящему изобретению, отдельно или в комбинации с эффективным количеством пробиотического микроорганизма, такого как E.coli, депозитарный номер ATCC № 202226 (идентичный DSM 12799), может использоваться для лечения или профилактики инфекционной диареи, хронической диареи или диареи, вызванной антибиотиками или химиотерапией.

    Согласно дополнительному конкретному варианту осуществления изобретения такая пробиотическая композиция для лечения диареи может содержать дистиллированную воду и летучие фракции люцерны, соевых бобов, свеклы, укропа и мяты в объемном соотношении, например, 5: 1: 5: 15: 1, и терапевтически эффективное количество ATCC No.202226 (ДСМЗ 12799).

    Инфекционная диарея может быть вызвана множеством факторов, например, микроорганизмом, выбранным из C. difficile, Salmonella, особенно S. Shigella, Campylobacter, E. coli, Proteus, Pseudomonas, Clostridium, кишечного стафилококка. Это лишь некоторые из многих возбудителей инфекции.

    Кроме того, пробиотические композиции по настоящему изобретению можно использовать для эффективного восстановления микрофлоры желудочно-кишечного тракта у субъекта, нуждающегося в таком лечении, которое приводит к нормализации функции желудочно-кишечного тракта.Такие композиции могут включать, например, дистиллированную воду и летучие фракции люцерны, соевых бобов, свеклы, укропа, мяты, петрушки и капусты, предпочтительно при соотношении летучих фракций, например, 1: 5: 5: 2: 2: 1, и терапевтически эффективное количество пробиотических бактерий ATCC Deposit No. 202226 (DSM 12799).

    Другие цели, для которых пробиотические композиции по изобретению, содержащие по меньшей мере одну пробиотическую бактерию, оказывающую терапевтическое действие, например, на желудочно-кишечный тракт, включают облегчение непереносимости лактозы у субъектов, страдающих непереносимостью лактозы, лечение энтероколита, лечение запоров. для снижения уровня холестерина в крови, для лечения симптомов диспепсии и / или для стимуляции иммунной системы у субъектов, страдающих расстройством иммунной системы, которое может быть иммунным расстройством, вызванным иммуносупрессивной терапией.

    В другом аспекте изобретение относится к способу получения летучей фракции растительного экстракта, который включает стадии: (а) измельчения вещества, производного от растений, для получения биомассы растений; (b) смешивание растительной биомассы, полученной на стадии (а), с водой в массовом соотношении предпочтительно 3 части воды на 1 часть растительной биомассы и перемешивание ее в течение по меньшей мере 2 часов при температуре окружающей среды; (c) перегонку смеси, полученной на стадии (b), при пониженном давлении и температуре бани, предпочтительно не превышающей 38 ° C.; и (d) сбор летучей фракции, полученной при перегонке с водяным паром, которая может быть дополнительно разбавлена ​​подходящим буфером.

    Летучая фракция изобретения может быть смешана с водой с получением пищевой / кормовой добавки или состава по изобретению. Пищевая / кормовая добавка или состав по настоящему изобретению также могут быть приготовлены путем смешивания более чем одной летучей фракции растений, полученных способом по настоящему изобретению. Эту смесь можно дополнительно смешать с водой.

    Летучие фракции могут быть получены из любых подходящих фруктов, овощей, листьев, стеблей или корней растения.Растением может быть, например, яблоко, цитрусовые, соевые бобы, свекла, чеснок, капуста или люцерна, или трава, такая как петрушка, мята или укроп. Следует отметить, что при необходимости состав может дополнительно включать летучие фракции продуктов пчеловодства, таких как мед или прополис, или другие продукты пчеловодства. Эти летучие фракции могут быть получены таким же образом, как и летучие фракции растительного экстракта.

    Согласно способу изобретения стадию перегонки предпочтительно проводят при пониженном давлении 5-10 мбар.

    Как указано выше, пищевая / кормовая добавка или состав по настоящему изобретению могут быть дополнительно объединены по меньшей мере с одним пробиотиком или промышленным агентом с получением пробиотических или промышленных композиций по настоящему изобретению. Таким образом, способ получения изобретения может также дополнительно включать стадию суспендирования по меньшей мере одного жизнеспособного пробиотического или промышленного микроорганизма в летучей фракции, полученной на указанной стадии (d), или в смеси таких летучих фракций, полученных, как описано выше.

    В соответствии с конкретным процессом изобретения суспендированный пробиотический микроорганизм может быть новой бактерией изобретения, полученной из E. coli и депонированной в АТСС под депозитом № 202226 (и в DSM под депозитом № 12799).

    Наконец, изобретение относится к использованию летучей фракции (VF) растительного экстракта при приготовлении пищевой / кормовой добавки, где VF получают путем паровой дистилляции указанного растительного экстракта или из экстракта продуктов пчеловодства, такого как мед. или прополис при температуре бани не выше 38 ° С.

    Дополнительные аспекты изобретения включают способ приготовления композиции, включающей жизнеспособные микроорганизмы. Процесс осуществляется путем суспендирования по меньшей мере одного микроорганизма в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта. Композиция подбирается таким образом, чтобы поддерживать жизнеспособность микроорганизма (ов) в течение не менее 2 месяцев при комнатной температуре. Выбранный микроорганизм может быть пробиотическим или иметь промышленное применение. Организмы, которые могут поддерживаться в составе по настоящему изобретению, включают Escherichia spp., Alcaligenes spp., Arthrobacter spp., Bifidobacterium spp., Lactobacillus spp., Lactococcus spp., Nitrosomonas spp. и Pseudomonas spp.

    Как показано на фиг. 1, в другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает дозатор 10 микроорганизмов. Дозатор 10 включает резервуар 12 и соединенный с ним дозирующий механизм 14. Резервуар 12 содержит по меньшей мере один микроорганизм в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта. Композиция подбирается таким образом, чтобы поддерживать жизнеспособность микроорганизма (ов) в течение не менее 2 месяцев при комнатной температуре.Резервуар 12 может быть охлажден, скажем, примерно до 2-20 ° C, предпочтительно до примерно 4 ° C. Дозатор 10 может быть диспенсером для транспортировки по воздуху, чтобы обеспечить диспергирование биоагентов для борьбы с вредителями. Дозатор можно держать в руке. В любом случае дозатор может быть спроектирован так, чтобы автоматически выдавать из него заранее определенный объем, например, периодически. Для этого дозатор 10 может включать в себя программируемый или предварительно настроенный механизм 16 управления, клапаны 18 и т. Д.

    Таким образом, согласно другому аспекту настоящее изобретение обеспечивает способ биоконтроля организма, который осуществляется путем распространения в эндемичной области по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма, способного к биологическому контролю над организмом.Жизнеспособные микроорганизмы присутствуют в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, выбранную таким образом, чтобы поддерживать жизнеспособность указанного по меньшей мере одного микроорганизма (ов) в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Еще в соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает способ устранения нефтяного загрязнения, которое достигается путем распространения на загрязненной территории по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма, способного разлагать нефть, такого как Pseudomonas spp. Жизнеспособный микроорганизм (ы) присутствует в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, выбранную таким образом, чтобы поддерживать жизнеспособность указанного по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Еще в соответствии с другим аспектом настоящее изобретение обеспечивает способ восстановления популяции микроорганизмов, разлагающих органические пары, в биофильтре путем распределения на фильтре по меньшей мере одного жизнеспособного микроорганизма, такого как Pseudomonas spp., Nitrosomonas spp. Или Arthrobacter spp. способны разлагать органические пары. Жизнеспособный микроорганизм (ы) присутствует в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, выбранную таким образом, чтобы поддерживать жизнеспособность указанного по меньшей мере одного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Еще в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ приготовления закваски для процесса ферментации путем выращивания достаточного количества заквасочных микроорганизмов, таких как Lactococcus spp., Escherichia spp., Bifidobacterium spp., Lactobacillus, Lactococcus spp. или Pseudomonas spp. и суспендирование заквасочного микроорганизма в составе, содержащем по меньшей мере одну летучую фракцию (VF) растительного экстракта, выбранную таким образом, чтобы поддерживать жизнеспособность указанного заквасочного микроорганизма в течение по меньшей мере 2 месяцев при комнатной температуре.

    Дополнительные цели, преимущества и новые особенности настоящего изобретения станут очевидными для обычного специалиста в данной области после изучения следующих примеров, которые не предназначены для ограничения. Кроме того, каждый из различных вариантов осуществления и аспектов настоящего изобретения, очерченных выше и заявленных в нижеследующем разделе формулы изобретения, находит экспериментальную поддержку в следующих примерах.

    ПРИМЕРЫ

    Теперь сделана ссылка на следующие примеры, которые вместе с приведенными выше описаниями иллюстрируют изобретение без ограничения.

    Пример 1 Получение «летучей фракции» растительных экстрактов или экстрактов продуктов пчеловодства

    Свежие овощи, полученные с коммерческих рынков, были тщательно промыты водопроводной водой, нарезаны и мелко измельчены в промышленном блендере. К растительной биомассе добавляли дистиллированную воду в соотношении 3 части воды на 1 часть растительной массы по массе и оставляли при перемешивании не менее 2 часов при температуре окружающей среды.

    Затем смесь переносили в испарительную колбу роторного испарителя и упаривали при пониженном давлении (5-10 мбар) в таких условиях, чтобы температура водяной бани не превышала 38 ° C., а температура на входе в конденсатор составляла 2-5 ° C. Примерно 1 литр из 2,5 кг растительной биомассы.

    Этот материал может храниться при охлаждении не менее 12 месяцев без потери своих свойств, как это дополнительно проиллюстрировано ниже.

    Можно провести ту же процедуру, заменив растительный материал продуктами пчеловодства, такими как мед или прополис.

    Обычно каждая «летучая фракция» была приготовлена ​​из одного вида овощей и использовалась в разном разбавлении для приготовления различных смесей для различных целей.

    Пример 2 Выделение и рост пробиотического организма E. coli Депозит АТСС № 202226

    Пробиотический организм E. coli (депонированный в АТСС под № 202226 3 мая 1999 г. и в DSM под № 12799 4 мая 1999 г.) был выделен из E. coli M-17 путем последовательного переноса изолятов, инициирующих от выживших в течение длительного периода (2 месяца), сохраненных в составе, содержащем летучие фракции материала растительного происхождения, как описано в Примере 1 выше при 37 ° C.и отбор изолятов, способных конкурировать с патогенами, как более подробно описано ниже. Пробиотический организм E. coli (депонированный в АТСС под № 202226 3 мая 1999 г. и в DSM под № 12799 4 мая 1999 г.) выращивали в следующей среде: (Nh5) 2SO4—5 г / л. , Kh3PO4—13 г / л, Na2HPO4—13 г / л, MgCl2—3 г / л, CaCl2—0,3 г / л, дрожжевой экстракт — 10 г / л, соевый пептон — 10 г / л и глюкоза — 5 г / л. литр. Дополнительные питательные вещества (дрожжевой экстракт — 1 г / литр, соевый пептон — 2,5 г / литр и глюкоза — 90 г / литр) непрерывно добавляли после роста культуры таким образом, чтобы концентрация глюкозы в ферментационном бульоне поддерживалась на уровне уровень 2 г / л.PH ферментационного бульона поддерживали нейтральным путем непрерывного добавления 4 н. Nh5OH. Культивирование проводили при 30 ° C в стандартном сосуде для ферментации с аэрацией 0,5 об / мин в течение 16 часов, когда рост стал сливным. Эта процедура дала 1010-1011 клеток / мл. Клетки E. coli собирали центрифугированием, ресуспендировали в физиологическом растворе и повторно осаждали. Микробную биомассу можно хранить в физиологическом растворе в холодильнике в течение 48 часов без потери жизнеспособности.

    Пример 3 Приготовление рецептуры пищевой / кормовой добавки для ускоренного увеличения массы тела у млекопитающих и птиц

    Смесь содержала летучие фракции: люцерны — 50 мл / литр, соевых бобов — 200 мл / литр, свеклы — 25 мл / литр и укропа — 100 мл / литр, приготовленных, как описано в примере 1 выше.Остаток пополнилась дистиллированной водой.

    Пример 4 Приготовление пищевой добавки для нормализации функции желудочно-кишечного тракта человека

    Смесь содержала летучие фракции: люцерна — 50 мл / литр, соевые бобы — 10 мл / литр, свекла — 50 мл / литр, укроп — 50 мл / литр, мята — 20 мл / литр, петрушка — 20 мл / литр. и капуста — 10 мл / литр, приготовленная, как описано в Примере 1 выше. Остаток пополнилась дистиллированной водой. Клетки E. coli (ATCC202226) (Пример 2) суспендировали в смеси при концентрации клеток 107 клеток / мл.Для улучшения вкуса необязательно может быть добавлен NaCl (например, 4-10 г / литр).

    Пример 5 Приготовление рецептуры кормовой добавки для профилактики инфекций ЖКТ у млекопитающих и птиц

    Смесь содержала летучие фракции: люцерны — 50 мл / литр, соевых бобов — 10 мл / литр, свеклы — 50 мл / литр, укропа — 150 мл / литр и мяты — 10 мл / литр, приготовленных, как описано в Примере. 1 выше. Баланс составляла дистиллированная вода. Клетки E. coli (ATCC202226) (Пример 2) суспендировали в смеси при концентрации клеток 107 клеток / мл.Для улучшения вкуса необязательно может быть добавлен NaCl (4-10 г / литр).

    Пример 6 Антагонистическая активность E. coli (ATCC202226) против Salmonella typhymirium (ATCC14028)

    чашки Петри, содержащие модифицированный агар с бриллиантовым зеленым, селективную среду для роста сальмонелл, инокулировали S. typhimirium. В агаре делали лунку диаметром 9 мм. Объем пищевой добавки (пример 4) помещали в каждую лунку, и планшеты инкубировали в течение 24 часов при 35 ° C.То же самое было повторено, но вместо пищевой добавки в лунку откладывалась жидкость, полученная путем ее фильтрации через мембрану микробиологического фильтра (размер пор 0,45 мкм).

    Вокруг каждой лунки с кормовой добавкой наблюдали зону ингибирования (10-17 мм), лишенную колоний S. typhimirium. Вокруг лунок, содержащих фильтрат, свободный от пробиотических организмов, зоны ингибирования не наблюдали.

    Пример 7 Антагонистическая активность E.coli ATCC202226, а также его родительского штамма E. coli M-17 против Shigella sps.

    Культуры S. flexneri, S. sonnei, E. coli (ATCC202226) и М-17 выращивали отдельно на питательном агаре в течение 18-20 часов при 37 ° C. Все культуры собирали в физиологическом растворе и разбавляли до оптического плотность 10 единиц Клетта. Аликвоты разведенных культур видов Shigella (1 мл) отдельно или в комбинации с разведенной культурой E. coli (ATCC202226) (1 мл) высевали в пробирки с вентиляционными чашками, содержащие питательный бульон (5 мл).Пробирки инкубировали в течение 24 часов при 37 ° C. Количество колониеобразующих единиц (КОЕ) патогенов и E. coli (ATCC202226) определяли путем посева культур на питательный агар. Числа КОЕ двух видов Shigella в чистой культуре и в смешанных культурах с обоими пробиотическими видами E. coli показаны в таблице 1 ниже.

    ТАБЛИЦА 1 Рост Shigella КОЕ / мл Пробиотический организм С.Flexneri С. соннель E. coli ATCC 202226 Пример 8 Применение пищевой добавки (пример 4) и колибактерина (сухой состав E. coli M-17) у госпитализированных пациентов с гастроэнтеритом

    Группа из 60 пациентов, у которых после госпитализации развился гастроэнтерит, была случайным образом разделена на 3 подгруппы с аналогичным распределением по полу, возрасту и тяжести симптомов газроэнтерита. Все пациенты получали обычную поддерживающую терапию, включая регидратацию, витамины и т. Д.Тяжесть состояния не потребовала лечения антибиотиками. Первая группа из 20 пациентов получала 10 мл пищевой добавки (Пример 5) 3 раза в день за 30 минут до еды в течение 7 дней. Вторая группа из того же числа получала колибактерин (Colibacterinum siccum) в соответствии с рекомендациями производителя (одна доза дважды в день за 30 минут до еды), а третья группа вообще не получала никаких добавок.

    Начало нормализации (в днях) симптомов гастроэнтерита во всех группах было зарегистрировано и показано в таблице 2 ниже.

    ТАБЛИЦА 2 Начало нормализации симптома, дней Еда Симптомы добавка п Контроль Тело 2,8 ± 0,2 2,7 ± 0,2 3,7 ± 0,2 температура Интоксикация 2,5 ± 0,1 3,6 ± 0,1 4,6 ± 0,1 Боль в животе 3,3 ± 0,2 5,1 ± 0,2 6,1 ± 0,2 Понос 1,8 ± 0,2 3,4 ± 0,2 4,4 ± 0,2

    Колибактерин (Colibacterinum siccum) — лиофилизированный препарат живой E. coli M-17, производимый ООО «БИОМЕД», Москва, Россия, и рекомендованный для использования против диареи & lsqb; Справочник Видала: Фармацевтические препараты в России (Н.Николаева Б., Альперович Б. П., Совинов В. Н., ред.) АстраФармСервис, 1997, Москва, с. 275 & rsqb ;.

    Пример 9 Применение пищевой добавки (пример 4) у пациентов с острыми инфекциями желудочно-кишечного тракта В исследование включены пациенты с тяжелыми инфекциями ЖКТ различной этиологии: сальмонеллезом, эшерихиозом, шигеллезом, стафилококковыми инфекциями и пищевыми интоксикациями неясной этиологии. У всех пациентов на госпитализацию указывало острое начало заболевания и появление острого гастроэнтерита.Всего 186 пациентов получали пищевую добавку, и аналогичная группа из 102 пациентов получала стандартное лечение.

    Начало нормализации (в днях) симптомов гастроэнтерита во всех группах было зарегистрировано и показано в таблице 3 ниже.

    ТАБЛИЦА 3 Наступление нормализации, дни Симптомы Исследовательская группа Контроль Высокая температура 1,2 ± 0,3 2,7 ± 0,3 Слабость 1,6 ± 0,2 2,9 ± 0,3 Брюшной 1,5 ± 0,2 2,4 ± 0,3 боль Понос 2.3 ± 0,2 4,7 ± 0,4 Дни в постели 4,8 ± 0,3 6,7 ± 0,4

    В отдельном исследовании группу из 30 пациентов с кишечным брюшным тифом лечили пищевой добавкой. У 80% пациентов симптомы заболевания исчезли в течение 3 дней. Только в 3 случаях лечение добавками было прекращено из-за развития более тяжелого хронического колита.

    Пример 10

    Применение пищевой добавки (пример 4) у пациентов с расстройствами желудочно-кишечного тракта, вызванными антибиотиками

    Пациенты с тяжелыми нарушениями ЖКТ были разделены на 2 группы.В I группу вошли 48 пациентов с язвенной болезнью, у которых после лечения антибиотиками против H. pylori развились желудочно-кишечные расстройства. В группу II вошли 22 пациента, у которых развились желудочно-кишечные расстройства после лечения пневмонии антибиотиками.

    Пищевая добавка (5 мл) принималась 3 раза в день до еды в течение 7 дней. В обеих группах симптомы диареи исчезли через 2-3 дня у всех пациентов. После приема препарата полная нормализация микрофлоры кишечника наблюдалась у 84 человек.5% пациентов. Это было продемонстрировано резким увеличением количества лактобацилл и бифидобактерий, снижением общего количества кишечной палочки, полным исчезновением гемолитической кишечной палочки и других патогенов, таких как стафилококки, Proteus vulgaris и даже Candida sps. У оставшихся 15,5% пациентов наблюдалось значительное улучшение.

    Пример 11 Применение пищевой добавки (пример 5) у пациентов с поздним радиационным энтероколитом

    Пищевая добавка (10 мл 3 раза в день в течение 14 дней за 30 минут до еды) давалась 24 пациентам с раком матки, толстой кишки и желудка, у которых развился энтероколит после лучевой терапии или комбинации лучевой и химиотерапии.

    До приема добавки к пище все пациенты жаловались на частые и болезненные позывы к дефекации, жидкий стул (4-12 раз в день), появление слизи (9 случаев) и крови (3 случая) в стуле.

    Через два-три дня после приема добавки все пациенты отметили уменьшение боли и уменьшение количества дефекаций; стул имел нормальный вид. Через четыре-пять дней диарейный синдром исчез, исчезло появление крови и слизи.Анализ крови показал сильное улучшение показателей крови.

    В контрольной группе аналогичного размера симптомы сохранились.

    Пример 12 Применение пищевой добавки (пример 4) у больных СПИДом

    У больных СПИДом часто развивается хроническая диарея. Группе таких пациентов давали по 10 мл пищевой добавки (Пример 5) 3 раза в день за 30 минут до еды в течение 20 дней. Контрольная группа не получала никаких добавок.Результаты лечения показаны в Таблице 4 ниже.

    ТАБЛИЦА 4 Параметр Пищевая добавка Контроль Кол-во пациентов 30 20 Средний возраст, лет 38 ± 1 36 ± 2 Частота ежедневной дефекации: в начале Exp. 3,4 ± 0,3 3,6 ± 0,3 в конце опыта. 1,1 ± 0,1 3,2 ± 0,3 через месяц после Exp. 1,5 ± 0,2 3,7 ± 0,3 Средний. начало нормализации 6,0 ± 0,7 остался ненормальным

    У пациентов, получавших пищевую добавку, нормализовалась микрофлора кишечника: уменьшилось общее количество колиформ, исчезли гемолитические E.coli, увеличение количества Lactobacilli и Bifidobacteria, уменьшение Candida sps.

    Пример 13 Применение пищевой / кормовой добавки (пример 3) для ускоренного увеличения веса здоровых поросят

    Здоровым поросятам давали по 3 мл кормовой / кормовой добавки на поросенка в день до отъема. Группа, получавшая кормовую добавку, прибавила в весе при отъеме в среднем на 1,0 кг на поросенка больше, чем контрольная группа.

    Пример 14 Применение кормовой добавки (пример 5) для здоровых поросят

    Несколько сотен здоровых поросят получали перорально по 3 мл кормовой добавки на поросенка в первый и третий день после родов и при отъеме.Смертность снизилась на 50% по сравнению с контрольной группой, получавшей стандартное профилактическое лечение антибиотиками. Группа, получавшая кормовую добавку, прибавила в весе при отъеме в среднем на 0,39 кг на поросенка больше, чем контрольная группа. При сравнении кормовой добавки и обработки антибиотиком в одном подстилке, прирост массы у поросят, получавших кормовую добавку, был на 2,4 кг выше, чем в контроле.

    Пример 15 Применение кормовой добавки (пример 4) у поросят, показывающих диарею

    Несколько сотен поросят с диареей получали ежедневно по 5 мл кормовой добавки per os на поросенка.Контрольная группа того же размера получала антибиотики: адвоксин, гентиамицин, амоксициллин. Симптомы диареи в группе, получавшей кормовую добавку, исчезли в течение 1-2 дней. Смертности не наблюдалось, поросята развивались нормально. Антибиотики остановили диарею у подавляющего большинства поросят, но поросята остались задержанными в своем развитии.

    Около 70 умственно отсталых поросят, которые получали лечение антибиотиками от диареи в течение недели и которые обычно считались погибшими, получали кормовую добавку на три дня.Все, кроме двоих, выжили.

    Пример 16 Применение кормовой добавки (пример 4) для здоровых телят

    Суточным здоровым телятам давали 5 мл кормовой добавки в день с молоком в течение 7 дней. Более чем у 95% телят не развивалась диарея, пока им не исполнилось 14 дней, когда было диагностировано несколько случаев с положительным результатом на ротавирус. В норме заболеваемость диареей в этом хозяйстве составляет 20-30%.

    Пример 17 Применение кормовой добавки (пример 6) у телят, показывающих диарею

    Телятам, у которых развивалась диарея, давали ежедневно по 10 мл кормовой добавки на животное с молоком в течение 3-5 дней.Симптомы диареи исчезли в течение 1-2 дней у 90-95% телят. У остальных 5-10% диарея вызвана вирусом. Этих телят лечили антибиотиками, но результаты были неудовлетворительными.

    Пример 18 Применение добавки Фрида (пример 6) для здоровых ягнят и козлят

    Суточным здоровым козлятам и ягнятам вводили по 3 мл кормовой добавки в день в молоке в течение 7 дней. В некоторых случаях наблюдались признаки диареи от легкой до умеренной. Эти признаки обычно исчезали самопроизвольно или были успешно вылечены увеличенной дозой кормовой добавки (5 мл).Обычно заболеваемость диареей на этих фермах составляет 50% среди молодых ягнят и козлят.

    Пример 19 Применение кормовой добавки (пример 5) у ягнят и козлят, проявляющих диарею

    Кормовая добавка была протестирована на стаде, страдающем патогенными инфекциями E. coli. В год, предшествующий эксперименту, около 90 из 120 козлят и ягнят умерли от диареи. Лечение антибиотиками оказалось неэффективным, так как болезнь развивалась внезапно и с быстрой летальностью.Козлятам и ягнятам, у которых развивалась диарея, давали ежедневно по 5 мл кормовой добавки на животное с молоком в течение 3-5 дней. Соответствующую группу животных лечили антибиотиками, как обычно рекомендуется. Симптомы диареи исчезли в течение 1-2 дней примерно у 90% козлят и ягнят, получавших кормовую добавку. Их дальнейшее развитие казалось нормальным. Контрольная группа, получавшая антибиотики (гентамицин), показала гораздо худшие результаты. Диарея в этой группе сохранялась, что требовало повторного лечения антибиотиками.Развитие контрольной группы было сильно задержано.

    Пример 20

    Применение кормовой добавки (пример 5) в птицеводстве

    Кормовая добавка добавлялась в питьевую воду со средним потреблением 0,01 мл добавки в день на одного цыпленка в период выращивания (42-49 дней). В контролируемых испытаниях на бройлерах было отмечено увеличение прибавки в весе на 3,2%, сопровождающееся улучшением конверсии корма на 4%.

    Отличные результаты были получены также на индюках в возрасте от 1 дня до 6 недель.Каждая птица получала 0,01 мл добавки в сутки. Наблюдалось увеличение веса более чем на 10%, а также снижение уровня смертности. Птиц, у которых все еще наблюдалась диарея, вводили 0,1 мл пищевой добавки в день без какой-либо обработки антибиотиками, и они показали лучшее выздоровление по сравнению с контрольными птицами, которых лечили только антибиотиками.

    Пример 21 Применение кормовой добавки (пример 5) для собак и кошек

    Применение кормовых добавок у щенков привело к исчезновению симптомов диареи в течение 24-48 часов.

    Пример 22 Применение кормовой добавки (пример 5) на мышах; Доказательства для иммуностимуляции

    Двухнедельных мышей C571B1 разделили на 4 группы по 10 животных в каждой. Мышам не давали воды с 16:00 до 8:00, а затем давали 15 мл воды (группы 1 и 3) или кормовой добавки (группы 2 и 4). Это лечение повторяли в течение 2 недель. По окончании лечения мышам 3-й и 4-й групп проводили лапаротомию под эфирным наркозом.На брюшной стенке сделан разрез 1,5 см. Раздражение кишечника проводилось по сухому газу. Всех мышей умерщвляли через 24 часа после лапаратомии; селезенки иссечены. Спленоциты выделяли и культивировали на среде RPMI в течение 48-72 часов в присутствии фитогемагглютинина (PHA). В группе, получавшей кормовую добавку, восстановилась пролиферативная активность спленоцитов, сниженная при лапаротомии.

    Пролиферация спленоцитов, индуцированная PHA:

    1.Контрольная группа / вода 3060 ± 290 2. Контрольная группа / вода / лапаротомия 2120 ± 300 3. Тестовая группа / Биококтейль 2740 ± 370 4. Тестовая группа / Биококтейль / лапаротомия 3040 ± 520 Пример 23 Применение пищевой добавки (пример 4) у человека; Доказательства для иммуностимуляции

    Ряду больных прооперированы злокачественные опухоли матки, шейки матки, желудка и кишечника. Больным гинекологией (20 пациентов) была проведена контрольная лучевая терапия; абдоминальные больные (30 человек) получали химиотерапию.Около половины пациентов получали пищевую добавку два раза в день на протяжении всего курса лечения. У всех пациентов, получавших пищевую добавку, наблюдалась значительная иммуностимуляция, как выражено в:

    Гинекологические опухоли Опухоли брюшной полости Еда Еда Контроль Добавка Контроль Добавка Т-лимфо- 0.03 ± 0,01 0,10 ± 0,03 1,0 ± 0,1 1,6 ± 0,2 циты (CD3 и плюс; HLA-, DR & плюс;) Лимфо- цита взрыв преобразовать- тион а. спонтанный- 530 ± 110 880 ± 80 700 ± 120 1070 ± 100 новый б. PHA- 1600 ± 360 5720 ± 2100 4400 ± 1340 13370 ± 3720 индуцированный Фагоциты 60.7 ± 2,9 76,5 ± 2,2 57,7 ± 1,5 74,2 ± 1,9 Нет. (%)

    Пример 24

    Эффект сохранения бактерий рецептурой

    клеток E. coli диспергировали в составе, приготовленном, как описано в примере 1 выше, и выдерживали в течение 6 месяцев при комнатной температуре. Как в начале, так и в конце 6-месячного периода образцы, полученные из дисперсии, высевали при соответствующих последовательных разведениях на чашки с агаром с питательным бульоном.Количество колониеобразующих единиц определяли для обоих образцов. Определенная концентрация составляла 1 × 107 в обоих случаях, что свидетельствует о влиянии состава на сохранение микроорганизмов. Вышеупомянутый эксперимент был проведен параллельно с Pseudomonas putida и дал те же результаты.

    Хотя изобретение было описано в связи с его конкретными вариантами осуществления, очевидно, что многие альтернативы, модификации и вариации будут очевидны для специалистов в данной области техники.Соответственно, предполагается, что он охватывает все такие альтернативы, модификации и вариации, которые находятся в пределах сущности и широкого объема прилагаемой формулы изобретения. Все публикации, патенты и заявки на патенты, упомянутые в данном описании, полностью включены в данное описание посредством ссылки в той же степени, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент были специально и индивидуально указаны для включения в данное описание посредством ссылки. Кроме того, цитирование или идентификация любой ссылки в этой заявке не должны толковаться как признание того, что такая ссылка доступна в качестве известного уровня техники для настоящего изобретения.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *