Заселение кишечника полезными бактериями: Микробиота кишечника как отдельная система организма

Содержание

Микробиота кишечника как отдельная система организма

В настоящее время организм человека рассматривается с точки зрения симбиотических отношений с населяющим его сообществом микроорганизмов. Данное многокомпонентное сообщество, состоящее из бактерий, археев, вирусов, грибов и простейших, получило название «микробиота». Благодаря техническому прогрессу в последние два десятилетия появились новые методы, позволяющие изучать спектр микроорганизмов без проведения микробиологического культивирования, так как 90% микроорганизмов не культивируются в лабораторных условиях. Молекулярно-генетические методы дали возможность расширить наши знания о таксономическом составе микробиомов и их роли в организме человека. Совокупность новых знаний о микробиоте кишечника позволяет рассматривать ее как отдельный орган или систему организма, связанную функционально с другими системами и играющую огромную роль в поддержании гомеостаза.

Согласно уточненным подсчетам, общая масса микробиоты человека составляет приблизительно 0,2 кг [1].

В организме человека содержится порядка 3,8·1013 бактерий, что равно количеству собственных клеток организма. В организме человека выделяют несколько биотопов, имеющих микробное население.

В совокупном геноме кишечных микроорганизмов, метагеноме, насчитывается порядка 10 млн генов, что превосходит человеческий геном по объему более чем в 100 раз [2]. Следует отметить, что микробиоте свойственна функциональная избыточность — многие из генов в метагеноме являются аналогами, содержащимися в геномах бактерий различных видов, поэтому реальное метаболическое превосходство несколько ниже [3].

Микробиота желудочно-кишечного тракта представляет собой сложнейшую микробную экосистему. Количество микробных клеток и видовое разнообразие различных отделов желудочно-кишечного тракта сильно различаются.

Желудочно-кишечный тракт наиболее населен микроорганизмами. Полость рта заселяется бактериями сразу после рождения и у взрослого человека может включать порядка 230 родов и более 600 различных видов бактерий [4].

Микробиота полости рта представлена в основном бактериями рода Streptococcus, Veillonella, Selenomonas, Gemella, Fusobacterium и Prevotella [5]. Микробиота пищевода характеризуется уникальным таксономическим составом с преобладанием стрептококков и превотелл [6]. Нормальную микрофлору желудка составляют Streptococcus, Helicobacter, Clostridium, Lactobacillus и Veillonella [7]. Микробные сообщества также населяют желчный пузырь. В микробиоте желчного пузыря преобладают типы Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes и Actinobacteria [8]. На таксономический состав и разнообразие микробиоты желчи влияют пол, гельминтная инвазия, болезни печени и общее состояние желчевыводящей системы [9].

Однако наиболее важным биотопом человеческого организма является кишечник, в состав которого входит более 700 родов бактерий и 2500 различных видов микроорганизмов [10]. Сходство с системой или тканью организма создает специфическая структура пристеночного геля, в котором бактерии располагаются в строгой последовательности на расстоянии, равном размеру микробной клетки, и группируются в отдельные функциональные группы. Химус и слизистый слой являются питательным субстратом для бактерий. Роль соединительной ткани выполняет гликокаликс; он является сорбентом-катализатором, на котором происходит связывание нутриентов и их последующее химическое превращение с участием ферментов. Одновременно гликокаликс играет защитную роль, обеспечивая адгезию токсинов, антигенов, антител. Скопление бактерий и их метаболитов в гликокаликсе способствует созданию микроколоний эубиотической флоры. К поверхности гликокаликса прилегает слой слизистого геля толщиной 0,5—5 мм. Основным компонентом геля является муцин, который секретируется бокаловидными клетками. Слизистый гель рассматривается как сорбент с большой емкостью адгезии. Микрофлора, утилизирующая муцин, изменяет его физико-химические свойства и функциональные особенности структуры. Вновь образуемый гель плотно прилегает к гликокаликсу, имеет повышенную плотность, вязкость, нерастворим в воде. По мере продвижения в сторону просвета кишки и в процессе расщепления бактериями он утрачивает эти свойства, переходит в растворимую форму, вязкость его уменьшается — и он отторгается в просвет кишки, что указывает на процессы, идентичные процессам слущивания покровных эпидермальных тканей.

Вегетирующие микробные популяции, входящие в состав пристеночного микробиотопа, не расположены в геле диффузно, в виде биопленки, а образуют отдельные микроколонии, которые неравномерно расположены в толще слизи. Эти микроколонии состоят из сбалансированного набора содружественных членов [11].

Как и любая система организма, микробиота кишечника проходит определенные этапы развития и созревания. Ранее считалось, что плод в утробе матери не встречается с миром микроорганизмов, т. е. рождается полностью стерильным. Однако появились данные, опровергающие эту теорию. Проведенные исследования показали, что в плаценте, околоплодных водах, пуповинной крови, меконии имеются бактерии родов Enterococcus, Escherichia, Leuconostoc, Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Photorhabdus и Tannerella [12—16].

Но все же более активное заселение кишечника происходит после рождения. В этом процессе выделяют четыре последовательные временны́е фазы:

— 1-я фаза длится от момента рождения до 2 нед.

Спектр микроорганизмов в этот период представлен в основном стрептококками и кишечной палочкой.

— 2-я фаза зависит от вида вскармливания и длится до введения в рацион прикорма. В этой фазе происходит заселение бифидобактериями и лактобактериями, а также в небольших количествах представителями родов Clostridium и Bacteroides.

— 3-я фаза начинается с момента введения прикорма и длится до завершения грудного вскармливания. В это время возрастает численность представителей рода Bacteroides. По мере увеличения в рационе доли твердой пищи и снижения доли грудного молока растет количество бактероидов и анаэробных грамположительных кокков (пептококков и пептострептококков).

— 4-я фаза начинается после окончания грудного вскармливания. Характеризуется относительной стабильностью микробного состава, который сохраняется в течение всей жизни индивида [17].

На формирование микробиоты кишечника большое влияние оказывают следующие факторы: способ родоразрешения, вскармливание, перенесенные заболевания, прием антибиотиков, особенности питания и условия жизни. Ряд исследований показывает, что кишечная микробиота при естественном родоразрешении представлена бактериями рода Escherichia coli и другими энтеробактериями, энтерококками и стафилококками. При оперативном родоразрешении новорожденный в первую очередь встречается с микрофлорой кожных покровов матери и медицинского персонала; это в основном бактерии рода Propionibacterium, Corynebacterium и Streptococcus [18, 19].

С конца первой недели жизни ребенка в кишечной микробиоте начинают доминировать строгие анаэробы (бифидобактерии, бактероиды и клостридии), которые подавляют аэробную флору [20]. У детей, рожденных путем кесарева сечения, формирование кишечной микробиоты происходит дольше и чаще обнаруживаются различные условно-патогенные микробы, такие как

Clostridium difficile, Enterococcus, Klebsiella, Streptococcus, Haemophilus и Veillonella [20—22].

Несомненно, вскармливание также влияет на колонизацию микроорганизмов. При грудном вскармливании микробиота кишечника представлена в основном молочнокислыми бактериями, такими как Lactobacillus, Leuconostoc, Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus и Weissella, а также некоторыми полезными видами Bifidobacterium [23, 24].

Другие исследования показали, что у детей, получающих молочные смеси, в микробиоте преобладает анаэробная флора — Bacteroides и Clostridium [25].

Применение антибиотиков также оказывает существенное влияние на формирование кишечной микробиоты. Антибактериальная терапия уменьшает общее разнообразие микробиома, смещает состав микробиоты кишечника в сторону высокого содержания протеобактерий и низкого содержания актинобактерий [26].

Процесс формирования микробиоты происходит параллельно и в тесной взаимосвязи с этапами созревания иммунной системы. В старости разнообразие состава микробиоты и ее функционирование снижается [27].

Микробиоту кишечника с точки зрения сходства по составу можно разделить на энтеротипы — это устойчивые композиции микробиоты с определенным таксономическим составом. В 2011 г. многочисленная международная группа ученых из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL), используя метод 16S секвенирования РНК, идентифицировала из огромного количества бактерий, колонизирующих желудочно-кишечный тракт, три доминирующих рода микроорганизмов: Bacteroides, Ruminococcus, Prevotella. По мнению авторов [28], энтеротипы не связаны ни с особенностями питания человека, ни с его полом, возрастом или индексом массы тела, хотя данное исследование показало преобладание рода

Clostridium у людей пожилого возраста. Однако в ходе последующих исследований три обособленных энтеротипа выявить повторно не удалось. Так, в исследовании G. Wu и соавт. [29] фактически подтверждено существование только двух кластеров, первый из которых представлял собой сочетание энтеротипа Bacteroides с энтеротипом Ruminococcus, поскольку отличительные признаки последнего были слабо выражены, а второй соответствовал энтеротипу Prevotella. При этом указанные энтеротипы были строго связаны с характером питания исследуемых лиц. Другое исследование, проведенное в Республике Корея, показало, что в микробиоте кишечника здоровых корейцев выделяется два энтеротипа: энтеротип 1 с преобладанием Bacteroides (42%) и энтеротип 2 с преобладанием Prevotella (58%) [30]. Энтеротип 3 (
Ruminococcus
) в данном исследовании не выявили. Кроме того, энтеротип 2 при этом ассоциировался с характером питания. Энтеротипы не коррелировали с такими показателями, как возраст, индекс массы тела, уровень артериального давления, уровень сахара в крови натощак, уровень общего холестерина и триглицеридов.

В российском метагеномном исследовании отмечалось разделение всех образцов на две группы: одну — с преобладанием рода Prevotella (аналог энтеротипа 2), другую — с преобладанием нескольких родов филума Firmicutes (аналог энтеротипа 3). Энтеротипа с преобладанием рода Bacteroides, соответствующего энтеротипу 1, выявить не удалось. Это может быть объяснено высоким уровнем потребления животных белков и жиров и меньшим уровнем потребления клетчатки [31].

В связи с этим предложенная теория не имела успеха в научном сообществе, тем не менее вопрос о возможности разделения микроорганизмов на категории остается открытым. В настоящее время преобладает мнение о том, что микробиота не поддается классификации, а правильнее говорить о непрерывном изменении состава микробиоты в популяции [32].

Таким образом, несмотря на противоречивые данные об энтеротипах, полностью исключить их наличие не представляется возможным. На наш взгляд, более перспективным является изучение метаболических взаимоотношений с организмом человека. Говоря о непрерывном изменении состава микробиоты, необходимо учитывать факторы, влияющие на спектр микроорганизмов, характер питания, возраст, применение лекарственных средств, перенесенные заболевания и прочее. Все это, безусловно, влияет на микробиоту нашего организма.

Как известно, орган — это часть тела, которая не только имеет определенную форму, строение, место расположения, но и выполняет несколько функций. Кишечная микробиота как орган выполняет ряд важных функций (см. рисунок). Основные функции микробиоты кишечника в организме. КЖК — короткоцепочечные жирные кислоты; NO — оксид азота; h3S — сероводород. КЖК — short chain fatty acids; NO — nitric oxide; h3S — hydrogen sulfide. В первую очередь кишечные микроорганизмы участвуют в процессе пищеварения, расщепляя неперевариваемые пищевые волокна растительного происхождения [33]. Наибольшими возможностями гидролиза углеводов обладают бактерии родов Bacteroides (крахмал, ксилан), Roseburia (крахмал, ксилан, олигосахариды), Ruminococcus (крахмал, целлюлоза), Bifidobacterium (олигосахариды), Faecalibacterium и Enterobacteria. Такие бактерии, как Akkermansia muciniphila, составляющие около 3% от общего числа бактерий микробиоты человека, способны переваривать муцин — основной гликопротеид мукозного слоя кишечника [34].

Продуктом данного процесса являются короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК) — бутират, ацетат, пропионат и другие [35]. КЖК выполняют множество функций в организме, а с точки зрения пищеварения являются одним из главных субстратов, которым питаются колоноциты кишечной стенки человека [36].

В одном из российских исследований оценивались изменения метаболома сыворотки крови и показателей микробиоценоза кишечника у пациентов с язвенным колитом и целиакией. Авторами впервые показано статистически значимое повышение общего количества бутират-продуцирующих бактерий, играющих ключевую роль в энергетическом обеспечении кишечного эпителия [37].

Микробиота также участвует в трансформации желчных кислот, способствуя тем самым формированию мицелл, необходимых для переваривания жиров в кишечнике [38, 39].

Помимо этого, микробиота кишечника участвует в метаболизме липидов, подавляя ингибирование липопротеинлипазы в адипоцитах. Bacteroides thetaiotaomicron способствует гидролизу липидов, увеличивая экспрессию колипазы [40].

Спектр микроорганизмов обладает значительным потенциалом для гидролиза белков, утилизации и синтеза аминокислот. Многие представители микрофлоры кишечника, такие как Prevotella ruminicola, Butyrivibrio fibrisolvens, Megasphaera elsdenii, Mitsuokella multacidas, Selenomonas ruminantium и Streptococcus bovis, несут в геноме множество дипептидилпептидаз и дипептидаз. Основные механизмы катаболизма свободных аминокислот сводятся к декарбоксилированию и деаминированию. Продуктами бактериального гидролиза аминокислот являются азот и газы: водород, углекислый газ, метан и сероводород. Отдельные метаболиты могут быть включены в синтез бутирата, пропионата и ацетата, жирных кислот, органических кислот и так далее [41]. Потенциально микробиота способна гидролизовать все аминокислоты, но предпочтительными субстратами являются глутамин/глутамат, аспарагин/аспартат, лизин, аргинин, глицин, лейцин, валин и изолейцин [42].

Еще одной важной функцией кишечной микробиоты является секреторная функция. Кишечные бактерии синтезируют ряд витаминов и витаминоподобных веществ (витамины группы B, С, К, фолиевой, никотиновой кислот), которые используются как организмом человека, так и микроорганизмами [43]. Только кишечная палочка синтезирует 9 витаминов. Микробиота производит также нейроактивные вещества: норадреналин, серотонин, гамма-аминомасляную кислоту, оксид азота, сероводород [44—46]. Синтез гормонов и биологически активных веществ лежит в основе регуляторного действия микрофлоры на функции внутренних органов и центральной нервной системы [47]. КЖК в свою очередь выполняют регуляторную функцию. Бутират и пропионат влияют на генетическую экспрессию в клетках организма-хозяина, взаимодействуя с ферментом гистондеацетилазой и регулируя фосфорилирование гистонов [48].

Кишечные бактерии способны к синтезу антибактериальных веществ — бактериоцинов, а это необходимо для защиты организма от колонизации патогенными бактериями [49]. Например, КЖК, в частности бутират, оказывают противовоспалительный эффект на слизистую оболочку кишечника за счет супрессии активации NF-κB, что позволяет поддерживать физиологический уровень воспаления, необходимый для защиты от патогенной флоры [50]. К другим полезным качествам бутирата относится потенцирование секреции муцина, снижение pH кишечника, усиление фагоцитоза, укрепление межклеточных соединений в эпителии, что позволяет снижать проницаемость кишечной стенки для бактерий и нарушать бактериальную адгезию к ней [50—53].

КЖК являются единственными известными лигандами для рецептора GPR43, который участвует в регуляции воспаления посредством ингибирования аденилатциклазы и активации фосфолипазы С [54]. Активация данного рецептора рассматривается как один из механизмов взаимодействия макроорганизма и микробиоты, нарушение работы которого приводит к дисбалансу иммунитета и провоспалительному фенотипу [55].

Микробиота кишечника играет важную роль в поддержании иммунной системы человека. Как известно, слизистая оболочка кишечника обладает собственной лимфоидной тканью, известной как GALT (gut-associated lymphoid tissue), которая является одним из важных компонентов иммунной системы макроорганизма. В слизистой оболочке кишечника локализовано около 80% иммунокомпетентных клеток, 25% слизистой оболочки кишечника состоит из иммунологически активной ткани. Таким образом, кишечник можно рассматривать как самый большой иммунный орган человека. Микрофлора участвует в формировании как местного (активация продукции IgА, фагоцитарной активности), так и системного иммунитета. Само наличие бактерий оказывает постоянное антигенное тренирующее действие [56].

Следует также отметить, что иммунная система сама по себе эволюционировала в постоянном присутствии микроорганизмов. В результате этого даже наличие микрофлоры само по себе является одним из важнейших факторов, необходимых для становления иммунитета [57].

Кроме приведенных функций, известно также, что микробиота осуществляет взаимодействие с нервной системой человека. Данное взаимодействие рассматривается в рамках концепции «ось мозг — кишечник» (англ. Gut—Brain Axis) и заключается во взаимном влиянии в системе «микробиота — головной мозг», осуществляемом посредством секреции нейроактивных факторов, изменения напряжения иммунного ответа, регуляции работы кишечника, а также через n.vagus [58].

Ввиду активного участия микробиоты в физиологических процессах, протекающих в организме человека, ее тесной связи с иммунной системой и колонизацией бактерий человек часто рассматривается в качестве «суперорганизма», а микробиота — как квазиорган такого организма и неотъемлемая его часть [59].

Проведя обзор научной литературы, можно утверждать, что в организме нет ни одной функции, на которые бы не влияла микробиота кишечника тем или иным образом. На спектр микрофлоры большое влияние оказывают способ родоразрешения, вскармливание, перенесенные заболевания, прием лекарственных средств, характер питания и условия жизни.

Важным остается вопрос энтеротипов, но, вероятно, больший научный интерес представляет изучение метаболических взаимоотношений с организмом человека. Установлено, что наиболее распространенным спектром микроорганизмов обладает кишечник, в нем осуществляется гидролиз белков, жиров, углеводов, происходит образование короткоцепочечных жирных кислот, необходимых для нормального функционирования кишечной стенки. Нормальная микрофлора обеспечивает синтез многих макро- и микронутриентов (витаминов группы B, С, К, фолиевой, никотиновой кислот), синтез гормонов и биологически активных веществ, а также нейтрализует многие токсические субстраты и метаболиты. Кишечные бактерии способны вырабатывать антибактериальные вещества — бактериоцины, которые необходимы для защиты организма от колонизации патогенными бактериями. Микробиота кишечника также играет важную роль в поддержании иммунной системы человека; благодаря фагоцитарной активности и продукции IgА происходит формирование как местного, так и системного иммунитета.

Таким образом, микробиотоп кишечника имеет свойства органа или системы и отвечает всем требованиям, предъявляемым к системам. Это основные свойства (признаки) систем — целостность и делимость, наличие устойчивых связей, организация и эмерджентность.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interest.

Сведения об авторах

Юдина Ю.В. — https://orcid.org/0000-0001-9813-6616; e-mail: [email protected]

Корсунский А.А. — https://orcid.org/0000-0002-9087-1656

Аминова А.И. — https://orcid.org/0000-0002-1951-6424

Абдуллаева Г.Д. — https://orcid.org/0000-0003-0991-4346

Продеус А.П. — e-mail: [email protected]

Автор, ответственный за переписку: Юдина Ю. В. — e-mail: [email protected]

Юдина Ю.В., Корсунский А.А., Аминова А.И., Абдуллаева Г.Д., Продеус А.П. Микробиота кишечника как отдельная система организма. Доказательная гастроэнтерология. 2019;8(4-5):36-43. https://doi.org/10.17116/dokgastro2019804-05136

Можно ли заселить свой кишечник «правильными» бактериями | Доктор Павлова

Пробиотики, иммунитет и здоровый кишечник.

Спойлер — яблоки помогут. Но дочитайте статью до конца!

Спойлер — яблоки помогут. Но дочитайте статью до конца!

Знаете ли вы, что ваш иммунитет на 80 процентов зависит от здоровья кишечника? Вы можете обливаться холодной водой, капать в воду настойку эхинацеи пурпурной, но пока не разберетесь с кишечником, то толку будет мало.

Считается, что в кишечнике здорового человека примерно 3 кг разной микрофлоры. Идентифицировано из этого разнообразия дай бог процентов 10, остальное серьезно не изучено.

Однако точно известно, что микрофлора очень ранимая, и сильно подвержена внешним факторам – прежде всего стрессам и еде.

Один простой пример: если человек ест много углеводов, особенно простых (читай – любит сладкое), то в микрофлоре начинают превалировать грибки, которым такая пища по вкусу. Грибки губят остальные микроорганизмы, кишечник начинает страдать.

Травмы, кровопотери, ожоги, душевные переживания – все отражается на здоровье кишечника. Цепочка выглядит так: стресс меняет баланс гормонов, происходит массовая гибель микрофлоры, начинается системное воспаление. А это уже не шутки, это серьезная болезнь, которую надо лечить.

Как вообще жить?

Я не буду вам говорить глупости типа «избегайте стрессов».

Но давайте разберемся, что реально можно сделать.

1. Не уповайте на кисломолочные продукты

Когда говорят, что в кисломолочных продуктах достаточное количество пробиотиков, и их употребление сделает человека здоровым, то в этом много лукавства.

В любом кефире, даже дорогом и специализированном, нужных бактерий мало, они имеют другую генетику и никогда не смогут поселиться в нашем кишечнике.

НО! Они в целом благоприятно влияют на нашу внутреннюю среду и могут быть рекомендованы в качестве поддерживающих средств.

Йогурты вкусны, но нужных бактерий в них маловато.

Йогурты вкусны, но нужных бактерий в них маловато.

2. Назначили антибиотики? Купите и Хилак Форте.

Грамотный врач вместе с курсом антибиотиков обычно назначает препараты типа Хилак форте. Это продукты жизнедеятельности микрофлоры. И, хотя мы этим препаратом микроорганизмы не восстановим, но на какой-то период создадим имитацию нормальной жизнедеятельности флоры. Это поможет вам лучше пережить лечение.

3. Пейте правильные пробиотики

После курса антибиотиков нужны пробиотики. Но вовсе не для того, что «заселить» ваш кишечник.

Увы, эти микробы «приходящие», и через несколько дней они благополучно покинут ваш организм. НО! Если вам прописали достаточно концентрированный препарат (количество микрофлоры исчисляется миллиардами, почитайте на этикетке), то они сдерживают рост собственной патогенной микрофлоры кишечника.

То есть это годится как вариант терапии.

4. Изо всех пробиотиков выбирайте бифидобактерии.

Нередко при назначении смешивают в одну кучу – и лакто-, и бифидобактерии.

Но разумно принимать только бифидо, так как они больше всего страдают от внешнего воздействия. И за их могучей защитой лактобактерии у вас подрастут сами.

5. Принимайте пребиотики

Пребиотики – это питательная среда для нормальной микрофлоры, в первую очередь олигосахариды и клетчатка. Ешьте квашенную капусту (вот подробная заметка) и моченые яблоки, сезонные овощи и фрукты. Есть и готовые препараты с отличной кормовой базой — куркумин и стибифид.

Конечно, препараты вам должен назначить врач, но вот овощи-фрукты вы можете себе «прописать» сами.

Увы, вы не сможете взять и заселить свой кишечник «правильными» микроорганизмами. Вы их только можете вырастить сами. Как газон.

Как восстановить баланс микрофлоры кишечника? | Здоровая жизнь | Здоровье

Два кило бактерий

В общей сложности в нашем кишечнике проживает 2 килограмма микробов: в первую очередь бифидо- и лактобактерии, а также стрептококки, энтерококки, кишечная палочка, гнилостные бактерии, аэробные и анаэробные микробы.

Баланс микрофлоры нестабилен и периодически нарушается, но в здоровом теле полезные бактерии быстро «побеждают». У человека, ослабленного неправильным питанием, болезнями или стрессами, перевес оказывается в пользу патогенных микроорганизмов, которые и вызывают различные неприятные ощущения в кишечнике: диарею, метеоризм, вздутие, боли. Если эти симптомы наблюдаются длительное время, врачи говорят о дисбактериозе (или дисбиозе) кишечника.

Нарушения работы кишечника могут быть признаком многих заболеваний. В первую очередь под подозрение попадают отравление, глистная инвазия, пищевая аллергия. Разрешить сомнения помогут анализы на яйце­глист, если необходимо – аллергопробы. Также необходимо сдать так называемый анализ на дисбактериоз: это исследование позволяет выявить соотношение полезной и патогенной микрофлоры. Только на основании этой информации можно говорить о дисбактериозе и начинать лечение.

Кто виноват?

Дисбактериоз – это не диагноз, а симптом, он не возникает на пустом месте, а всегда является следствием неполадок в других системах организма. Потому просто восстанавливать полезную микрофлору бессмысленно, пока не найдена причина, которая нарушила это равновесие. Виновных в гибели полезных бактерий и массовом заселении патогенных может быть масса.

Самые частые причины дисбактериоза:

  • еда всухомятку;
  • однообразное питание, причем не важно, на что человек налегает: на полезные овощи или вредные сладости;
  •  жесткие диеты и тем более голодания;
  • путешествия, в которых неизбежно меняется привычный тип питания;
  • лечение антибиотиками;
  • длительный стресс.

Устранив первопричину, необходимо переходить к активным действиям: подавить избыточное бактериальное обсеменение в тонкой кишке и восстановить полезную микрофлору в толстой кишке.

С подселением

Для подавления избыточного роста патогенной микрофлоры могут назначить антибиотики. Но, поскольку они подавляют и рост полезных бактерий, назначение может сделать лишь врач после микробиологического исследования кала.

Когда «внутренний враг» уничтожен, можно заселять кишечник полезной микрофлорой. Для этого используют различные бактериальные препараты. Они содержат живые культуры, которые обладают угнетающим действием по отношению к болезнетворным микробам. До 10% полезных микробов из препарата закрепляются в кишечнике и начинают выполнять функцию нормальной микробной флоры, стимулируя образование местного иммунитета. Таким образом формируется своеобразная питательная среда для развития полезных бактерий.

Скорее всего, придется скорректировать и режим питания. Если дисбиоз сопровождается запорами, следует отказаться от сдобы и добавить в меню больше клетчатки и жидкости. При расстройствах кишечника, напротив, нужно свести к минимуму сырые овощи и фрукты и отдать предпочтение продуктам с обволакивающими свойствами.

Страница не найдена |

Страница не найдена |

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

21222324252627

28293031   

       

       

       

     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

Апр

Май

Июн

Июл

Авг

Сен

Окт

Ноя

Дек

Метки

Настройки
для слабовидящих

Как микрофлора кишечника связана с иммунитетом

Малейший сквозняк — и вы опять простыли? Не расстраивайтесь, сегодня мы с вами, дорогие друзья, попытаемся обнаружить причины нашего ослабленного иммунитета в самых неожиданных местах. А также узнаем о том, как природными способами восстановить микрофлору кишечника, а значит, укрепить иммунитет и здоровье в целом.

Как-то непривычно связывать бесконечные сопли и кашель с запором, поносом или бурчанием в животе. Но медики категоричны: подверженность простудным заболеваниям часто является реакцией организма на состояние кишечника.

Дело в том, что микрофлора ЖКТ (желудочно-кишечного тракта) — очень важная часть иммунной системы человека. Чем хуже себя чувствуют жизненноважные бактерии и микроорганизмы, обитающие в кишечнике, и чем их меньше, тем больше проблем в туалете и ниже иммунитет.

Около 70% иммуномодулирующих клеток человека находится в желудочно-кишечном тракте. Это значит, что наше здоровье в сезон простуд во многом зависит от благополучия ЖКТ.

Факторы, подавляющие иммунитет и уничтожающие микрофлору

Факторы, влияющие на состояние микрофлоры Dicorosy.com

В былые времена, когда трава была зеленее, воздух «вкуснее» и пища здоровее, микрофлора кишечника сама регулировала свой баланс, поддерживая иммунные силы организма. Но пришел прогресс, и иммунитет ухнул вниз. Во многом по той причине, что прогресс плохо сказался на микрофлоре кишечника. Вот лишь несколько причин, от которых весьма нехорошо пищеварительным бактериям:

  • Антибиотики. Сильные лекарства, борясь с инфекциями, заодно уничтожают и полезных обитателей кишечника. К слову, антибиотики могут поступать в организм не только со всевозможными медикаментами. Их довольно часто используют в животноводстве, а потому с огромной вероятностью антибиотики могут содержаться даже в мясе и рыбе.
  • Сырая вода из-под крана. Точнее, входящие в ее состав хлор и фтор, которые буквально выжигают микрофлору. Чтобы получить дозу «разрушителей», воду даже не нужно пить, достаточно залить ее в увлажнитель воздуха. Тем не менее, вода просто необходима для нашего организма, но надо знать какая именно вода. Об этом можно прочесть в статье «Вода полезнее витаминов!»
  • Выхлопные газы и плохое экологическое состояние в целом.
  • Хронические стрессы.

Симптомами неполадок в кишечники могут быть не только запор, метеоризм или бесконечные простуды. Нарушения полноценной жизнедеятельности микрофлоры проявляют себя пищевыми аллергиями, экземой, прыщиками и угрями, от которых невозможно избавиться, герпесом, кандидозом (молочницей), болезнями суставов.

Обнаружив у себя одну из этих проблем, многие подсаживаются на мази и лекарства, борясь с симптомами, но не с первопричиной. Хотя есть значительный шанс, что разрешить ситуации можно всего лишь откорректировав питание.

Природное восстановление микрофлоры кишечника

Самый простой способ поддержать ослабленную микрофлору кишечника —подселить к ней новых «жильцов» — полезные бактерии пробиотики. Больше всего их содержится в кисломолочных продуктах (кефир, питьевой йогурт, простокваша, сыр мацони) и квашеной капусте. В отличие от квашеной капусты, которую желательно квасить самостоятельно и употреблять в любых количествах, кисломолочные продукты следует тщательно выбирать и обращать пристальное внимание на состав. Кроме того, употребление их два-четыре раза в неделю будет вполне достаточно, поскольку не очень желательно сильно на них подсаживаться.

Кроме того, богат пробиотиками хлеб на закваске (лучше всего приготовить самостоятельно на ржаной муке, рисе, изюме, хмелевых шишках и других природных ингредиентах — интернет вам в помощь), а также такие растения, как артишоки, репчатый лук и лук-порей. Немного наших драгоценных бактерий содержится и в свежих бананах.

Также пробиотики часто выпускаются в виде пищевых добавок, перед употреблением которых следует обязательно посоветоваться с терапевтом.

Нормализация работы микрофлоры кишечника

Продукты для нормализации микрофлоры кишечника Royal-forest.org

Полезности в кишечник важно не только заселить, но и подкормить. Чтобы нужные бактерии почувствовали себя как дома, диетологи советуют включить в рацион:

  • Помидоры, морковь, яблоки, те же бананы, спаржу, чеснок, клубнику, малину, черную смородину (сезонные ягоды можно покупать в замороженном виде). Эти продукты в большом количестве содержат пребиотики — питательную среду, которая не усваивается организмом, а служит «обедом» микрофлоре;
  • Разнообразные овощи, цельнозерновой хлеб, овсяную кашу и иные продукты, содержащие большое количество клетчатки, она помогает полезным бактериям быстрее и легче прижиться в кишечнике, а также стимулирует кишечник очищаться от остатков, вызванных неправильным питанием в прошлом;
  • Редис, редьку, лук, чеснок, хрен и прочие продукты, подавляющие гнилостные процессы в организме. Они снижают нагрузки на полезную микрофлору, позволяя ей сосредоточиться на главных функциях, в том числе укреплении иммунитета.
Читайте також: Питання дня: чи прийматимуть лікарі, якщо не укладена декларація

Фото на главной: сmei.com.ua

Страничка автора на facebook 

Кишечная микробиота | Biocodex Microbiota Institute

Что такое микробиота кишечника человека?

Вы, наверное, уже не раз слышали о «кишечной флоре». По-научному она называется «кишечная микробиота» или «микробиота кишечника». Она состоит1 из триллионов микроорганизмов (sidenote: Микроорганизмы очень мелкие живые организмы, неразличимые невооруженным глазом. К ним относятся бактерии, вирусы, грибы, археи и простейшие, обычно называемые «микробами». What is microbiology? Microbiology Society. ) , обитающих в кишечнике, таких как бактерии, вирусы, грибы (в том числе дрожжи) и даже паразиты.

Кстати, слова «микробиота» и «микробиом» часто используют как синонимы, но они имеют разные значения. Термин «микробиота» используется, если речь идет о микроорганизмах и их видах, то есть он отвечает на вопрос «кто там?». А «микробиом» — это геном этих микроорганизмов, то, что содержится внутри них; этот термин отвечает на вопрос2 «что в этих микроорганизмах происходит?», в смысле их функционирования.

Каждый из нас обладает своей уникальной микробиотой, такой же неповторимой, как, например, отпечатки пальцев. 1 Когда мы рождаемся, фекальные и вагинальные микроорганизмы, передающиеся от матери во время вагинальных родов, или микроорганизмы из окружающей среды (в случае кесарева сечения)3 начинают колонизировать кишечник, формируя микробиоту.4

Приблизительно первые три года жизни микробиота кишечника формируется, становится разнообразнее и стабилизируется.5 После достижения взрослого возраста ее состав остается относительно стабильным до наступления старости,6 когда она снова претерпевает глубокие изменения, но уже в худшую сторону.7

Почему микробиота кишечника играет ключевую роль в поддержании нашего здоровья?

Ряд ученых считает микробиоту кишечника одним из функциональных органов человеческого организма. Этот орган работает в тесной взаимосвязи с кишечником, играя 4 важные роли:

Функции микробиоты кишечника человека не ограничиваются кишечником: недавние исследования показали, что микробиота кишечника может играть определенную роль, выходящую за рамки желудочно-кишечного тракта. Установлено, что микробиота кишечника ассоциируется с развитием ряда внекишечных заболеваний, таких, например, как акне,23 аллергия,2 ожирение,25 тревожные расстройства,26 расстройства аутистического спектра.26 Однако это далеко не все. Есть мнение, что микробиота кишечника может быть связана с развитием таких нейродегенеративных заболеваний, как болезнь Альцгеймера27 и болезнь Паркинсона.28 И действительно, существует двунаправленная связь между кишечником и мозгом, которую называют «ось мозг — кишечник», а микробиота кишечника может влиять на взаимодействия этих органов. Вот почему наш кишечник иногда называют «вторым мозгом».

Как позаботиться о кишечной микробиоте? Ее благополучие — в ваших руках.

Вы уже знаете, насколько важную роль микробиота кишечника играет в поддержании здоровья человека. Но как нам позаботиться о собственной микробиоте? Во многих научных исследованиях поднимался вопрос о том, как избежать нарушений ее состава и сохранить наиболее оптимальный баланс. 29 Ответ не так прост, как кажется. Одного только употребления благотворных бактерий или дрожжей с целью обогатить существующую микробиоту или вытеснить болезнетворные микроорганизмы оказывается недостаточно. Главная задача заключается в том, чтобы воздействовать на микробиоту таким образом, чтобы помочь ей функционировать без перебоев и тем самым укрепить собственное здоровье.30

Вся информация в этой статье получена из официальных научных источников. Следует учитывать, что представленная информация не является исчерпывающей. Ниже приведен перечень исследований, использованных в качестве источников информации 

Микробиота. Что это за орган и зачем он нам / Хабр

Микробиотой кишечника называют состав бактерий, которые живут в толстом кишечнике человека. Не так давно выяснилось, что эти бактерии выполняют ряд важных для организма человека функций. Сегодня ученые называют микробиоту — новым органом, достойным отдельного изучения.

В прошлый раз мы с Атласом писали про онкологию, а сегодня запускаем серию статей, чтобы лучше узнать, что это за бактерии, как они заселяют наш кишечник и можно ли ими управлять.


Автор иллюстраций Rentonorama

Откуда в нашем кишечнике бактерии

Бактерии заселяют все вокруг и внутри нас. Они любят теплую и влажную среду. В теле человека больше всего микроорганизмов находится во рту и кишечнике.

Бактерии начинают заселять наше тело, когда мы еще находимся в утробе матери. Раньше считалось, что плацента и околоплодные воды стерильны, однако последние исследования показывают, что это не так. Пока неясно, как бактерии попадают в плаценту, но есть предположения, что на это влияет микрофлора влагалища, бактерии ротовой полости, которые в небольшом количестве могут попадать в кровоток, и микробиота кишечника, где иммунные клетки (дендритные) отбирают определенные бактерии, которые проникнут в плаценту.

Однако масштабное заселение кишечника бактериями происходит во время родов, кормления грудью и когда ребенок начинает есть твердую пищу. К 1,5–3 годам формируется профиль микробиоты человека, который содержит более 1000 видов бактерий. Кесарево сечение, использование антибиотиков, дисбаланс бактерий в кишечнике матери, преждевременные роды, отказ от кормления грудью — факторы, которые негативно влияют на формирование микробиоты.

Почему именно кишечник

Задача кишечника — впитать максимальное количество полезных веществ, а для этого нужна большая площадь поверхности. Чтобы ее уместить, строение кишечника представляет собой плотно прилегающие друг к другу складки с ворсинками и микроворсинками. Из-за этого кишечник часто сравнивают с бархатной тканью.


Схематическое строение толстого кишечника

Поверхность кишечника покрыта слизистым слоем — муцином. Он защищает клетки кишечника от агрессивных представителей микробиоты. Муцин обновляется каждый час, так как часть этого слоя уносят фекальные массы по мере продвижения по кишечнику.

Влажная, теплая среда с большим количеством складок и отростков — идеальная среда для роста бактерий. Возможно, вы слышали миф, что количество бактерий в 10 раз превышает количество клеток в теле человека. В организме человека весом 70 килограмм и ростом 170 сантиметров содержится около 30 триллионов клеток и 39 триллионов бактерий кишечника. Хотя отношение не 1:10, число все равно впечатляющее.

Зачем нам бактерии

Пищеварительная система человека устроена так, чтобы разбивать всю поступающую еду на простые молекулы: делать их доступными для всасывания клетками и проникновения в кровоток. При этом есть вещества, которые наш организм переварить не может — сложные углеводы.

Сложные углеводы состоят из длинных цепочек молекул сахара, которые ферменты желудочно-кишечного тракта разорвать не в силе. В геноме человека просто нет информации о расщепляющих сложные углеводы соединениях, но гены бактерий кишечника кодируют десятки тысяч таких ферментов (полисахаридных лиаз).

И, казалось бы, зачем нам сложные углеводы, если даже в нашей ДНК не сказано, что с ними делать? В процессе расщепления сложных углеводов бактерии синтезируют витамины и короткоцепочечные жирные кислоты — главный источник энергии для клеток кишечника. У человека с бактериями выгодное сотрудничество: мы кормим их, а они кормят нас.

Еще один плюс такого сожительства — генетический материал бактерий более гибкий. Эти микроорганизмы гораздо быстрее подстраиваются под изменения окружающей среды в отличие от человека. Яркий тому пример, хотя и негативный для нас, — устойчивость бактерий к антибиотикам, которая отмечается сейчас всё чаще.

Как работает микробиота

Мы уже упомянули, что бактерии кишечника помогают усваивать клетчатку, производят короткоцепочечные жирные кислоты и витамины. Может возникнуть ощущение, что все это делает каждая бактерия, но это не так.

Микробиота — это целая экосистема со своими порядками и законами. Ее можно сравнить с мегаполисом, жители которого имеют самые разные профессии. Часть бактерий трудится на благо всего города и следит за патогенными микроорганизмами, чтобы они не нарушили порядок и не устроили революцию. Часть бактерий пассивны: они не приносят городу пользу, но и не создают проблем. А третья часть все время замышляет план, как захватить город и разграбить все нажитое. От нашего рациона зависит, кого из этих трех представителей будет больше.

Сложные углеводы — пища для законопослушных граждан микробиоты, которые заботятся о своем доме. Правда, это не готовое блюдо, которое мы подносим на тарелке. Для таких крошечных созданий молекула сложных углеводов выглядит скорее как срубленный дуб. Чтобы убрать ветки, заготовить бревно, распилить его, сделать дрова и спички, нужны самые разные виды бактерий.

Если какого-то вида бактерий не хватает, процесс расщепления углеводов, синтеза короткоцепочечных жирных кислот и витаминов будет менее эффективным. Поэтому чем больше самых разных продуктов с клетчаткой мы едим, тем выше разнообразие полезных бактерий и тем стабильнее ситуация в городе, несмотря на мелкие хулиганства со стороны патогенных микроорганизмов.

Последнее время появляется все больше исследований о том, как бактерии кишечника влияют на нашу жизнь. В следующей статье мы расскажем про самые распространенные роды бактерий, обитающих в кишечнике людей, и о том, как они работают.

границ | Желудочно-кишечный транзит пробиотиков и колонизация после перорального введения: долгое путешествие

Введение

Пробиотики определяются ФАО/ВОЗ как «живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу здоровью хозяина» (Hill et al. , 2014). Пробиотики получают все большее признание и в настоящее время широко используются в качестве потребительских пищевых продуктов и пищевых добавок. Мировой рынок пробиотиков растет со совокупным годовым темпом роста примерно 13%.В период с 2010 по 2014 год емкость мирового рынка увеличилась с 25,4 млрд долларов США до 36,9 млрд долларов США.

Часто изучалось влияние пробиотиков на профилактику и лечение заболеваний. Все больше данных свидетельствуют о том, что пробиотики играют активную роль в облегчении различных состояний, включая хронические заболевания (Leung et al. , 2016), инфекционные заболевания (Shen et al., 2017), аутоиммунные заболевания (Esmaeili et al., 2017). ) и педиатрических заболеваний (Guo et al., 2019).Клинически методы лечения для модуляции микробиоты кишечника включают пероральное введение пробиотиков и трансплантацию фекальных микробов (FMT). Было доказано, что ТФМ является эффективным средством для лечения пациентов с инфекциями Clostridium difficile (ИКД), воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) и рецидивирующей печеночной энцефалопатией, но применение ТФМ относительно ограничено по сравнению с пероральным приемом пробиотиков (Britton и Young, 2014; Browne and Kelly, 2017; Bajaj et al., 2018).Более того, ТФМ остается спорным из-за риска передачи устойчивых к лекарствам микроорганизмов, что может привести к неблагоприятным инфекционным явлениям (DeFilipp et al., 2019).

По сравнению с ТФМ пероральный прием пробиотиков имеет более широкий спектр применения, значительно удобнее и безопаснее. Тем не менее жизнеспособность перорально вводимых пробиотиков серьезно затруднена из-за суровых условий, включая желудочную кислоту, желчные соли и разрушающие ферменты, прежде чем они достигнут своего функционального места в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) (Yao et al. , 2020). Кроме того, жизнеспособные пробиотики, достигающие толстой кишки, также должны колонизировать слизистую оболочку кишечника, конкурируя с местными бактериями (Zmora et al., 2018). Интересно, что в нескольких отчетах показано, что многие эффекты, получаемые от жизнеспособных клеток пробиотиков, также могут быть реализованы с помощью мертвых пробиотиков (Adams, 2010; Li et al., 2016; Warda et al., 2019; Warda et al., 2020). . Поскольку этот обзор в основном посвящен поверхностным молекулам, связанным с адгезией, здесь не будет подробно описываться часть мертвых пробиотиков и их функции.Хотя суровые условия в верхних отделах ЖКТ обсуждались в предыдущих публикациях (Charteris et al., 1998; Saarela et al., 2000; Yao et al., 2020), цель этого обзора — всесторонне проиллюстрировать путь пробиотиков. от перорального введения до желудочно-кишечного тракта с последующей колонизацией кишечника с особым вниманием к процессу адгезии пробиотиков на слизистой оболочке или эпителиальных клетках кишечника.

Транзит пробиотиков через желудочно-кишечный тракт

После перорального приема пробиотики проходят через ЖКТ, изо рта, через желудок, в тонкую кишку и толстую кишку.В этом разделе будет описан ряд физико-химических факторов (рис. 1), которые могут повлиять на жизнеспособность пробиотиков.

Рисунок 1 На жизнеспособность пробиотиков во время прохождения через желудочно-кишечный тракт влияют различные факторы, в том числе желудочная кислота, пищеварительные ферменты, желчные кислоты в верхних отделах желудочно-кишечного тракта и резистентность к колонизации, вызванная комменсальными бактериями в толстой кишке.

Рот

При проглатывании пробиотики сначала подвергаются воздействию слюны во рту.Слюна представляет собой прозрачный и слегка кислый слизисто-серозный экзокринный секрет, состоящий из иммунологических и неиммунологических компонентов, которые защищают зубы и поверхности слизистых оболочек (Хамфри и Уильямсон, 2001). Иммунологическое содержание включает секреторный иммуноглобулин A (IgA), иммуноглобулин G (IgG) и иммуноглобулин M (IgM). Неиммунологическое содержимое включает белки, муцины, пептиды и ферменты. Слюна обладает антибактериальным действием, однако она избирательна и может поддерживать рост некариесогенной микрофлоры (Хамфри и Уильямсон, 2001). Исследования in vitro на нескольких штаммах Lactobacillus , Pediococcus и Bifidobacteria не показали существенной потери количества клеток при воздействии слюны по сравнению с контрольной группой (Haukioja et al., 2006; Garcia-Ruiz et др., 2014). В то время как прохождение пробиотиков через рот и их воздействие на слюну после перорального приема преходящи, влияние слюны на выживаемость пробиотиков, по-видимому, минимально.

Желудок

После прохождения через пищевод пробиотики попадают в желудок, где подвергаются воздействию кислой желудочной жидкости.Кислая среда чрезвычайно смертельна для большинства бактерий, особенно для бактерий, неустойчивых к кислоте, что может вызвать снижение рН цитоплазмы бактерий. Приток ионов водорода (Н + ) приводит к снижению активности гликолитических ферментов, что дополнительно влияет на протонные насосы F 1 F 0 -АТФазы. Снижение активности протонной помпы F 1 F 0 -АТФазы при низком pH отвечает за выживание пробиотиков (Yao et al., 2020). Транзит через желудок занимает от 5 минут до 2 часов, и длительное воздействие кислой среды представляет собой огромную проблему для пробиотиков (Cook et al., 2012; Яо и др., 2020). Кроме того, было показано, что другие неблагоприятные условия, присутствующие в желудке, включая ионную силу, активность ферментов (пепсин) и механическое взбалтывание, влияют на жизнеспособность пробиотиков (Sarao and Arora, 2017; Surono et al., 2018). Например, жизнеспособные клетки Bifidobacterium longum и Bifidobacterium breve стали неопределяемыми в искусственном желудочном соке в течение часа (Cook et al., 2012).

Тонкий кишечник

Пройдя через привратник, пробиотические бактерии достигают тонкого кишечника, где присутствует большое количество панкреатического сока и желчи.Под нейтрализующим действием кишечной жидкости рН в тонком кишечнике составляет около 6,0–7,0, что намного мягче, чем в желудочном соке (Cook et al. , 2012). Однако желчные кислоты и пищеварительные ферменты (включая липазы, протеазы и амилазы) также могут влиять на жизнеспособность пробиотиков за счет разрушения клеточной мембраны и повреждения ДНК (Hamner et al., 2013; Yao et al., 2018; Yao et al., 2020). . Исследования in vitro продемонстрировали, что жизнеспособность Lactobacillus salivarius Li01 и Pediococcus pentosaceus Li05 снижается в имитируемой кишечной жидкости (Yao et al., 2017; Яо и др., 2018). Чтобы повысить толерантность пробиотиков к желудочному соку и желчи в ЖКТ, пробиотики могут быть покрыты защитной оболочкой, метод, известный как микрокапсулирование. В последние годы был достигнут большой прогресс в повышении выживаемости и обеспечении того, чтобы достаточное количество жизнеспособных пробиотиков достигло толстой кишки с помощью методов, основанных на микрокапсулировании (Martin et al., 2015; Yao et al., 2017; Yao et al. ., 2018).

Толстая кишка

Толстая кишка имеет наибольшую плотность бактерий (от 10 11 до 10 12 КОЕ/мл), где пробиотики будут встречать сопротивление колонизации со стороны комменсальных бактерий (O’Hara and Shanahan, 2006; Zmora et al. , 2018). Пробиотики должны конкурировать с микробиотой хозяина за питательные вещества и места адгезии, чтобы иметь возможность колонизировать слизистую оболочку толстой кишки и размножаться (Zmora et al., 2018; Yao et al., 2020). Из-за устойчивости к колонизации большинство пробиотиков выводятся из толстой кишки со стулом после перорального приема и вскоре после прекращения потребления, поэтому пробиотики не могут быть обнаружены (Sierra et al., 2010; Wang et al., 2015). Механизмы, порождающие устойчивость к колонизации, подробно проиллюстрированы в разделе ниже.

Микробиота кишечника и устойчивость к колонизации

Организм человека содержит огромный микробиом, состоящий из микроорганизмов, включая бактерии, грибы, археи, вирусы и простейшие (Shukla et al., 2017). Согласно предыдущим исследованиям, каждый человек содержит около 10–100 триллионов симбиотических микробных клеток, большинство из которых — бактерии, обитающие в кишечнике (Gilbert et al., 2018). Микробиота кишечника играет симбиотическую роль в развитии человеческого организма и участвует в процессе поддержания здоровья и противостояния болезням (Fan and Pedersen, 2020). В этом разделе будут обсуждаться состав микробиоты кишечника и механизм резистентности к колонизации.

Состав микробиоты кишечника

Микробиота кишечника человека состоит из более чем 1000 филотипов (Gilbert et al., 2018). У здоровых людей большинство филотипов бактерий можно условно разделить на Bacteroidetes , Firmicutes , Actinobacteria , Proteobacteria и Verrucomicrobia (Lozupone et al., 2012). Среди них Bacteroidetes и Firmicutes обычно доминируют в микробиоте, тогда как Actinobacteria , Proteobacteria и Verrucomicrobia обычно являются второстепенными составляющими. Концентрация микроорганизмов в желудке и проксимальном отделе тонкой кишки составляет менее 10 4 КОЕ/мл из-за тяжелых условий в ЖКТ. Большинство микроорганизмов обитает в дистальных отделах тонкой и толстой кишки, где бактериальная плотность колеблется от 10 11 до 10 12 КОЕ/мл (O’Hara, Shanahan, 2006). Распределение бактерий в слизистой оболочке кишечника имеет определенные экологические особенности. Вдоль продольной оси кишечника и толстой кишки концентрация кислорода постепенно снижается. Больше анаэробов, таких как Clostridium и Faecalibacterium , находится в нижних отделах ЖКТ, в то время как верхние отделы желудочно-кишечного тракта обогащены грамположительными кокками (например, Gemella , Streptococcus ) (Engevik and Versalovic, 2019). Вдоль горизонтальной оси кишечника и толстой кишки антимикробные молекулы и кислород, секретируемые клетками эпителия, накапливаются в высоких локальных концентрациях во внутреннем слое слизи, где могут колонизироваться лишь немногие микробы (Donaldson et al., 2016). Слой слизи в толстой кишке имеет две различные структуры: рыхлый внешний слой и плотный внутренний слой. Первый колонизирован Bacteroides acidifaciens , Bacteroides fragilis , Bifidobacteriaceae и Akkermansia muciniphila , которые могут разлагать муцин. Последний пронизан при низкой плотности более ограниченным сообществом, включающим Bacteroides fragilis и Acinetobacter spp. (Дональдсон и др., 2016).

Состав микробиоты кишечника не является статичным.Наоборот, он очень изменчив, и на его нормальные вариации разнообразия влияют такие факторы, как возраст, генетика, окружающая среда и диета (Lozupone et al., 2012; David et al., 2014; Goodrich et al., 2014; Rothschild et al. ., 2018). В первые годы жизни, особенно в течение первых трех лет, состав и функции микробов, колонизирующихся в кишечнике, непрерывно изменяются до тех пор, пока не установится относительно стабильное микробное сообщество. Предыдущие исследования показали, что состав микробиоты близнецов и пар мать-дочь более схож, чем у неродственных особей, что позволяет предположить, что генетика может играть роль в составе микробиоты (Dicksved et al., 2008; Turnbaugh и др., 2009). Напротив, недавнее исследование также показало, что состав микробиоты людей, живущих вместе, не состоящих в родстве, имеет много значительных сходств, демонстрируя, что генетика хозяина играет незначительную роль в определении состава микробиоты в этом случае (Rothschild et al. , 2018). Микробный состав значительно различается у людей в разных географических точках и с разным питанием, что указывает на то, что микробиом кишечника в значительной степени связан с питанием и окружающей средой (Rothschild et al., 2018; Партула и др., 2019 г.; Скепанович и др., 2019).

Устойчивость к колонизации

Нормальная микробиота кишечника образует стабильное бактериальное сообщество, которое противостоит вторжению чужеродных бактерий и распространению патогенов. Это явление, открытое в 1950-х годах, известно как «колонизационное сопротивление» (Bohnhoff et al., 1954; Freter, 1955). Механизмы сопротивления колонизации можно разделить на две большие категории: прямые и косвенные механизмы. Среди обеих категорий резистентность к прямой колонизации относится к ограничению экзогенной микробной колонизации строго за счет факторов, связанных с микробиотой кишечника, независимо от какого-либо взаимодействия с хозяином, и включает ингибирование и конкуренцию за ресурсы (Pickard et al. , 2017). Непрямая резистентность к колонизации зависит от факторов, происходящих от хозяина, включая выработку антимикробных пептидов, поддержание эпителиального барьера и модуляцию концентрации желчных кислот посредством взаимодействия с хозяином (Gibson et al., 2017). Например, бактериоцины представляют собой белковые соединения, которые синтезируются в рибосомах как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий и способны ингибировать близкородственные виды или виды, использующие сходные питательные вещества или ниши (Klaenhammer, 1993; Gibson et al., 2017). Было обнаружено, что продуцирующий бактериоцин Enterococcus faecalis может ингибировать колонизацию ванкомицин-резистентных энтерококков (VRE) (Kommineni et al., 2015).

На пробиотики отрицательно влияет резистентность к колонизации, проявляемая комменсальной кишечной микробиотой. Некоторые исследования показывают, что пробиотики, которые принимают внутрь люди, повсеместно выделяются со стулом в период, ограниченный временем приема, и вскоре после этого (Sierra et al. , 2010; Lahti et al., 2013; Ван и др., 2015). Связанные эксперименты также демонстрируют, что пробиотики не могут изменить структуру или разнообразие сообщества кишечной микробиоты (Kristensen et al., 2016; Bazanella et al., 2017; Laursen et al., 2017). Колонизационная резистентность может быть одной из важных причин ограничения долгосрочных эффектов пробиотиков. Змора и соавт. вводили комбинацию, состоящую из 11 пробиотических штаммов, взрослым самцам мышей, свободных от специфических патогенов (SPF), и мышей, свободных от микробов (GF). Образцы стула анализировали в указанные моменты времени с последующим вскрытием желудочно-кишечного тракта на 28-й день после приема.У мышей GF наблюдалось значительно более высокое количество жизнеспособных бактерий по сравнению с группами SPF. Объяснением результатов может быть то, что пробиотики обнаруживают более высокую степень устойчивости к колонизации слизистой оболочки у мышей SPF по сравнению с мышами GF (Zmora et al., 2018). Другое интересное исследование показало, что эффективность колонизации пробиотиками различается у разных людей. Добровольцев разделили на две группы: «разрешительные» и «противные». У людей в пермиссивной группе наблюдалось значительное увеличение пробиотических штаммов в слизистой оболочке кишечника, тогда как пробиотики не были обнаружены в кишечнике людей в «резистентной» группе (Zmora et al., 2018).

Пробиотическая колонизация слизистой оболочки кишечника

Успешная колонизация желудочно-кишечного тракта является ключевым фактором, позволяющим пробиотикам оказывать достаточное взаимодействие с хозяином, чтобы оказывать положительное влияние на здоровье (Alp and Kuleasan, 2019). Адгезия слизистой оболочки считается важным этапом пробиотической колонизации; однако механизмы адгезии все еще требуют изучения. В этом разделе мы обсудим состав слоя кишечной слизи и специфические белки, связанные с адгезией пробиотиков.

Слизистая оболочка кишечника и слизистый слой

Слизистая оболочка кишечника состоит из эпителиального слоя, собственной пластинки и мышечной слизистой оболочки. Тонкокишечные ворсинки, которые образованы эпителием и собственной пластинкой, выступающими в полость кишки, покрывают поверхность слизистой оболочки и отвечают за всасывание питательных веществ в кишечнике. Эпителиальные клетки состоят из абсорбирующих клеток, бокаловидных клеток и эндокринных клеток. Бокаловидные клетки разбросаны между абсорбирующими клетками, секретируя слизь, покрывающую всю полость тонкого кишечника, состоящую из углеводов, липидов, солей, белков, бактерий и клеточного дебриса (Ensign et al., 2012). Толщина слизи колеблется примерно от 30 до 300 мкм; толщина увеличивается от кишечника к прямой кишке (Van Tassell and Miller, 2011). Основными белками являются гликопротеины, называемые муцинами, которые полимеризуются с образованием сплошной гелеобразной матрицы, обеспечивая структурную основу слизистого слоя, защищая кишечник от патогенов, ферментов, токсинов, обезвоживания и истирания. В то же время экзогенные питательные вещества, такие как витамины и минералы, присутствуют в кишечной слизи, что обеспечивает огромное экологическое преимущество для роста бактерий, колонизирующих кишечную слизь (Sicard et al. , 2017). Можно сказать, что слизь является отличной нишей как для пробиотиков, так и для возбудителя.

Адгезия

Процесс адгезии бактерий к слизистой оболочке включает обратимую и стабильную стадии (Kos et al., 2003). Первоначально пробиотики связываются со слизистой оболочкой через неспецифический физический контакт, включая пространственное и гидрофобное распознавание, устанавливая обратимое и слабое физическое связывание (Van Tassell and Miller, 2011). Впоследствии, благодаря специфическим взаимодействиям между адгезинами (обычно белками, закрепленными на клеточной поверхности) и комплементарными рецепторами, пробиотики устанавливают стабильное связывание со слизью или эпителиальными клетками кишечника (КЭК), тем самым успешно колонизируя ЖКТ (Van Tassell and Miller, 2011). .

Пробиотики могут кодировать многочисленные факторы клеточной поверхности, которые участвуют в прилипании к муцину или IEC. Бак и др. инактивировали и нокаутировали несколько специфических факторов клеточной поверхности в Lactobacillus acidophilus NCFM, включая муцин-связывающий белок (Mub), фибронектин-связывающий белок (FbpA) и белок поверхностного слоя (SlpA). Значительное снижение адгезии к клеткам Caco-2 наблюдалось у каждого отдельного белкового мутанта, показывая, что все гены, кодирующие FbpA, Mub и SlpA, вносят вклад в L.acidophilus NCFM, адгезия к IEC in vitro (Buck et al., 2005). Другое подобное исследование in vitro показало, что мутации в luxS в L. acidophilus NCFM, который кодирует аутоиндуктор (AI)-2, вызывали снижение адгезии к IEC (Buck et al., 2009). Дополнительная работа продемонстрировала участие перекрестно-реактивного антигена миозина (MCRA) L. acidophilus NCFM в адгезии к клеткам Caco-2 (O’Flaherty and Klaenhammer, 2010) и делецию гена, кодирующего сортазу, из L.salivarius приводил к значительному снижению адгезии к линиям эпителиальных клеток человека (van Pijkeren et al., 2006). В дополнение к белкам в пробиотиках также присутствуют небелковые молекулы, включая тейхоевые кислоты (ТА) и экзополисахариды (ЭПС), которые могут взаимодействовать с клетками-хозяевами, влияя на адгезию. Из текущих публикаций можно сделать вывод, что не существует фиксированной молекулы, которую можно было бы применять ко всем штаммам пробиотиков, несмотря на широкий спектр молекул, связанных с адгезией.Многие адгезины, по-видимому, зависят от вида или штамма. Эти связанные с адгезией поверхностные молекулы пробиотиков и механизмы, связанные с адгезией, подробно обсуждаются ниже (таблица 1 и рисунок 2).

Таблица 1 Молекулы, связанные с адгезией, в пробиотиках.

Рисунок 2 Состав слизистого слоя и связь с пробиотическими поверхностными белками. Между всасывающими клетками разбросаны бокаловидные клетки, которые могут выделять слизь, покрывающую всю полость тонкой кишки.Слизь в основном состоит из муцинов, богатых цистеином. Обширные дисульфидные связи между муцинами формируют характерные вязкоупругие свойства слизи. Специфические белки на поверхности пробиотиков играют важную роль в адгезии пробиотиков к слизи. Белки, связывающиеся со слизью, например, могут связываться со слоем слизи посредством взаимодействия с гликозильными модификациями муцина.

Связывающиеся со слизью белки

Связывающие со слизью белки (MUB) представляют собой белки клеточной поверхности с типичным сигнальным пептидом и С-концевым мотивом LPxTG на С-конце, которые устанавливают ковалентное связывание со стенкой бактериальной клетки (Juge, 2012) .MUB обычно обнаруживаются в молочнокислых бактериях, особенно Lactobacillus reuteri , которые являются одними из наиболее доминирующих пробиотических бактерий в желудочно-кишечном тракте человека (Roos and Jonsson, 2002; MacKenzie et al., 2009; Jensen et al., 2014). MUB содержат множественные повторы Mub (домены Mub, ~ 200 остатков), которые обладают гомологией с повторами муцин-связывающего белка (домены MucBP, ~ 50 остатков) (Mercier-Bonin and Chapot-Chartier, 2017). Mub-домены можно найти в белках многочисленных Lactobacillus spp., включая L. acidophilus , L. plantarum , L. brevis и L. fermentum (Van Tassell and Miller, 2011). Аминокислотная последовательность Mub сильно повторяется и содержит два типа родственных повторов, Mub1 и Mub2. Отдельные антитела против Mub1 и Mub2 не ингибировали в экспериментах по адгезии, демонстрируя, что повторяющаяся структура обоих важна для развития адгезии (Roos and Jonsson, 2002). Эксперименты также показали, что Mub взаимодействует с углеводными компонентами слизи, особенно с гликозильной связью муцинов (Van Tassell and Miller, 2011).Распространение доменов MucBP в бактериальных белках более обширно, чем у Mub (Juge, 2012). Точно так же было продемонстрировано, что MucBP в Lactobacillus способны связываться со слизью (Radziwill-Bienkowska et al., 2016).

Белки, связывающие фибронектин

Внеклеточный матрикс представляет собой сложную сеть крупных молекул вне клеток, в которых повсеместно присутствует внеклеточный гликопротеин фибронектин. Белки, связывающие фибронектин, которые закрепляются на поверхности бактерий, принадлежат к семейству адгезинов, распознающих молекулы адгезивной матрицы (MSCRAMM) микробной поверхности (Schwarz-Linek et al., 2006). Было показано, что фибронектин-связывающие белки, присутствующие на поверхности L. acidophilus , могут связываться с экспонированным фибронектином и закреплять IEC (Schillinger et al., 2005). Муньос-Провенсио и соавт. показали, что очищенный фибронектин-связывающий белок, кодируемый fbpA из Lactobacillus casei BL23, может связываться с иммобилизованным фибронектином. Они также заметили, что мутанты с инактивированным fbpA показали более низкую скорость адгезии к иммобилизованному фибронектину (Munoz-Provencio et al., 2010).

Белки поверхностных слоев

Самые наружные слои клеточной стенки бактерий состоят из поверхностных (S-) слоев, нековалентно связанных полупористых кристаллических массивов, состоящих из самособирающихся белковых субъединиц, называемых белками S-слоя (SLP) (Сара и Слейтр, 2000). Решетки S-слоя проявляют наклонную, квадратную или гексагональную симметрию при наблюдении с помощью электронного микроскопа. Большинство S-слоев имеют толщину от 5 до 25 нм и молекулярную массу почти 40–200 кДа.S-слои были обнаружены у сотен видов почти в каждой таксономической группе бактерий со стенками (Sleytr et al. , 2014). Было показано, что S-слои участвуют в ряде процессов, включая поддержание формы клеток, защиту муреинового мешочка от атаки лизоцимом, действуют как молекулярные сита и противообрастающее покрытие, служат местами связывания и способствуют адгезии бактерий (Sleytr et al., 2014). SLP пробиотиков также имеют много преимуществ для хозяина. Недавние исследования показали, что SLP, очищенные из Lactobacillus , оказывают иммуномодулирующее действие, которое ослабляет дисфункцию и воспаление кишечного барьера и защищает эпителиальный барьер кишечника (Prado Acosta et al., 2016; Чжан и др., 2017 г.; Ван и др., 2019).

Белок A поверхностного слоя (SlpA) представляет собой белок S-слоя, обнаруженный в L. acidophilus NCFM. Нокаут SlpA вызывал снижение адгезивной способности бактерий (Buck et al., 2005). Ашида и соавт. сравнили адгезивные способности восьми штаммов L. acidophilus с клетками Caco-2 и обнаружили, что адгезивная способность L. acidophilus L-92 была самой высокой, а у L. acidophilus CP23 была самой низкой среди сравниваемых штаммов (Ashida и другие., 2011). Дальнейшие исследования показали, что уровни экспрессии SlpA на поверхности L. acidophilus L-92 были примерно в 40 раз выше, чем у L. acidophilus CP23 (Ashida et al., 2011). В Propionibacterium freudenreichii CIRM-BIA 129, еще один белок, называемый белком поверхностного слоя B (SlpB), также было показано, что он играет ключевую роль в адгезии к клеткам кишечника человека. Значительное ингибирование адгезии к клеткам НТ-29 наблюдалось при блокировании SlpB специфическими антителами или при инактивации slpB в P.freudenreichii CB129 (do Carmo et al., 2017).

Джонсон и др. ковалентно идентифицировали белки, совместно локализованные в самом внешнем слое клеточной поверхности внутри S-слоя L. acidophilus NCFM, обозначенные как белки, ассоциированные с S-слоем (SLAP) (Johnson et al., 2013). Впоследствии SLAP были охарактеризованы у нескольких Lactobacillus spp. ( L. helveticus , L. crispatus , L. amylovorus и L. gallinarum ) (Johnson et al., 2016). И SLP, и SLAP являются важными медиаторами адгезии к IEC и муцинам хозяина (Buck et al., 2005; Hymes et al., 2016; Johnson and Klaenhammer, 2016; Klotz et al., 2020). Интересно, что один из наиболее распространенных SLAP в L. acidophilus NCFM, PrtX, действует как гомолог сериновой протеазы, и было показано, что он отрицательно коррелирует с адгезией в экспериментах in vitro (Johnson et al., 2017). В исследовании Johnson et al. ген prtX был удален из хромосомы L.acidophilus NCFM, и было обнаружено, что штамм с дефицитом PrtX (Δ prtX ) проявлял повышенную способность связывания клеток с муцином и фибронектином по сравнению со штаммом дикого типа (Johnson et al., 2017). Другие эффекты SLP и SLAP на адгезию еще ждут своего изучения.

Белки лунного света

Белки лунного света определяются как многофункциональные белки, которые могут выполнять более одной биологической функции (Jeffery, 1999). Было обнаружено почти 400 белков, работающих по совместительству, которые можно найти в базе данных MoonProt (http://www.Moonlightingproteins.org). Было показано, что совместные белки, включая енолазу (ENO), глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу (GAPDH), фактор элонгации-Tu (EF-Tu) и молекулярные шапероны, участвуют в адгезии пробиотиков к кишечным муцинам или IEC человека (Bergonzelli et al. и др., 2006; Сицилиано и Маццео, 2012). Более подробное описание участия специфических белков-совместителей в адгезии следует ниже.

Энолаза

Энолаза представляет собой многофункциональный белок, который играет ключевую роль в различных патофизиологических процессах, таких как гликолиз, фибринолиз и транскрипция ДНК (Pancholi, 2001).В качестве подрабатывающего белка энолаза была обнаружена на поверхности клеток L. plantarum LM3 и B. bifidum S17, и было показано, что белок может специфически связываться с внеклеточным матриксом, тем самым облегчая адгезию бактериальных клеток к хозяину. (Castaldo et al., 2009; Wei et al., 2016). Кастальдо и соавт. также сравнили различия между штаммами дикого типа и мутантным штаммом, несущим нулевую мутацию энолазы, и показали, что адгезионная способность мутантного штамма менее эффективна, чем способность дикого штамма (Castaldo et al., 2009).

Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа

Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФД) представляет собой фермент, участвующий в гликолизе. GAPDH считается подрабатывающим белком, поскольку он выполняет разнообразные функции в различных процессах, в том числе в регуляции апоптоза (Hara et al., 2005), гомеостаза железа (Rawat et al., 2012) и активации транскрипции (Zheng et al., 2003). ГАФД катализирует ферментативные реакции преимущественно в цитозоле. Более того, также было показано, что GAPDH способна связывать белки цитоскелета и внеклеточного матрикса на клеточной поверхности стрептококков группы B (Seifert et al., 2003). В GAPDH отсутствует внецитоплазматическая сортирующая последовательность, и интересно, как GAPDH переносится из цитозоля на клеточную поверхность (Siciliano and Mazzeo, 2012). Одно исследование показало, что L. plantarum LA 318 прилипает к муцину толстой кишки человека с помощью GAPDH, который экспрессируется на клеточной поверхности (Kinoshita et al., 2008). Точно так же Патель и соавт. (2016) клонировали ген, кодирующий GADPH, из L. acidophilus , экспрессировали, очистили и получили рекомбинантный продукт (r-LaGAPDH). Было обнаружено, что рекомбинантный белок находится в форме тетрамера в растворе и проявляет муцинсвязывающую и гемагглютинирующую активность.Несколько исследований показали, что в дополнение к связыванию с муцином GAPDH L. plantarum также обладает высокоспецифичной адгезивной способностью к плазминогену и фибронектину (Sanchez et al., 2009; Glenting et al., 2013).

Стрессовая реакция пробиотиков при контакте с желудочным соком и желчью влияет на адгезивную способность муцинов и ИЭК. Агустина и др. сообщили, что адгезия штаммов L. paracasei к муцину и IEC увеличивалась после кислотного и желчного стресса желудочно-кишечного тракта. Показано, что повышенная адгезивная способность была связана с положительной модификацией биосинтеза GAPDH (Agustina Bengoa et al., 2018). Однако желчный или кислотный стресс не всегда приводит к увеличению способности к адгезии. Например, L. delbrueckii subsp. lactis 200 и L. delbrueckii subsp. lactis 200+ , выращенные на среде, содержащей желчь, показали снижение адгезии к МЭК (Burns et al., 2010).

Фактор элонгации Tu

Фактор элонгации Tu (EF-Tu) представляет собой внутриклеточный белок, который выполняет несколько функций в синтезе белка и его укладке, включая облегчение синтеза белка и повышение точности трансляции (Beck et al., 1978). EF-Tu состоит из трех доменов, известных как домены I, II и III, образующих разные сайты для связывания гуанозинтрифосфата (ГТФ) и аминоацил-тРНК (Harvey et al., 2019). Эта структура позволяет EF-Tu транспортировать аминоацил-тРНК к рибосоме во время синтеза белка. Интересно, что EF-Tu является высококонсервативным белком, который можно обнаружить как на поверхности клеток патогенов, так и пробиотиков (Kunert et al. , 2007; Espino et al., 2015; Thofte et al., 2018). Роль EF-Tu на клеточной поверхности включает процессы бактериальной адгезии к клеткам-хозяевам, инвазии и уклонения от иммунитета (Ramiah et al., 2008; Лопес-Очоа и др., 2017). Чжан и соавт. использовали 5 М LiCl для удаления поверхностных белков (EF-TU и поверхностного антигена) L. paracasei и L. casei . После лечения их сила адгезии к клеткам HT-29 значительно снизилась (Zhang et al., 2016). Нишияма и соавт. обнаружили, что B. longum может высвобождать частицы во внеклеточную среду, а соответствующий протеомный анализ выявил несколько муцин-связывающих белков, включая EF-Tu (Nishiyama et al., 2020).

Молекулярные шапероны

Молекулярные шапероны представляют собой большой класс белков, которые облегчают связывание и стабилизацию нестабильных конформаций других белков и способствуют правильной укладке внутриклеточных белков (Ellis, 1987). GroEL — это молекулярный шаперон, который способствует сворачиванию зарождающихся или денатурированных под действием стресса полипептидов посредством связывания и инкапсуляции (Clare et al. , 2012) и дополнительно продемонстрировал вспомогательную функциональность, включая активность связывания с муцинами и IEC (Bergonzelli et al., 2006). В исследованиях in vitro также было показано, что GroEL играет решающую роль в процессе связывания L. johnsonii La1 со слизью и клетками кишечника в окружающей среде хозяина. Интересно, что процесс связывания GroEL с муцинами или клеточными линиями кишечника зависел от рН, а связывающая способность менялась в зависимости от рН; связывающая способность была выше при pH 5,0 по сравнению с pH 7,2 (Bergonzelli et al., 2006). Малые белки теплового шока в качестве АТФ-независимых шаперонов (sHsps) действуют, связывая разворачивающиеся белки, тем самым задерживая образование вредных белковых агрегатов (Janowska et al., 2019). sHSP способствуют клеточной защите от суровых условий в физиологических условиях и реакциях желудочно-кишечного тракта на стресс у большинства бактерий, включающих активацию sHSP (Guzzo, 2012; Haslbeck and Vierling, 2015; Khaskheli et al. , 2015). Нишияма и соавт. сравнили адгезивную способность 31 штамма L. pentosus к муцину и обнаружили высокоадгезивный штамм L. pentosus , который сверхпродуцировал четыре дополнительных белка, включая sHSP (Pérez Montoro et al., 2018).В недавнем исследовании изучалось влияние нокаута генов sHSP (включая HSP1, HSP2 и HSP3) на адгезию L. plantarum WCFS1 к энтероцитоподобным клеткам человека, продемонстрировав, что делеция генов sHSP снижает устойчивость ЖКТ к стрессу и способность к адгезии. Лонго и др., 2020).

Факторы, способствующие агрегации

Факторы, способствующие агрегации (Apf), представляют собой секретируемые белки, которые вызывают самоагрегацию и способствуют поддержанию формы клеток. Эти белки в основном были обнаружены среди Lactobacillus spp.(Нисияма и др., 2015). Было обнаружено, что Apf-дефицитные мутанты L. acidophilus NCFM показали значительное снижение адгезии к клеткам Caco-2 и муцинам по сравнению со штаммом дикого типа, что свидетельствует о том, что Apf действует как фактор адгезии, который участвует во взаимодействии с слизистый слой хозяина и IECs (Goh and Klaenhammer, 2010). Аналогичные результаты были получены для L. gasseri SBT2055 (Nishiyama et al., 2015).

Пили

Пили представляют собой короткие прямые нитевидные структуры, отходящие от клеточной поверхности бактерий.Пили наиболее характерны для грамотрицательных бактерий. Однако пилиподобные структуры также обнаруживаются в пробиотиках, таких как Bifidobacterium spp. и Lactobacillus spp. (Альп и Кулеасан, 2019). В отличие от таковых у грамотрицательных бактерий, эти пили имеют узкий диаметр (~ 1–10 нм), и каждый пили состоит из нескольких субъединиц пилина, ковалентно связанных друг с другом (Kankainen et al., 2009). Ланкайнен и соавт. обнаружили три LPXTG-подобных пилина (SpaCBA) в L.rhamnosus GG (LGG) (Kankainen et al., 2009). Каждый из трех пилинов имеет свое собственное расположение и функцию в пилусе: магистральный SpaA для длины, базальный SpaB для закрепления и концевой SpaC для адгезии (Kant et al., 2020). Исследование показало, что адгезия к кишечной слизи человека была разрушена антителом SpaC и заблокирована у мутанта LGG, несущего инактивированный ген SpaC, что свидетельствует о важности SpaC во взаимодействии со слизью (Kankainen et al. , 2009; Lebeer et al., 2012). Впоследствии был фенотипически охарактеризован другой тип пилуса LGG, названный SpaFED.Подобно SpaCBA, ворсинки SpaFED также могут опосредовать адгезию к муцину (Rintahaka et al., 2014). Мейран и соавт. обнаружили один связанный с адгезией пилин на поверхности L. lactis , кодируемый плазмидой, что указывает на возможность распространения эффекта адгезии среди L. lactis посредством горизонтального переноса генов (Meyrand et al., 2013). Пили типа Via, пили с плотным прилеганием (Tad) типа IVb и зависимые от сортазы пили были обнаружены в геномах почти Bifidobacterium spp., в том числе B. bifidum , B. breve , B. longum и B. Teenis , и было показано, что они играют важную роль в адгезии к IECs или внеклеточному матриксу (Westermann et al., 2016). Недавнее исследование показало, что кислотный стресс может повышать способность GG к адгезии к эпителию кишечника за счет индукции генов, связанных с пилями, включая spaC и spaF (Bang et al. , 2018).

Экзополисахариды

Экзополисахариды (EPS) представляют собой поверхностные углеводные полимеры, существующие в большинстве бактерий и грибов.Они обладают различными функциями биологической активности, в том числе снижают уровень холестерина, иммуномодулируют, антиоксидантные, антивирусные, противодействуют колонизации энтеропатогенов и являются антикоагулянтами (Fanning et al., 2012; Zivkovic et al., 2015; Zhou et al., 2019). ). В качестве защитного поверхностного слоя ЭПС играют положительную роль, помогая пробиотикам повышать толерантность к суровым условиям ЖКТ, образуя биопленки и взаимодействуя с другими микроорганизмами или клетками-хозяевами (Arena et al., 2017). Однако до сих пор не было сделано окончательных выводов о том, может ли ЭПС способствовать адгезии.Согласно имеющимся источникам, ЭПС может не только участвовать в процессе адгезии, но и снижать эффективность адгезии пробиотиков. Поскольку ЭПС на пробиотической поверхности, особенно с высокой молекулярной массой и большим объемом, могут экранировать другие белки адгезии. В одном из предыдущих отчетов оценивались адгезивные свойства нескольких штаммов молочнокислых бактерий (LAB) к клеткам Caco-2, и было обнаружено, что EPS может способствовать адгезии пробиотиков (Garcia-Ruiz et al., 2014). Влияние ЭПС на бактериальную адгезию, по-видимому, зависит от вида и штамма пробиотиков.В предыдущем исследовании изучались три мутантных штамма EPS L. plantarum . Мутантный штамм Lp90 показал улучшенную адгезию к клеткам Caco-2 по сравнению со штаммом Lp90 дикого типа. Интересно, что истощение генов EPS для штаммов WCFS1 и SF2A35B не влияло на их мукоадгезию (Lee et al., 2016). Для B. animalis более высокая доля высокомолекулярного ЭПС показала более низкую мукоадгезию, что указывает на то, что разные ЭПС на бактериальной поверхности могут придавать различные характеристики адгезии (Castro-Bravo et al., 2017). Хотя вклад ЭПС в процесс колонизации пробиотиков является спорным, можно подтвердить, что присутствие ЭПС играет важную роль во взаимодействии пробиотиков с хозяином.

Тейхоевые кислоты

Тейхоевые кислоты (ТК) являются важными компонентами клеточной стенки грамположительных бактерий, которые состоят из повторяющихся звеньев альдитолфосфата, что способствует гидрофобному характеру и электростатическому заряду поверхности бактериальной клетки (Arena et al., 2017; Ву и др., 2020). TA можно разделить на липотеикоевую кислоту (LTA) и стентовую тейхоевую кислоту (WTA). В начале 1980-х годов возросла роль обеих ТА в связывании с клетками-хозяевами (Beachy, 1975; Aly et al., 1980). Одно исследование показало, что LTA может ингибировать адгезию L. johnsonii La1 к клеткам Caco-2 в зависимости от концентрации (Granato et al., 1999).

Выводы

Мы обсудили различные неблагоприятные условия, влияющие на жизнеспособность и мукоадгезию пробиотиков во время прохождения по ЖКТ.Колонизация пробиотиков на слизистом слое может быть достигнута, когда адгезивные белки с каждой стороны связываются вместе, при условии преодоления устойчивости к колонизации. Таким образом, характеристики и функции различных белков были специально рассмотрены. Однако большинство современных исследований молекул пробиотиков, связанных со мукоадгезией, ограничиваются молочнокислыми бактериями. Адгезивные белки и механизмы мукоадгезии пробиотиков, таких как Bifidobacterium, Enterococcus, Pediococcus, еще ждут своего изучения.Кроме того, большой интерес представляет то, как пробиотики взаимодействуют с комменсальными бактериями, и некоторые из них успешно внедряются в микробиоту кишечника. Понимание этих факторов облегчит использование эффективных стратегий доставки, разработанных для пробиотиков, для преодоления резистентности к колонизации и достижения пользы для здоровья.

Авторские взносы

SH разработал идею рукописи, подготовил рукопись и отредактировал рукопись. YL, JX и YF помогли с рисунками и таблицей.BB, ZL и LXL отредактировали рукопись. ZW и JL разработали идею рукописи, составили набросок и отредактировали рукопись. MY и LJL организовали и отредактировали рукопись. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2018YFC2000500) и Национальным фондом естественных наук Китая (32001683).

Конфликт интересов

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

Ссылки

Agustina Bengoa A., Zavala L., Carasi P., Alejandro Trejo S., Bronsoms S., de los Angeles Serradell M., et al. (2018). Смоделированные желудочно-кишечные условия повышают адгезивную способность штаммов Lactobacillus paracasei, выделенных из кефира, к клеткам Caco-2 и муцину. Пищевой рез. Междунар. 103, 462–467. doi: 10.1016/j.foodres.2017.09.093

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Альп Д., Кулеасан Х. (2019). Механизмы адгезии молочнокислых бактерий: традиционные и новые подходы к тестированию. World J. Microbiol. Биотехнолог. 35 (10), 9. doi: 10.1007/s11274-019-2730-x

CrossRef Full Text | Google Scholar

Али Р., Шайнфилд Х. Р., Литц К., Майбах Х. И. (1980). Роль тейхоевой кислоты в связывании золотистого стафилококка с клетками носового эпителия. Дж. Заражение. Дис. 141 (4), 463–465. doi: 10.1093/infdis/141.4.463

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Арена М. П., Капоцци В., Спано Г., Фиокко Д.(2017). Потенциал молочнокислых бактерий колонизировать биотические и абиотические поверхности и исследование их взаимодействий и механизмов. Заяв. микробиол. Биотехнолог. 101 (7), 2641–2657. doi: 10.1007/s00253-017-8182-z

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ашида Н., Янагихара С., Шинода Т., Ямамото Н. (2011). Характеристика адгезивной молекулы со сродством к клеткам Caco-2 в Lactobacillus acidophilus с помощью анализа протеома. Дж.Бионауч. биоинж. 112 (4), 333–337. doi: 10.1016/j.jbiosc.2011.06.001

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Баджадж Дж. С., Какияма Г., Сэвидж Т., Такей Х., Кассам З. А., Фаган А. и др. (2018). Антибиотикоассоциированное нарушение состава и функции микробиоты при циррозе печени восстанавливается фекальной трансплантацией. Гепатология 68 (4), 1549–1558. doi: 10.1002/hep.30037

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Банг М., Yong CC, Ko HJ, Choi IG, Oh S. (2018). Транскрипционный ответ и повышенная адгезионная способность Lactobacillus rhamnosus GG после кислотного стресса. J. Microbiol. Биотехнолог. 28 (10), 1604–1613. doi: 10.4014/jmb.1807.07033

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Базанелла М., Майер Т. В., Клавель Т., Лагкувардос И., Лусио М., Мальдонадо-Гомес М. X. и др. (2017). Рандомизированное контролируемое исследование воздействия бифидобактерий в раннем возрасте на фекальную микробиоту и метаболом здорового младенца. утра. Дж. Клин. Нутр. 106 (5), 1274–1286. doi: 10.3945/ajcn.117.157529

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бичи Э. Х. (1975). Связывание стрептококков группы А с клетками слизистой оболочки полости рта человека липотейхоевой кислотой. Пер. доц. Являюсь. Врачи 88, 285–292.

Реферат PubMed | Google Scholar

Бергонцелли Г. Э., Гранато Д., Придмор Р. Д., Марвин-Гай Л. Ф., Донникола Д., Кортези-Теулаз И. Э. (2006). GroEL Lactobacillus johnsonii La1 (NCC 533) связан с клеточной поверхностью: потенциальная роль во взаимодействиях с хозяином и желудочным патогеном Helicobacter pylori. Заразить. Иммун. 74 (1), 425–434. doi: 10.1128/iai.74.1.425-434.2006

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бонхофф М., Дрейк Б.Л., Миллер С.П. (1954). Влияние стрептомицина на восприимчивость желудочно-кишечного тракта к экспериментальной сальмонеллезной инфекции. Проц. соц. Эксп. биол. Мед. 86 (1), 132–137. doi: 10.3181/00379727-86-21030

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бриттон Р. А., Янг В.Б. (2014). Роль кишечной микробиоты в устойчивости к колонизации Clostridium difficile. Гастроэнтерология 146 (6), 1547–1553. doi: 10.1053/j.gastro.2014.01.059

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Браун А.С., Келли Ч.Р. (2017). Фекальная трансплантация при воспалительном заболевании кишечника. Гастроэнтерол. Клиники Норт Ам. 46 (4), 825–82+. doi: 10.1016/j.gtc.2017.08.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бак Б.Л., Альтерманн Э., Свингеруд Т., Клаенхаммер Т. Р. (2005). Функциональный анализ предполагаемых факторов адгезии у Lactobacillus acidophilus NCFM. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 71 (12), 8344–8351. doi: 10.1128/aem.71.12.8344-8351.2005

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бак Б. Л., Азкарат-Перил М.А., Клаенхаммер Т.Р. (2009). Роль аутоиндуктора-2 в адгезионной способности Lactobacillus acidophilus. J. Appl. микробиол. 107 (1), 269–279.doi: 10.1111/j.1365-2672.2009.04204.x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Бернс П., Санчес Б., Виндерола Г., Руас-Мадиедо П., Руис Л., Марголлес А. и др. (2010). Внутри процесса адаптации Lactobacillus delbrueckii subsp lactis к желчи. Междунар. Дж. Пищевая микробиология. 142 (1-2), 132–141. doi: 10.1016/j.ijfoodmicro.2010.06.013

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кастальдо К., Вастано В., Сицилиано Р.А., Кандела М., Вичи М., Мускариелло Л. и др. (2009). Альфа-енолаза Lactobacillus plantarum, смещенная с поверхности, представляет собой фибронектин-связывающий белок. Microbial Cell Factory 8, 10. doi: 10.1186/1475-2859-8-14

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кастро-Браво Н. , Идальго-Кантабрана К., Родригес-Карвахаль М.А., Руас-Мадиедо П., Марголлес А. (2017). Замена генов и флуоресцентное мечение для изучения функциональной роли экзополисахаридов в Bifidobacterium animalis subsp.лактис. Фронт. микробиол. 8, 1405. doi: 10.3389/fmicb.2017.01405

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чартерис В. П., Келли П. М., Морелли Л., Коллинз Дж. К. (1998). Разработка и применение методологии in vitro для определения переносимости потенциально пробиотических видов Lactobacillus и Bifidobacterium в верхних отделах желудочно-кишечного тракта человека. J. Appl. микробиол. 84 (5), 759–768. doi: 10.1046/j.1365-2672.1998.00407.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Clare D.K., Vasishtan D., Stagg S., Quispe J., Farr G.W., Topf M., et al. (2012). Конформационные изменения, запускаемые АТФ, определяют механику связывания субстрата и складывания шаперонина GroEL. сотовый 149 (1), 113–123. doi: 10.1016/j.cell.2012.02.047

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кук М. Т., Цорцис Г., Харалампопулос Д., Хуторянский В.В. (2012). Микрокапсулирование пробиотиков для доставки в желудочно-кишечный тракт. J. Контролируемый выпуск 162 (1), 56–67. doi: 10.1016/j.jconrel.2012.06.003

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Дэвид Л. А., Морис С. Ф., Кармоди Р. Н., Гутенберг Д. Б., Баттон Дж. Э., Вулф Б. Э. и др. (2014). Диета быстро и воспроизводимо изменяет микробиом кишечника человека. Природа 505 (7484), 559–55+. doi: 10.1038/nature12820

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

ДеФилипп З., Bloom P.P., Soto M.T., Mansour M.K., Sater M.R.A., Huntley M.H., et al. (2019). Лекарственно-резистентная бактериемия E. coli, передаваемая трансплантатом фекальной микробиоты. Н. англ. Дж. Мед. 381 (21), 2043–2050. doi: 10.1056/NEJMoa17

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Дертли Э. , Майер М.Дж., Нарбад А. (2015). Влияние экзополисахаридного слоя на биопленки, адгезию и стрессоустойчивость Lactobacillus johnsonii FI9785. ВМС микробиол. 15 (1), 8. doi: 10.1186/s12866-015-0347-2

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Диксвед Дж., Хальварсон Дж., Розенквист М., Ярнерот Г., Тиск К., Апаялахти Дж. и др. (2008). Молекулярный анализ микробиоты кишечника однояйцевых близнецов с болезнью Крона. Исме Дж. 2 (7), 716–727. doi: 10.1038/ismej.2008.37

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

ду Карму Ф.Л.Р., Рабах Х., Хуанг С., Гоше Ф., Депланш М., Дютертр С. и др. (2017). Поверхностный белок SlpB Propionibacterium freudenreichii участвует в адгезии к кишечным клеткам HT-29. Фронт. микробиол. 8, 1033. doi: 10.3389/fmicb.2017.01033

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Энгевик М., Версалович Дж. (2019). Более пристальный взгляд на биогеографию желудочно-кишечного микробиома человека. Гастроэнтерология 157 (4), 927–929. doi: 10.1053/j.gastro.2019.08.006

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Энсин Л.М., Коне Р., Хейнс Дж. (2012). Пероральная доставка лекарств с помощью полимерных наночастиц: слизистые барьеры желудочно-кишечного тракта. Доп. Наркотик Делив. Ред. 64 (6), 557–570. doi: 10.1016/j.addr.2011.12.009

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Эсмаили С. А., Махмуди М., Момтази А. А., Сахебкар А., Доулаби Х., Растин М. (2017). Толерогенные пробиотики: потенциальные иммунорегуляторы при системной красной волчанке. Дж. Сотовый. Физиол. 232 (8), 1994–2007 гг.doi: 10.1002/jcp.25748

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Эспино Э., Коскенниеми К., Мато-Родригес Л., Найман Т. А., Реунанен Дж., Копонен Дж. и др. (2015). Выявление поверхностных антигенов Lactobacillus rhamnosus с помощью протеомики бритья клеток и двумерного иммуноблотинга. J. Proteome Res. 14 (2), 1010–1024. doi: 10.1021/pr501041a

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Фаннинг С., Холл Л.Дж., Кронин М., Зомер А., Макшарри Дж., Гулдинг Д. и др. (2012). Бифидобактериальный поверхностный экзополисахарид способствует взаимодействию комменсал-хозяин посредством иммуномодуляции и защиты от патогенов. Проц. Натл. акад. науч. США 109 (6), 2108–2113. doi: 10.1073/pnas.1115621109

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Фретер Р. (1955). Смертельная кишечная холерная инфекция у морских свинок, достигаемая путем ингибирования нормальной кишечной флоры. Дж.Заразить. Дис. 97 (1), 57–65. doi: 10.1093/infdis/97.1.57

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гарсия-Руис А., де Льяно Д.Г., Эстебан-Фернандес А., Рекена Т., Бартоломе Б., Морено-Аррибас М.В. (2014). Оценка пробиотических свойств молочнокислых бактерий, выделенных из вина. Пищевой микробиол. 44, 220–225. doi: 10.1016/j.fm.2014.06.015

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гибсон Г. Р., Хаткинс Р., Sanders M.E., Prescott S.L., Reimer R.A., Salminen S.J., et al. (2017). Согласованное заявление Международной научной ассоциации пробиотиков и пребиотиков (ISAPP) об определении и сфере применения пребиотиков. Нац. Преподобный Гастроэнтерол. Гепатол. 14 (8), 491–502. doi: 10.1038/nrgastro.2017.75

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гилберт Дж. А., Блазер М. Дж., Капорасо Дж. Г., Янссон Дж. К., Линч С. В., Найт Р. (2018). Современные представления о микробиоме человека. Нац. Мед. 24 (4), 392–400. doi: 10.1038/nm.4517

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Glenting J., Beck H.C., Vrang A., Riemann H., Ravn P., Hansen A.M., et al. (2013). Связанные с поверхностью гликолитические ферменты Lactobacillus plantarum 299v связываются с эпителиальными клетками и белками внеклеточного матрикса. Микробиолог. Рез. 168 (5), 245–253. doi: 10.1016/j.micres.2013.01.003

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Го Ю.Дж., Клаенхаммер Т.Р. (2010). Функциональная роль фактора, способствующего агрегации, в стрессоустойчивости и приверженности Lactobacillus acidophilus NCFM. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 76 (15), 5005–5012. doi: 10.1128/aem.00030-10

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гудрич Дж. К., Уотерс Дж. Л., Пул А. С., Саттер Дж. Л., Корен О., Блехман Р. и др. (2014). Генетика человека формирует кишечный микробиом. Моб. 159 (4), 789–799. дои: 10.1016/j.cell.2014.09.053

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гранато Д., Перотти Ф., Массерей И., Руве М., Голлиард М., Сервин А. и др. (1999). Липотейхоевая кислота, ассоциированная с клеточной поверхностью, действует как фактор адгезии для прикрепления Lactobacillus johnsonii La1 к энтероцитоподобным клеткам Caco-2 человека. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 65 (3), 1071–1077. doi: 10.1128/aem.65.3.1071-1077.1999

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Гранато Д., Бергонцелли Г. Э., Придмор Р. Д., Марвин Л., Руве М., Кортези-Теулаз И. Э. (2004). Связанный с клеточной поверхностью фактор элонгации Tu опосредует прикрепление Lactobacillus johnsonii NCC533 (La1) к клеткам кишечника человека и муцинам. Заразить. Иммун. 72 (4), 2160–2169. doi: 10.1128/iai.72.4.2160-2169.2004

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Guo Q., Goldenberg JZ, Humphrey C., El Dib R., Johnston BC (2019). Пробиотики для профилактики антибиотикоассоциированной диареи у детей. Кокрановская система базы данных. Rev. 4), 128. doi: 10.1002/14651858.CD004827.pub5

CrossRef Full Text | Google Scholar

Хамнер С., Макиннерни К., Уильямсон К., Франклин М.Дж., Форд Т.Е. (2013). Соли желчи влияют на экспрессию Escherichia coli O157: гены H7 вирулентности и усвоения железа, а также способствуют росту в условиях ограничения содержания железа. PLoS One 8 (9), 14. doi: 10.1371/journal.pone.0074647

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хара М.R., Agrawal N., Kim S.F., Cascio M.B., Fujimuro M., Ozeki Y., et al. (2005). S-нитрозилированная GAPDH инициирует апоптотическую гибель клеток путем ядерной транслокации после связывания Siah2. Нац. Клеточная биол. 7 (7), 665–U640. doi: 10.1038/ncb1268

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Харви К.Л., Яроцкий В.М., Чарльз И.Г., Джорджевич С.П. (2019). Разнообразные функциональные роли фактора элонгации Tu (EF-Tu) в микробном патогенезе. Фронт.микробиол. 10, 2351. doi: 10.3389/fmicb.2019.02351

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хаслбек М., Вирлинг Э. (2015). Первая линия защиты от стресса: малые белки теплового шока и их роль в белковом гомеостазе. Дж. Мол. биол. 427 (7), 1537–1548. doi: 10.1016/j.jmb.2015.02.002

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хаукиоя А. , Юли-Кнууттила Х., Лоймаранта В., Кари К., Оувеханд А. К., Meurman J.H., et al. (2006). Оральная адгезия и выживаемость пробиотических и других лактобацилл и бифидобактерий in vitro. Оральный. микробиол. Иммунол. 21 (5), 326–332. doi: 10.1111/j.1399-302X.2006.00299.x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Hill C., Guarner F., Reid G., Gibson G.R., Merenstein D.J., Pot B., et al. (2014). Консенсусное заявление Международной научной ассоциации пробиотиков и пребиотиков о сфере применения и надлежащем использовании термина пробиотик. Нац. Преподобный Гастроэнтерол. Гепатол. 11 (8), 506–514. doi: 10.1038/nrgastro.2014.66

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хамфри С.П., Уильямсон Р.Т. (2001). Обзор слюны: нормальный состав, поток и функция. J. Ортопедическая стоматология 85 (2), 162–169. doi: 10.1067/mpr.2001.113778

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Хаймс Дж. П., Джонсон Б. Р., Баррангоу Р., Клаенхаммер Т. Р. (2016). Функциональный анализ связанного с S-слоем фибронектин-связывающего белка в Lactobacillus acidophilus NCFM. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 82 (9), 2676–2685. doi: 10.1128/aem.00024-16

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Яновска М. К., Боуман Х. Э. Р., Вудс К. Н., Клевит Р. Э. (2019). Механизмы малых белков теплового шока. Гавань Колд Спринг. Перспектива. биол. 11 (10). doi: 10.1101/cshperspect.a034025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jensen H., Roos S., Jonsson H., Rud I., Grimmer S., van Pijkeren J.P., et al.(2014). Роль клеток Lactobacillus reuteri и белка А, связывающего слизь (CmbA), в адгезии к эпителиальным клеткам кишечника и слизи in vitro. Microbiology-Sgm 160, 671–681. doi: 10.1099/mic.0.073551-0

CrossRef Full Text | Google Scholar

Джонсон Б. Р., Клаенхаммер Т. Р. (2016). AcmB представляет собой бета-N-ацетилглюкозаминидазу, ассоциированную с S-слоем, и функциональный аутолизин в Lactobacillus acidophilus NCFM. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 82 (18), 5687–5697. дои: 10.1128/aem.02025-16

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Джонсон Б., Селле К., О’Флаэрти С., Го Ю. Дж., Клаенхаммер Т. (2013). Идентификация белков, ассоциированных с внеклеточным поверхностным слоем, у Lactobacillus acidophilus NCFM. Microbiology-Sgm 159, 2269–2282. doi: 10.1099/mic.0.070755-0

CrossRef Full Text | Google Scholar

Джонсон Б. Р., Хаймс Дж., Санозки-Дауэс Р., Хенриксен Э. Д., Баррангу Р., Клаенхаммер Т. Р. (2016).Консервативные белки, ассоциированные с S-слоем, обнаруженные при экзопротеомном исследовании лактобацилл, образующих S-слой. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 82 (1), 134–145. doi: 10.1128/aem.01968-15

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Джонсон Б. Р., О’Флаэрти С., Го Ю. Дж., Кэрролл И., Баррангу Р., Клаенхаммер Т. Р. (2017). Гомолог PrtX, ассоциированный с S-слоем сериновой протеазы, влияет на взаимодействие между микробом и хозяином, опосредованное клеточной поверхностью, Lactobacillus acidophilus NCFM. Фронт. микробиол. 8, 1185. doi: 10.3389/fmicb.2017.01185

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Канкайнен М., Паулин Л., Тынккинен С., фон Оссовски И., Рейнанен Дж., Партанен П. и др. (2009). Сравнительный геномный анализ Lactobacillus rhamnosus GG выявил пили, содержащие белок, связывающий слизь человека. Проц. Натл. акад. науч. США 106 (40), 17193–17198. doi: 10.1073/pnas.06106

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кант А., Палва А., фон Оссовски И., Кришнан В. (2020). Кристаллическая структура лактобациллярного SpaC обнаруживает атипичный пятидоменный адгезин на кончике пилуса: обнажение его связывания с субстратом и сборка в пилях SpaCBA. J. Структура. биол. 211 (3), 107571. doi: 10.1016/j.jsb.2020.107571

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Хасхели Г. Б., Цзо Ф., Ю Р., Чен С. (2015). Сверхэкспрессия малого белка теплового шока повышает устойчивость к тепловому и солевому стрессу Bifidobacterium longum NCC2705. Курс. микробиол. 71 (1), 8–15. doi: 10.1007/s00284-015-0811-0

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Киносита Х., Учида Х., Каваи Ю., Кавасаки Т., Вакахара Н., Мацуо Х. и др. (2008). Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH) Lactobacillus plantarum LA 318 прикрепляется к муцину толстой кишки человека. J. Appl. микробиол. 104 (6), 1667–1674. doi: 10.1111/j.1365-2672.2007.03679.x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Клотц К., Го Ю. Дж., О’Флаэрти С., Джонсон Б., Баррангоу Р. (2020). Делеция белка Ig-подобного домена, ассоциированного с S-слоем, разрушает клеточную поверхность Lactobacillus acidophilus. Фронт. микробиол. 11, 345. doi: 10.3389/fmicb.2020.00345

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Комминени С., Бретл Д. Дж., Лам В., Чакраборти Р., Хейворд М., Симпсон П. и др. (2015). Продукция бактериоцина усиливает конкуренцию энтерококков в желудочно-кишечном тракте млекопитающих. Природа 526 (7575), 719–722. doi: 10.1038/nature15524

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кос Б., Сускович Дж., Вукович С., Симпрага М., Фрече Дж., Матошич С. (2003). Адгезионная и агрегационная способность пробиотического штамма Lactobacillus acidophilus M92. J. Appl. микробиол. 94 (6), 981–987. doi: 10.1046/j.1365-2672.2003.01915.x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Кристенсен Н. Б., Брайруп Т., Аллин К. Х., Нильсен Т., Хансен Т. Х., Педерсен О. (2016). Изменения состава фекальной микробиоты при приеме пробиотиков у здоровых взрослых: систематический обзор рандомизированных контролируемых исследований0. Геном Мед. 8, 11. doi: 10.1186/s13073-016-0300-5

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Kunert A., Losse J., Gruszin C., Huhn M., Kaendler K., Mikkat S., et al. (2007). Иммунное уклонение от человеческого патогена Pseudomonas aeruginosa: фактор элонгации Tuf представляет собой белок, связывающий фактор H и плазминоген. Дж. Иммунол. 179 (5), 2979–2988. doi: 10.4049/jimmunol.179.5.2979

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Лахти Л., Салонен А., Кекконен Р. А., Салоярви Дж., Яланка-Туовинен Дж., Палва А. и др. (2013). Связь между кишечной микробиотой человека, Lactobacillus rhamnosus GG и липидами сыворотки показана с помощью комплексного анализа данных высокопроизводительного профилирования. Peerj 1, 25. doi: 10.7717/peerj.32

CrossRef Full Text | Google Scholar

Лаурсен М.Ф., Лаурсен Р. П., Ларнкьяер А., Михаэльсен К. Ф., Бал М. И., Лихт Т. Р. (2017). Введение двух штаммов пробиотиков в раннем детстве не влияет на состав эндогенной кишечной микробиоты, несмотря на пролиферацию пробиотиков. ВМС микробиол. 17, 9. doi: 10.1186/s12866-017-1090-7

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Лебер С., Верховен Т. Л., Франциус Г., Шуфс Г., Ламбрихтс И., Дюфрен Ю. и др. (2009). Идентификация кластера генов для биосинтеза длинного, богатого галактозой экзополисахарида в Lactobacillus rhamnosus GG и функциональный анализ праймирующей гликозилтрансферазы. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 75 (11), 3554–3563. doi: 10.1128/aem.02919-08

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Лебер С., Клас И., Титгат Х. Л., Верховен Т. Л., Мариен Э., фон Оссовски И. и др. (2012). Функциональный анализ пилей Lactobacillus rhamnosus GG в отношении адгезии и иммуномодулирующих взаимодействий с эпителиальными клетками кишечника. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 78 (1), 185–193. doi: 10.1128/aem.06192-11

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ли И.C., Caggianello G., van S., Taverne N., Meijerink M., Bron P.A., et al. (2016). Штамм-специфические особенности внеклеточных полисахаридов и их влияние на взаимодействие Lactobacillus plantarum-хозяин. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 82 (13), 3959–3970. doi: 10.1128/aem.00306-16

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Li X. F., Xu Q., Jiang T., Fang S. G., Wang G., Zhao J. X. и др. (2016). Сравнительное исследование противодиабетического действия живых и мертвых мультиштаммовых пробиотиков на модели диабета 2 типа у мышей. Функц. 7 (12), 4851–4860. doi: 10.1039/c6fo01147k

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Лонго А., Руссо П., Капоцци В., Спано Г., Фиокко Д. (2020). Нокаут генов sHSP определяет некоторые модификации пробиотического отношения Lactiplantibacillus plantarum. Биотехнология. Письмо . 43 (3), 645–654. doi: 10.1007/s10529-020-03041-6

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Лопес-Очоа Дж., Монтес-Гарсия Дж. Ф., Васкес С., Санчес-Алонсо П., Перес-Маркес В. М., Блэколл П. Дж. и др. (2017). Фактор элонгации Gallibacterium-Tu обладает свойствами амилоидоподобного белка, участвует в клеточной адгезии и присутствует в биопленках. J. Microbiol. 55 (9), 745–752. doi: 10.1007/s12275-017-7077-0

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Lozupone C. A., Stombaugh J.I., Gordon J.I., Jansson J.K., Knight R. (2012). Разнообразие, стабильность и устойчивость микробиоты кишечника человека. Природа 489 (7415), 220–230. doi: 10.1038/nature11550

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Маккензи Д. А., Тейлфорд Л. Э., Хеммингс А. М., судья Н. (2009). Кристаллическая структура белкового повтора, связывающегося со слизью, обнаруживает неожиданную функциональную активность связывания иммуноглобулинов. Дж. Биол. хим. 284 (47), 32444–32453. doi: 10.1074/jbc.M109.040907

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Мартин М.Дж., Лара-Виллослада Ф., Руис М.А., Моралес М.Е. (2015). Микрокапсулирование бактерий: обзор различных технологий и их влияние на пробиотические эффекты. Инновационная пищевая наука. Эмердж. Технол. 27, 15–25. doi: 10.1016/j.ifset.2014.09.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мерсье-Бонин М., Шапо-Шартье М. П. (2017). Поверхностные белки Lactococcus lactis: бактериальные ресурсы для мукоадгезии в желудочно-кишечном тракте. Фронт. микробиол. 8, 2247. doi: 10.3389/fmicb.2017.02247

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Мейран М., Гийо А., Гоин М., Фурлан С., Армалайт Дж., Кулакаускас С. и др. (2013). Анализ поверхностного протеома природного изолята Lactococcus lactis выявил наличие пилей, способных связываться с эпителиальными клетками кишечника человека. Мол. Клеточная протеомика 12 (12), 3935–3947. doi: 10.1074/mcp.M113.029066

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Муньос-Провенсио Д., Перес-Мартинес Г., Монедеро В. (2010). Характеристика фибронектин-связывающего белка из Lactobacillus casei BL23. J. Appl. микробиол. 108 (3), 1050–1059. doi: 10.1111/j.1365-2672.2009.04508.x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Нишияма К., Наказато А. , Уэно С., Сето Ю., Какуда Т., Такай С. и др. (2015). Связанный с клеточной поверхностью фактор, способствующий агрегации, из Lactobacillus gasseriSBT2055 способствует колонизации хозяина и конкурентному исключению Campylobacter jejuni. Мол. микробиол. 98 (4), 712–726. doi: 10.1111/mmi.13153

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Нисияма К., Такаки Т., Сугияма М., Фукуда И., Айсо М., Мукаи Т. и др. (2020). Внеклеточные везикулы, продуцируемые Bifidobacterium longum, экспортируют муцин-связывающие белки. Заяв. Окружающая среда. Микробиол . 86 (19), e01464–20. doi: 10.1128/aem.01464-20

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

О’Флаэрти С.Дж., Клаенхаммер Т.Р. (2010). Функциональная и фенотипическая характеристика белка Lactobacillus acidophilus, участвующего в морфологии клеток, стрессоустойчивости и прикреплении к клеткам кишечника. Microbiology-Sgm 156, 3360–3367. doi: 10. 1099/mic.0.043158-0

CrossRef Full Text | Google Scholar

Partula V., Mondot S., Torres M.J., Kesse-Guyot E., Deschasaux M., Assmann K., et al. (2019). Связь между обычной диетой и составом микробиоты кишечника: результаты перекрестного исследования Milieu Intérieur. утра. Дж. Клин. Нутр. 109 (5), 1472–1483. doi: 10.1093/ajcn/nqz029

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Патель Д. К., Шах К. Р., Паппачан А., Гупта С., Сингх Д. Д. (2016). Клонирование, экспрессия и характеристика муцин-связывающей GAPDH из Lactobacillus acidophilus. Междунар. Дж. Биол. Макромолекулы 91, 338–346. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.04.041

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Перес Монторо Б., Беномар Н., Caballero Gómez N., Ennahar S., Horvatovich P., Knapp C.W., et al. (2018). Протеомный анализ Lactobacillus pentosus для выявления потенциальных маркеров адгезии и других пробиотических свойств. Пищевой рез. Междунар. 111, 58–66. doi: 10.1016/j.foodres.2018.04.072

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Пикард Дж. М., Зенг М. Ю., Карузо Р., Нуньес Г. (2017). Микробиота кишечника: роль в колонизации патогенов, иммунных реакциях и воспалительных заболеваниях. Иммунол. Ред. 279 (1), 70–89. doi: 10.1111/imr.12567

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Прадо Акоста М., Рузал С. М., Кордо С. М. (2016). Белки S-слоя Lactobacillus sp. подавляют бактериальную инфекцию, блокируя клеточный рецептор DC-SIGN. Междунар. Дж. Биол. макромол. 92, 998–1005. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.07.096

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Радзивилл-Беньковская Ю. М., Ле Д.Т.Л., Щесны П., Дювио М.П., ​​Александрзак-Пекарчик Т., Лубьер П. и соавт. (2016). Адгезия штамма Lactococcus lactis subsp cremoris IBB477 с секвенированным геномом опосредуется специфическими молекулярными детерминантами. Заяв. микробиол. Биотехнолог. 100 (22), 9605–9617. doi: 10.1007/s00253-016-7813-0

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Рамайя К., ван Ринен К.А., Дикс Л.М.Т. (2008). Связанные с поверхностью белки Lactobacillus plantarum 423, которые способствуют адгезии клеток Caco-2, и их роль в конкурентном исключении и замещении Clostridium sporogenes и Enterococcus faecalisw. Рез. микробиол. 159 (6), 470–475. doi: 10.1016/j.resmic.2008.06.002

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Рават П., Кумар С., Шеоканд Н., Радже К.И., Радже М. (2012). Многофункциональный гликолитический протеинглицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH) представляет собой новый рецептор лактоферрина макрофагов. Биохим. Клеточная биология Biochimie Et Biologie Cellulaire 90 (3), 329–338. doi: 10.1139/o11-058

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Ринтахака Дж., Ю Х., Кант Р., Пальва А., фон Оссовски И. (2014). Фенотипический анализ фимбриального оперона spaFED Lactobacillus rhamnosus GG: поверхностная экспрессия и функциональная характеристика рекомбинантных пилей SpaFED у Lactococcus lactis. PLoS One 9 (11), e113922. doi: 10.1371/journal.pone.0113922

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Родригес Айяла Ф., Бауман С., Бартолини М., Сабалл Э., Салварри М., Ленини С. и др. (2017). Транскрипционная регуляция адгезионных свойств Bacillus subtilis к белкам внеклеточного матрикса через фибронектин-связывающий белок YloA. Мол. микробиол. 104 (5), 804–821. doi: 10.1111/mmi.13666

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Роос С., Йонссон Х. (2002). Белок клеточной поверхности с высокой молекулярной массой из Lactobacillus reuteri 1063 прилипает к компонентам слизи. Microbiology-Sgm 148, 433–442. doi: 10.1099/00221287-148-2-433

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ротшильд Д. , Вайсброд О., Баркан Э., Курильщиков А., Корем Т., Зееви Д. и др.(2018). Окружающая среда доминирует над генетикой хозяина в формировании микробиоты кишечника человека. Природа 555 (7695), 210–21+. doi: 10.1038/nature25973

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Саарела М., Могенсен Г., Фонден Р., Матто Дж., Маттила-Сандхолм Т. (2000). Пробиотические бактерии: безопасность, функциональные и технологические свойства. Дж. Биотехнология. 84 (3), 197–215. doi: 10.1016/s0168-1656(00)00375-8

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Санчес Б., Шмиттер Дж. М., Урдачи М. С. (2009). Идентификация новых белков, секретируемых Lactobacillus plantarum, которые связываются с муцином и фибронектином. Дж. Мол. микробиол. Биотехнолог. 17 (3), 158–162. doi: 10.1159/000233579

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Scepanovic P., Hodel F., Mondot S. , Partula V., Byrd A., Hammer C., et al. (2019). Всесторонняя оценка демографических, экологических и генетических ассоциаций хозяина с разнообразием микробиома кишечника у здоровых людей. Microbiome 7 (1), 130. doi: 10.1186/s40168-019-0747-x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Schillinger U., Guigas C., Holzapfel WH (2005). Адгезия in vitro и другие свойства лактобацилл, используемых в пробиотических йогуртоподобных продуктах. Междунар. Dairy J. 15 (12), 1289–1297. doi: 10.1016/j.idairyj.2004.12.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Зайферт К. Н., Макартур В. П., Блейвейс А. С., Брэди Л. Дж.(2003). Характеристика глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы стрептококка группы В: поверхностная локализация, ферментативная активность и белок-белковые взаимодействия. Кан. Дж. Микробиол. 49 (5), 350–356. doi: 10.1139/w03-042

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Шен Н. Т., Моу А., Тманова Л. Л., Пино А., Энси К., Кроуфорд С. В. и др. (2017). Своевременное использование пробиотиков у госпитализированных взрослых предотвращает инфекцию Clostridium difficile: систематический обзор с мета-регрессионным анализом. Гастроэнтерология 152 (8), 1889–188+. doi: 10.1053/j.gastro.2017.02.003

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Шукла С. Д., Бадден К. Ф., Нил Р., Хансбро П. М. (2017). Влияние микробиома на иммунитет, здоровье и заболевания легких. клин. Транс. Иммунол. 6, 12. doi: 10.1038/cti.2017.6

CrossRef Full Text | Google Scholar

Sicard JF, Le Bihan G., Vogeleer P., Jacques M., Harel J. (2017). Взаимодействие кишечных бактерий с компонентами кишечной слизи. Фронт. Клетка. Заразить. микробиол. 7, 387. doi: 10.3389/fcimb.2017.00387

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Сьерра С., Лара-Виллослада Ф., Семпере Л., Оливарес М., Боза Дж. , Ксаус Дж. (2010). Кишечные и иммунологические эффекты ежедневного перорального введения Lactobacillus salivarius CECT5713 здоровым взрослым. Анаэроб 16 (3), 195–200. doi: 10.1016/j.anaerobe.2010.02.001

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Sims I.М., Фрезе С.А., Уолтер Дж., Лоуч Д., Уилсон М., Эпплъярд К. и др. (2011). Структура и функции экзополисахарида, продуцируемого кишечными комменсалами Lactobacillus reuteri 100-23. Исме Дж. 5 (7), 1115–1124. doi: 10.1038/ismej.2010.201

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Суроно И., Верховен Дж., Вербрюгген С., Венема К. (2018). Микрокапсулирование увеличивает выживаемость пробиотика Lactobacillus plantarum IS-10506, но не Enterococcus faecium IS-27526, в динамической компьютерно-управляемой модели верхних отделов желудочно-кишечного тракта in vitro. J. Appl. микробиол. 124 (6), 1604–1609. doi: 10.1111/jam.13740

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Тахун А. , Масутани Х., Эль-Шаркави Х., Гиллеспи Т., Хонда Р. П., Кувата К. и др. (2017). Капсульный полисахарид ингибирует адгезию Bifidobacterium longum 105-A к энтероцитоподобным клеткам Caco-2 и фагоцитоз макрофагами. Патог кишечника. 9, 27. doi: 10.1186/s13099-017-0177-x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Тофте О., Su Y.C., Brant M., Littorin N., Duell B.L., Alvarado V., et al. (2018). EF-Tu из нетипируемой Haemophilus influenzae представляет собой иммуногенный поверхностно-экспонированный белок, на который нацелены бактерицидные антитела. Фронт. Иммунол. 9, 2910. doi: 10.3389/fimmu.2018.02910

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Тернбо П. Дж., Хамади М., Яцуненко Т., Кантарел Б. Л., Дункан А., Лей Р. Э. и др. (2009). Основной микробиом кишечника у тучных и худых близнецов. Природа 457 (7228), 480–U487.doi: 10.1038/nature07540

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

van Pijkeren J. P., Canchaya C., Ryan K.A., Li Y., Claesson M.J., Sheil B., et al. (2006). Сравнительный и функциональный анализ сортаза-зависимых белков в предполагаемом секретоме Lactobacillus salivarius UCC118. Заяв. Окружающая среда. микробиол. 72 (6), 4143–4153. doi: 10.1128/aem.03023-05

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ван С.X., Нагата С., Асахара Т., Юки Н., Мацуда К., Цудзи Х. и др. (2015). Профили кишечной микробиоты здоровых детей дошкольного и школьного возраста и эффекты пробиотических добавок. Энн. Нутр. Метаб. 67 (4), 257–266. doi: 10.1159/000441066

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Ван Х., Чжан Ц., Ню Ю., Чжан С., Лу Р. (2019). Белок поверхностного слоя Lactobacillus acidophilus NCFM ослабляет индуцированную фактором некроза опухоли-α дисфункцию кишечного барьера и воспаление. Междунар. Дж. Биол. макромол. 136, 27–34. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.06.041

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Варда А. К., Ри К., Фитцджеральд П., Хьюстон К., Гонсалес-Тортуэро Э., Динан Т. Г. и др. (2019). Убитые нагреванием лактобациллы изменяют как состав, так и поведение микробиоты. Поведение. Мозг Res. 362, 213–223. doi: 10.1016/j.bbr.2018.12.047

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Варда А.К., Беттио П.Д.Х., Хьюстон К.М., Ди Бенедетто Г., Клуни А.Г., Хилл К. (2020). Пероральное введение термообработанных лактобацилл модифицирует микробиом мышей и снижает колит, вызванный цитробактером. Фронт. микробиол. 11, 69. doi: 10.3389/fmicb.2020.00069

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Wei X., Wang S.M., Zhao X.N., Wang X.S., Li H., Lin W.S., et al. (2016). Протеомное профилирование Bifidobacterium bifidum S17, культивируемых в условиях in vitro. Фронт. микробиол. 7, 97. doi: 10.3389/fmicb.2016.00097

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Вестерманн К. , Гляйнзер М., Корр С. К., Ридель К. У. (2016). Критическая оценка бифидобактериальной адгезии к ткани-хозяину. Фронт. микробиол. 7, 1220. doi: 10.3389/fmicb.2016.01220

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

У С., Хан Дж., Гонг Г., Коффас М. А. Г., Чжа Дж. (2020). Стеновые тейхоевые кислоты: физиология и применение. FEMS микробиол. Версия . fauu064 doi: 10.1093/femsre/fuaa064

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яо М. Ф., Ву Дж., Ли Б., Сяо Х., Макклементс Д. Дж., Ли Л. Дж. (2017). Микрокапсулирование Lactobacillus salivarious Li01 для повышения жизнеспособности при хранении и адресной доставки в микробиоту кишечника. Пищевые гидроколлоиды 72, 228–236. doi: 10.1016/j.foodhyd.2017.05.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яо М. Ф., Ли Б., Е Х. В., Хуан В.H., Luo Q.X., Xiao H., et al. (2018). Повышение жизнеспособности пробиотиков (Pediococcus pentosaceus Li05) за счет инкапсуляции в микрогели с неорганическими наночастицами. Пищевые гидроколлоиды 83, 246–252. doi: 10.1016/j.foodhyd.2018.05.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яо М. Ф., Се Дж. Дж., Ду Х. Дж., Макклементс Д. Дж., Сяо Х., Ли Л. Дж. (2020). Прогресс в микрокапсулировании пробиотиков: обзор. Компр. Преподобный Food Sci. Пищевая безопасность 19 (2), 857–874.doi: 10.1111/1541-4337.12532

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чжан Ю., Сян С., Лу Ц., Чжан Л., Ма Ф., Ван Л. (2016). Адгезия белков, ассоциированных с внеклеточным поверхностным слоем, у Lactobacillus M5-L и Q8-L. J. Dairy Sci. 99 (2), 1011–1018. doi: 10.3168/jds.2015-10020

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Zhang D., Wu M., Guo Y., Xun M., Wang W., Wu Z. и др. (2017). Очистка белка поверхностного слоя Lactobacillus acidophilus и его иммуномодулирующее действие на RAW264.7 кл. J. Sci. Фуд Агрик. 97 (12), 4204–4209. doi: 10.1002/jsfa. 8294

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чжэн Л., Родер Р. Г., Луо Ю. (2003). Активация S-фазы промотора гистона h3B с помощью OCA-S, коактиваторного комплекса, который содержит GAPDH в качестве ключевого компонента. сотовый 114 (2), 255–266. doi: 10.1016/s0092-8674(03)00552-x

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Чжоу Ю., Цуй Ю., Цюй С. (2019).Экзополисахариды молочнокислых бактерий: структура, биоактивность и ассоциации: обзор. Карбогидр Полим 207, 317–332. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.11.093

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Живкович М., Идальго-Кантабрана К., Койич М., Геймонд М., Голич Н., Руас-Мадиедо П. (2015). Способность экзополисахарид-продуцирующей Lactobacillus paraplantarum BGCG11 и ее непродуцирующего изогенного штамма NB1 противодействовать действию энтеропатогенов на эпителиальную клеточную линию HT29-MTX. Пищевой рез. Междунар. 74, 199–207. doi: 10.1016/j.foodres.2015.05.012

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Змора Н., Зильберман-Шапира Г., Суэц Дж., Мор У., Дори-Бачаш М., Башиардес С. и др. (2018). Индивидуальная резистентность колонизации слизистой оболочки кишечника к эмпирическим пробиотикам связана с уникальными особенностями хозяина и микробиома. сотовый 174 (6), 1388–138+. doi: 10.1016/j.cell.2018.08.041

PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

Почему начальная бактериальная колонизация кишечника важна для здоровья младенцев и детей?

В случае вагинальных родов прививают младенца, когда он или она проходит через родовые пути.Этот инокулят представляет собой смесь грамотрицательных и грамположительных бактерий, аэробов и анаэробов 2 . При рождении кишечник младенцев представляет собой аэробную среду, которая постепенно становится анаэробной в течение периода дней 3,4 . Самые ранние колонизирующие бактерии, факультативные аэробы, в том числе Escherichia и Enterococcus , в конечном итоге создают анаэробную среду. Это позволяет перейти к облигатным анаэробам, включая Firmicutes, такие как Clostridia , Bacteroidetes и особенно Bifidobacteria 5 . Бифидобактерии составляют самую большую группу микробиома младенцев 4,6 . На протяжении всей этой последовательности организмов разнообразие микробиоты увеличивается 6,7 .

Эти первоначальные колонизирующие виды были признаны первопроходцами микробиома, который обучает развивающуюся иммунную систему и обеспечивает благоприятные условия для колонизации последующими микробами за счет создания анаэробной среды, благоприятных субстратов для роста бактерий и защиты от системная иммунная система 4 .Этот новаторский микробиом также имеет значение на всю жизнь: бактериальные штаммы, взятые у взрослых, часто делятся между братьями и сестрами и родителями, демонстрируя, что детская колонизация может сохраняться на протяжении всей взрослой жизни 8 .

Полезные факторы, влияющие на колонизацию

Многие источники бактерий для младенцев происходят из материнской микробиоты. Таким образом, благоприятная колонизация младенцев зависит от материнской генетики, воздействия окружающей среды и диеты до и во время беременности, а также во время грудного вскармливания.Например, пренатальный контакт матери с сельскохозяйственными животными и потребление сырого молока связаны со снижением частоты атопических заболеваний 9 .

Все больше данных свидетельствует о том, что внутриутробная среда не является стерильной во время беременности, вопреки ранее существовавшей догме 10 . Бактерии культивировали из мекония, пуповинной крови, плодных оболочек и амниотической жидкости. Считается, что меконий, первый стул младенца, отражает внутриутробную среду перед родами. Действительно, колонизация меконием нескольких кишечных бактерий была связана с младенцами, родившимися до 33 недель, что предполагает патологическую роль внутриутробных бактерий, вызывающих воспаление и последующие преждевременные роды 11 . Внутриутробная колонизация также была связана с худшими исходами для новорожденных 12 . Однако мало что известно о механизмах, обеспечивающих антенатальную колонизацию младенца. Учитывая этот пробел в знаниях, а также отсутствие практических шагов по оптимизации колонизации или лечению дисбиоза, в этом обзоре не будет глубокого изучения этой темы.

Роды

Идеальная колонизация кишечника новорожденного начинается с оральной инокуляции вагинальной микробиотой матери.Для новорожденного, рожденного естественным путем, кишечная микробиота очень похожа на микробиоту влагалища матери 2 . Во время вагинальных родов младенцу также прививают кишечные бактерии матери 13 . Кроме того, материнское грудное молоко содержит жизнеспособные бактерии, отобранные из материнского кишечника, что служит еще одним источником бактериального разнообразия для грудного ребенка 14 .

После прививки младенцу соединения, уже присутствующие в кишечнике младенца, а также в грудном молоке, действуют как пребиотики и стимулируют рост комменсалов. Пребиотики — это соединения, которые обычно не перевариваются человеческими ферментами и вместо этого служат питанием для роста микробов.

Натуральные пребиотики

Первородная смазка, восковой кожный покров плода, выделяется в амниотическую жидкость по мере приближения срока плода. Еще внутриутробно доношенный плод заглатывает амниотическую жидкость, содержащую кусочки первородной смазки. Первородная смазка состоит из короткоцепочечных жирных кислот (SCFAs), липидов, которые являются уникальными для первородной смазки. Хотя эти первородные короткоцепочечные жирные кислоты не перевариваются ферментами человека, они обеспечивают богатую среду для роста бактерий 15 .Когда ребенок рождается, эти короткоцепочечные жирные кислоты уже присутствуют в кишечнике и действуют как исходные пребиотики для ребенка. Важность этой роли для SCFAs подчеркивается в недавнем исследовании крысиной модели некротизирующего энтероколита (NEC), при котором было обнаружено, что SCFAs обладают защитным действием. Защита была опосредована изменением микробной экологии кишечника, а также повышением уровня регуляторного цитокина интерлейкина 10 (IL-10) 15 .

Когда ребенок начинает сосать грудь, грудное молоко содержит дополнительные пребиотики.Молозиво содержит особенно высокие концентрации олигосахаридов грудного молока (HMO), которые не перевариваются только человеческими ферментами. Для их синтеза требуется до десяти процентов всей энергии, затрачиваемой на производство грудного молока. Эти олигосахариды, как и первородные короткоцепочечные жирные кислоты, способствуют росту кишечных микробов 16 . In vitro ОПЗ избирательно стимулируют рост комменсалов, таких как Bifidobacterium longum подвидов infantis , подавляя при этом рост патогенов, таких как Escherichia coli и Clostridium perfringens 17 .Продукты распада HMO из B. infantis , лактат и SCFAs, также ингибируют рост E. coli и C. perfringens . Кроме того, рост на HMO, а не на лактозе изменяет активность B. infantis. B. infantis , выращенный на HMO, чаще связывался с эпителиальными клетками кишечника и обладал более сильным барьерным и противовоспалительным действием 18 .

Пребиотические соединения, такие как SCFAs из первородной смазки и олигосахариды грудного молока, дают комменсальным бактериям преимущество перед патогенами в развивающемся кишечнике младенцев.

Грудное молоко

Бесчисленные преимущества грудного молока в раннем послеродовом периоде подробно описаны в двух обзорах 16,19 . Мы кратко суммируем эти преимущества ниже и в .

Таблица 1

9122
Пробиотик Бактерий дискретизированных от материнского кишечника, непосредственно инокуляция кишечника ребенка
пребиотика олигосахаридов
врожденного иммунитет антимикробных пептиды, лактоферрин и лизоцим
Растворимые CD14 распознает LPS
Секретивный IGA, специфичный к патогенам, встречающимся в материнской кишки
гликан приманок клеточные молекулы сотовой связи

грудное молоко давно Известно, что они содержат бактериальную ДНК. Современные независимые от культуры методы выявили кишечно-ассоциированные облигатные анаэробы в дополнение к факультативным анаэробам в грудном молоке как источник разнообразия в кишечнике младенцев 20 . Хотя жизнеспособные бактерии присутствуют в низких концентрациях 20 , материнское грудное молоко содержит живые культивируемые бактерии, включая бифидобактерии 21 . Бактерии были выделены из грудного молока, собранного стерильным способом, и не были обнаружены на коже. Считается, что во время беременности повышенная проницаемость кишечника способствует увеличению транслокации бактерий из просвета кишечника в собственную пластинку и пейеровы бляшки 22 .Считается, что эти бактерии поглощаются мононуклеарными клетками периферической крови (PBMC) и переносятся неповрежденными в молочную железу, процесс, известный как энтеромаммарный путь. Исследование, сравнивающее беременных и небеременных женщин, обнаружило бактериальную ДНК в PBMC обеих женщин, но большее обилие и разнообразие бактериальной ДНК у беременных женщин 22,23 . Эти исследования на людях были дополнены исследованиями на беременных и кормящих мышах, у которых было обнаружено резкое увеличение транслокации жизнеспособных бактерий в мезентериальные лимфатические узлы и молочные железы во время беременности и лактации.Идентификация общих видов, выделенных из образцов фекалий матерей, периферической крови и грудного молока, а также образцов фекалий младенцев, дает дополнительные доказательства того, что этот путь является источником бактериальной инокуляции кишечника младенцев.

Во время беременности Т-хелперы (Th) клетки иммунной системы матери переключаются с иммунитета Th2-типа на иммунитет Th3, чтобы поддерживать толерантность развивающегося плода 24 . Клетки Th2 защищают от внутриклеточных патогенов и простейших.Клетки Th3 взаимодействуют с В-клетками для борьбы с внеклеточными гельминтами. Можно предположить, что отклонение Т-хелперных клеток от иммунитета Th2-типа во время беременности может быть ответственным за толерантность матери к жизнеспособным бактериям в циркулирующих макрофагах. Цитокин Th2 IL-12 наблюдался у подмножества кормящих матерей 23 и вызвал предположение, что в некоторых случаях нарушение регуляции этой пермиссивной бактериальной транслокации может привести к чрезмерной продукции цитокинов Th2 с последующим самопроизвольным абортом или преждевременными родами.

Благодаря этим пребиотическим и пробиотическим механизмам грудное молоко формирует микробиом кишечника. Младенцы, находящиеся исключительно на грудном вскармливании, имеют в целом большее разнообразие микробиома по сравнению с детьми, находящимися на исключительно искусственном вскармливании 25 . Младенцы, находящиеся на грудном вскармливании, также имеют более высокую долю филума Bacteroidetes и меньшую долю филума Firmicutes. Исследования микробиома часто фокусируются на относительных пропорциях между этими двумя большими группами, или типами, бактерий, вызывающих заболевания.Эти микробные различия вызывают изменения экспрессии генов у человека-хозяина. В то время как младенцы на грудном вскармливании, как это ни парадоксально, имеют метагеном, обогащенный факторами микробной вирулентности, они, в свою очередь, связаны с подавлением воспалительных генов хозяина 25 .

Грудное молоко содержит как врожденные, так и адаптивные иммунные компоненты, которые препятствуют колонизации патогенами кишечника младенцев. Как часть врожденной иммунной системы грудное молоко содержит антибактериальные пептиды, такие как лактоферрин и лизоцим.Эти антибактериальные пептиды обеспечивают широкий спектр бактериостатических и бактерицидных сдерживаний микробного роста. Грудное молоко содержит гликаны, которые имитируют молекулы адгезии клеточной поверхности эпителия кишечника младенца. Эти гликаны действуют как рецепторы-приманки для специфических кишечных патогенов, обеспечивая дополнительный уровень защиты младенца 26 .

Грудное молоко также содержит рецепторы врожденного иммунитета, такие как растворимый CD14 (sCD14) и растворимый Toll-подобный рецептор 2 (sTLR2) 19 . Эти растворимые рецепторы действуют как часть строго контролируемого иммунного ответа на колонизирующие микробы. sCD14 является корецептором, который способствует ответу TLR4 на липополисахарид (LPS). sCD14 действует как часовой в просвете проксимального отдела кишечника и необходим для воспалительной секреции эпителиальных цитокинов (IL-8, TNF-α) в ответ на грамотрицательные бактерии 27 . sCD14 лишь частично устойчив к деградации. Он проходит через желудок неповрежденным, но расщепляется ферментами поджелудочной железы, прежде чем достигает богатого бактериями дистального отдела кишечника 28 .TLR4 ненадолго активируется в раннем неонатальном периоде, после чего следует негативная регуляция 19 , что, вероятно, отражает процесс развития толерантности к комменсалам. sCD14 в грудном молоке также экспрессируется на высоком уровне в первые дни после рождения, после чего постепенно снижается 27 .

Различные рецепторы врожденного иммунитета в молоке дополнительно модулируют иммунный ответ. sTLR2 взаимодействует с sCD14 в грудном молоке для подавления воспалительной реакции 29 .LPS-связывающий белок (LBP), присутствующий в грудном молоке в низких концентрациях, ослабляет sCD14-опосредованный воспалительный ответ TLR4 27 . Другая молекула массой 80 кДа, присутствующая в грудном молоке, в настоящее время не идентифицированная, увеличивает чувствительность TLR4 и TLR5, в то же время снижая чувствительность TLR2 и TLR3 30 . Эти рецепторы демонстрируют важность грудного молока во взаимодействии с микробной колонизацией для воздействия на иммунный гомеостаз в первые дни жизни младенца.

В дополнение к пептидам и рецепторам врожденного иммунитета грудное молоко содержит компоненты адаптивного иммунитета.В частности, материнское молоко содержит высокий уровень секреторного IgA (sIgA). Эти sIgA специфичны к тем патогенам, с которыми сталкивается собственный кишечный тракт матери, и нацелены на те патогены, с которыми младенец, скорее всего, столкнется. Воздействие на кишечник матери приводит к выработке плазматическими клетками sIgA в молочной железе 31 . Эти sIgA проходят в неизменном виде через дистальный отдел кишечника 28 , где они длительное время воздействуют на микробную колонизацию. В мышиной модели нокаута по полимерному рецептору иммуноглобулина (Pigr) IgA не мог транслоцироваться из молочной железы в грудное молоко 32 .У крысят, не получавших пассивного переноса sIgA с материнским молоком, микробиота значительно отличалась от контрольной. Кроме того, микробное расстояние между группами увеличивалось по мере взросления детенышей, даже когда детеныши начинали продуцировать эндогенный IgA. У детенышей нокаутных самок Pigr была снижена экспрессия генов поддержания эпителия, они были более восприимчивы к кишечной инвазии аэробных бактерий и более восприимчивы к химически индуцированному колиту. Эти последующие эффекты подчеркивают важность грудного вскармливания для микробиоты, а также влияние микробиоты на экспрессию генов и восприимчивость к заболеваниям.

Диета в более позднем детстве

Многое из того, что мы знаем о влиянии диеты на колонизацию, получено в результате наблюдения и сравнения двух популяций. В одном исследовании сравнивали микробиоту маленьких европейских детей из Италии с микробиотой детей из сельской африканской фермерской общины в Буркина-Фасо. Европейские дети, которых кормили грудью в течение более короткого времени, потребляли больше калорий, больше жира и животного белка и меньше клетчатки по сравнению с детьми из Буркина-Фасо 33 . Это привело к значительно менее разнообразному микробиому с почти противоположным соотношением бактериальных типов Bacteroidetes и Firmicutes (Италия: 22.4% Bacteroidetes, 63,7% Firmicutes; Буркина-Фасо: 57,7% Bacteroidetes, 27,3% Firmicutes). Микробиота с более высоким содержанием филума Firmicutes, который включает Clostridia и Enterococcus , связана с заболеваниями, включая ожирение 34 . Хотя эти различия на уровне типов маловероятны исключительно из-за продолжительности грудного вскармливания, это свидетельствует о преимуществах увеличения продолжительности грудного вскармливания.

Другое исследование младенцев и взрослых из США, американских индейцев из Венесуэлы и жителей сельских районов Малави.Различия в экспрессии генов в микробиоме отражают поразительную адаптацию микробиоты к различным диетам в этих популяциях. Среди младенцев наличие уреазы отличало младенцев из других стран (венесуэльцев и малавийцев) от младенцев в Соединенных Штатах 35 . Наличие уреазы означает удаление азота при низкобелковой диете. Действительно, в Соединенных Штатах диета сравнительно богата белком по сравнению с диетой индейцев Венесуэлы или сельской малавийской диетой.Аналогичные различия были обнаружены среди микробиоты взрослых: микробиота взрослых жителей Соединенных Штатов была обогащена генами, отвечающими за расщепление аминокислот и расщепление простых сахаров, в то время как у взрослых жителей Венесуэлы и Малави микробиота была обогащена генами синтеза аминокислот и расщепления крахмала, что опять-таки отражает рационы различных культур 35 .

В поисках нового дома: как хорошие (и плохие) бактерии колонизируют кишечник

Три исследования выявили детали того, что происходит, когда сообщество бактерий, населяющих кишечник, разрушается, а затем восстанавливается за счет изменения диеты или добавления бактерий от здорового донора, что дает ценную информацию, которая может помочь в разработке терапии на основе микробов. для лечения желудочно-кишечных инфекций и других заболеваний органов пищеварения.Пищеварительный тракт является домом для микробиома кишечника (также называемого кишечной микробиотой), который включает триллионы бактерий, которые помогают пищеварению и помогают предотвратить заболевания, выступая в качестве конкурентного барьера для патогенных микробов. Например, здоровый микробиом может эффективно предотвращать инфекции Clostridium difficile (C. difficile) , условно-патогенными бактериями, которые могут процветать в кишечнике, когда микробиом нарушен, например, после лечения на основе антибиотиков. С.difficile вырабатывают токсин, который вызывает воспаление в стенке кишечника, создавая еще более гостеприимный дом для себя, но вызывая сильную диарею и боль для своего хозяина-человека. Одним из вариантов лечения этой инфекции является трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ), при которой образец, содержащий кишечные бактерии от здорового донора, вводится для восстановления функционального микробиома. Хотя накапливаются данные об эффективности этой терапии у людей с рецидивирующим C.difficile , остаются серьезные препятствия, например, как предсказать, какие бактерии осядут в кишечнике и какие факторы влияют на их колонизацию.

В первом исследовании исследователи стремились разработать метод прогнозирования того, какие бактерии будут колонизировать кишечник после ТФМ. Для этого они отслеживали микробиомы 19 человек с рецидивирующими инфекциями C. difficile после того, как они перенесли ТФМ от одного из четырех здоровых доноров. Образцы стула были собраны у доноров и C.difficile пациентов до процедуры и от пациентов во время последующих посещений после нее, чтобы отслеживать, какие типы бактерий от доноров колонизировались и сохранялись в кишечнике пациентов. В то время как предыдущие исследования ограничивались каталогизацией кишечных бактерий на уровне видов, исследователи разработали более точный метод под названием «Поиск штаммов» для определения конкретных штаммов внутри вида. Применив Strain Finder к данным, полученным из образцов, исследователи обнаружили, что степень колонизации определяется видами бактерий, а также их количеством в образце донора.Они также обнаружили, что только часть видов бактерий колонизировала кишечник, а штаммы внутри этих видов колонизировали по принципу «все или ничего» — как правило, либо все штаммы одного вида колонизировали кишечник, либо ни один. Основываясь на этих результатах, исследователи смогли создать математическую формулу, которую они могли бы использовать для прогнозирования того, какие виды и штаммы бактерий от донора FMT будут успешно колонизировать кишечник реципиента. Чтобы проверить свою формулу, исследователи применили ее для анализа исследований групп людей, получавших FMT для C.difficile или, в исследованиях на более ранней стадии исследования, у людей, которым проводилась ТФМ, чтобы выяснить, может ли это повлиять на метаболический синдром (состояние, характеризующееся набором факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний и диабета). Дальнейшая оценка модели для пациентов с состоянием, помимо инфекции C. difficile , была особенно важна, потому что пациенты C. difficile получали антибиотики для лечения инфекции до ТФМ, потенциально влияя на колонизацию поступающих бактерий, в то время как другие пациенты делали это. нет.В целом, результаты этого исследования помогут оптимизировать FMT и разработать состав специфических и эффективных методов лечения, нацеленных на микробиомы. Однако, несмотря на то, что эти результаты можно использовать для прогнозирования того, какие бактериальные штаммы будут колонизировать кишечник после ТФМ, возникает вопрос, почему эти штаммы будут колонизироваться, а другие нет.

Во втором исследовании другая группа исследователей попыталась ответить на этот вопрос, используя мышиную модель, чтобы проверить, повлияет ли доступ к определенным питательным веществам на способность бактериальных штаммов оседать в кишечнике.Они разработали штамм полезных для кишечника бактерий Bacteroides, чтобы он мог метаболизировать порфиран, сложный углевод, содержащийся в одном из видов морских водорослей. Они добавили порфиран в рацион как самцов, так и самок мышей, которые содержали либо обычный мышиный микробиом, либо микробиом из образца фекалий человека, чтобы определить, позволит ли порфиран сконструированным бактериям колонизировать кишечник мышей. Исследователи обнаружили, что сконструированный штамм не только легко колонизировал мышей, которых кормили порфираном, но и вытеснил местные штаммы Bacteroides, которые не могли метаболизировать это питательное вещество.Фактически, исследователи смогли откалибровать количество сконструированных бактерий, осевших в кишечнике, путем изменения количества порфирана в рационе мышей. Эти результаты показывают, что доступность питательных веществ может быть важным фактором в определении того, будет ли бактериальный штамм успешно колонизировать кишечник, и что среду кишечника потенциально можно манипулировать, чтобы способствовать колонизации выбранным бактериальным штаммом. Эти знания могут помочь в разработке методов лечения на основе микробиома, позволяющих вводить в кишечник определенные желательные штаммы бактерий.

В третьем исследовании изучалось, как изменения в рационе могут повысить способность микробиома сдерживать инфекции C. difficile . Исследователи сосредоточились на доступных для микробиоты углеводах (MAC) — углеводах в клетчатке из растительных продуктов, которые устойчивы к пищеварению человека и, следовательно, доступны для метаболизма полезных бактерий в нижних отделах кишечника. Ранее они показали, что диета с низким содержанием МАК может вызвать воспаление в кишечнике, поэтому они решили проверить, может ли такая диета также усугубить C.difficile , предположительно, путем нарушения микробиома. Исследователи заразили самок и самцов мышей, несущих микробиоту кишечника человека, C. difficile и кормили мышей рационом, который был либо дефицитным, либо богатым МАК. В то время как у мышей с дефицитом MAC сохранялись персистирующие инфекции C. difficile , у мышей, получавших диету с высоким содержанием MAC, инфекция была излечена. Эти мыши также имели более разнообразные сообщества бактерий в своих микробиомах, но это, казалось, не было связано со способностью очищать C.difficile , потому что мышей кормили только определенным типом MAC, называемым инулином, также излечили инфекции, хотя инулин не увеличивал разнообразие микробиоты. Скорее, эффекты богатой МАС диеты, по-видимому, были вызваны увеличением некоторых продуктов бактериального метаболизма, называемых короткоцепочечными жирными кислотами, которые подавляют рост C. difficile . Исследователи также обнаружили, что количество токсина C. difficile у инфицированных мышей изначально увеличивалось при диете, богатой МАС, даже когда количество C.difficile уменьшилось, что позволяет предположить, что бактерии реагируют на диету, богатую MAC, увеличивая выработку токсинов, чтобы поддерживать воспалительную среду. Однако общий уровень токсина снизился через несколько дней по мере уменьшения популяции C. difficile . Эти результаты указывают на изменения в микробиоме, вызванные диетой, как на ценное средство преодоления желудочно-кишечных инфекций.

Хотя еще неизвестно, можно ли перенести результаты этих исследований на мышах на людей, они предлагают значительный прогресс в понимании взаимосвязей между диетой, кишечной средой, микробиомом и бактериальными инфекциями, включая взаимодействие между конкретными типами бактерий.Что еще более важно, они также дают представление о том, как будущие методы лечения могут быть разработаны для лечения или предотвращения заболеваний путем формирования микробиома кишечника.

Ссылки

Смайли К.С., Саук Дж., Геверс Д.,… Алм Э.Дж. Отслеживание деформации выявляет детерминанты бактериального приживления в кишечнике человека после трансплантации фекальной микробиоты. Микроб-хозяин клетки . 23: 229-240, doi: 10.1016/j.chom.2018.01.003, 2018.

Шеперд Э.С., ДеЛош В.К., Прусс К.М., Уитакер В.Р., Зонненбург Д.Л.Исключительная метаболическая ниша обеспечивает приживление штамма в кишечной микробиоте. Природа . 557: 434-438, doi: 10.1038/s41586-018-0092-4, 2018.

Хрыковян А.Дж., Ван Треурен В., Смитс С.А.,… Зонненбург Дж.Л. Доступные для микробиоты углеводы подавляют инфекцию Clostridium difficile на мышиной модели. Nat Microbiol . 3: 662-669, дои:

Плохие бактерии создают свою собственную пищу для колонизации кишечника

Диарея может быть неприятным, но кратковременным побочным эффектом плохой еды на вынос, но она также является основной причиной смерти детей в возрасте до пяти лет во всем мире.Ученые продолжают исследовать, как болезнетворные бактерии закрепляются в пищеварительном тракте, когда они обычно контролируются защитными бактериями, известными под общим названием кишечный микробиом.

«С 50-х годов мы знали, что эти полезные бактерии обеспечивают защитные реакции, одной из которых является защита от колонизации патогенами, попадающими через рот», — говорит Габриэль Нуньес, доктор медицинских наук, профессор патологии в Университете им. Поля де Круифа. Мичиганская медицинская школа.

В новой статье в журнале Cell Host & Microbe он и ведущий автор Густаво Кабальеро-Флорес, доктор философии, и их коллеги использовали модель мыши, чтобы более внимательно изучить, как плохие бактерии преодолевают защитные механизмы кишечника против колонизация патогенов.

Слушайте: добавить новый Michigan Medicine News Breake на ваше устройство с поддержкой Alexa, или Подписаться на наши ежедневные обновления на iTunes , Google Play и Сшиватель .

В то время как в нескольких предыдущих исследованиях изучалась инфекция при наличии воспаления (например, в случае СРК), команда использовала бактерию под названием Citrobacter rodentium , мышиный патоген, родственный человеческому патогену Escherichia coli , для анализа как бактерии начинают свою первоначальную атаку в невоспаленном, нормальном кишечнике. E. coli печально известна несколькими недавними вспышками пищевого отравления салата ромен и других пищевых продуктов.

Команда создала около 50 000 мутаций в генах C.Rodentium , чтобы увидеть, какие гены патогена необходимы для преодоления микробиома и колонизации кишечника мыши. Затем они подвергли неинфицированных мышей и мышей, выведенных с полным отсутствием защитного микробиома, называемых бесмикробными мышами, для сравнения бактериальной колонизации с мутантными штаммами. Используя метод высокопроизводительного скрининга, они обнаружили, что гены, необходимые для колонизации в присутствии микробиома, но не у стерильных мышей, использовались для производства аминокислот, которые являются строительными блоками белков. .

«Наша микробиота защищает нас от инфекции, но сама получает пользу от употребления нашей пищи, включая белок из таких источников, как мясо и орехи», и тем самым полезные бактерии ограничивают доступность ключевых питательных веществ, таких как аминокислоты, для вредных патогенов, попадающих в организм. кишки, говорит Нуньес. «Некоторые патогенные бактерии преодолевают конкуренцию с нашим микробиомом за аминокислоты в кишечнике, создавая свои собственные».

Чтобы еще раз проверить эту теорию, они кормили мышей пищей с высоким содержанием белка и обнаружили, что это помогает патогенным бактериям быстрее захватывать власть.Нуньес отмечает, что в нормальных условиях небольшое количество патогенной кишечной палочки вряд ли вызовет заболевание. «Для преодоления микробиома требуется большая доза бактерий — тех, которые вы получаете, оставляя майонез на солнцепеке. Однако команда Нуньеса в более раннем исследовании показала, что у младенцев и детей младшего возраста такой защиты не было из-за их незрелых микробиомов. «Это одна из причин, по которой мы считаем, что дети очень восприимчивы к этой инфекции».

В то время как сегодня большинство бактериальных инфекций лечат антибиотиками, которые уничтожают как хорошие, так и плохие бактерии, Нуньес отмечает, что описанный ими механизм, вероятно, необходим для выживания вида.

БОЛЬШЕ ИЗ МИЧИГАНА: Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку

«Антибиотики были открыты менее 100 лет назад. Тот факт, что для заражения требуется 1 000 000 бактерий, очень важен. У стерильных мышей достаточно 10 бактерий, чтобы убить их».

Процитированная статья: «Кишечные патогены подрывают устойчивость к колонизации, избегая конкуренции за аминокислоты в кишечнике», Cell Host & Microbe . DOI: 10.1016/j.chom.2020.06.018

Кишечная колонизация, микробиота и пробиотики

Представлено в рамках симпозиума, посвященного 25-летию программы грантов на питание Bristol-Myers Squibb «Свобода открывать», Университет Цинциннати, Цинциннати, Огайо, 7 июня. 8, 2005.

https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2006.06.062Get rights and content

Кишечник человека колонизирован большим количеством микроорганизмов, населяющих кишечный тракт и поддерживающих различные физиологические функции.Ступенчатая микробная колонизация кишечника начинается с рождения и продолжается на ранних этапах жизни, формируя кишечную микробиоту, различную для каждого отдельного субъекта. Этот процесс способствует формированию физического и иммунологического барьера между хозяином и окружающей средой, помогая желудочно-кишечному тракту поддерживать безболезненное состояние. Пробиотики — это жизнеспособные микробные пищевые добавки, оказывающие благотворное влияние на здоровье человека. Укрепляющие здоровье свойства были продемонстрированы для конкретных пробиотических продуктов.Научные данные об этих свойствах накапливаются, особенно у младенцев; наиболее значительные эффекты включают профилактику и лечение антибиотикоассоциированной диареи и ротавирусной диареи, а также профилактику аллергии. Бифидобактерии, по-видимому, являются наиболее многообещающими пробиотическими кандидатами, за которыми следуют определенные молочнокислые бактерии, которые способствуют специфическому здоровому росту бифидобактерий и видовому составу. Поскольку жизнеспособность, по-видимому, важна, для соответствия этому критерию следует также подчеркнуть свойства пробиотиков.Для будущих пробиотиков наиболее важными требованиями являются продемонстрированная клиническая польза, подкрепленная механистическим пониманием воздействия на микробиоту целевой популяции и иммунные функции. Геномная информация и улучшенные знания о составе микробиоты и ее отклонениях должны служить основой для выбора новых пробиотиков для использования в конкретных группах детей раннего возраста.

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Просмотреть полный текст

Copyright © 2006 Mosby, Inc. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Экспериментальная оценка важности истории колонизации в сборке микробиоты кишечника в раннем возрасте

Статья Martinez et al. направлен на изучение важного и фундаментального вопроса создания сообщества, а именно того, как порядок воздействия / колонизации влияет на окончательный состав сообществ. Здесь его тестируют в кишечнике мышей WT или Rag1 -/- , чтобы начать и понять роль адаптивной иммунной системы в создании сообщества.В совокупности эти исследования показывают, что время колонизации может играть важную роль в определении состава возникающего сообщества. Рецензенты согласны с тем, что эта работа представляет большой интерес для более широкого сообщества микробиомов, а также имеет серьезные последствия для создания микробных сообществ человека. Данные чрезвычайно интересны, но некоторые дополнительные анализы могут поднять рукопись еще выше.

Мы благодарны за эту в целом положительную и обнадеживающую оценку, а также благодарим рецензентов за чрезвычайно конструктивные отзывы.

Основные версии:

Коллекция образцов не на 100 % чистая. Несколько цифр относятся к «Родителям А» и «Родителям Б», и неясно, откуда взялись эти образцы. Если это действительно из меха родителей, то у нас должны были быть и «Родители АБ», так что непонятно.

Мы согласны с тем, что это сбивает с толку, и благодарим рецензента за указание на это. Теперь мы изменили рисунок 1А (экспериментальный план), который теперь является отдельной фигурой (рисунок 1), чтобы уточнить, как и когда были собраны образцы и как называются образцы, включая образцы от родителей.Кроме того, текст в рукописи был изменен, чтобы указать, когда были собраны родительские образцы (подраздел «Создание мышиной модели с использованием отдельных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»).

Подраздел «Создание мышиной модели с использованием отдельных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»: авторы заявляют о желании «избегать микробиомов из средств ухода за животными», но затем выбирают особь (донор А) из колонии, поддерживаемой в течение трех поколений в таком учреждении (и, предположительно, в помещении, питаясь стандартизированным кормом и т. д.).Почему? Также в подразделе «Мыши-доноры» звучит так, будто одна мышь дала начало трем поколениям. Возможно отредактировать (если только это не лаборатория клонирования). Донор Мышь описана как «дикая», но она родилась и жила в лаборатории.

В исправленной рукописи мы теперь пояснили, что мы хотели избежать мышей из коммерческих объектов, которые часто аберрантны (подраздел «Создание мышиной модели с использованием отдельных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»).Кроме того, теперь мы строго относимся к мышам, пойманным в дикой природе, а затем размещенным в учреждении, как к «дикорастущим» (подраздел «Создание мышиной модели с использованием отдельных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»). , и мы выяснили, как были получены эти мыши (подраздел «Подготовка и стандартизация донорского инокулята»).

План эксперимента выглядит хорошо, но есть ключевые анализы, которые я ожидаю увидеть в статье.Некоторые появляются позже, но должны быть представлены намного раньше. Пожалуйста, включите лучший анализ видов бактерий, обнаруженных у донора по сравнению с реципиентом. Анализ переданных видов бактерий не с точки зрения общей статистики (как разнообразие Шеннона) или графиков PCoA, а больших тепловых карт, которые показывают, какие штаммы были переданы, а какие нет. И/или ранжировать кривые численности с выделенными соответствующими таксонами. Графики PCoA часто показывают разные оси (не всегда называемые осью 1 и 2), и кажется, что в полных данных есть более интересные результаты.

Мы благодарим рецензента за это предложение. На самом деле была предоставлена ​​тепловая карта (ранее рис. 3А), которая действительно показывает обилие всех типов бактерий как у донора, так и у реципиента, но отсутствовала четкая легенда, и мы приносим извинения за это. Теперь это исправлено. Тепловая карта предоставляет четкую информацию о типах бактерий, обнаруженных у донора и реципиента. Мы согласны с рецензентом в том, что тепловую карту следует представить раньше, и теперь мы показываем тепловую карту на рисунке 2А и ранее предоставили текст (подраздел «Микробиота кишечника мышей-реципиентов демонстрирует более высокое разнообразие по сравнению с донорами») для представления какие степени были переведены.Далее мы обсудим, как относительное обилие, показанное на тепловой карте, похоже у мышей-доноров и реципиентов для большинства типов, демонстрируя, что распределение обилия типов бактерий у мышей-реципиентов в значительной степени отражает таковое у доноров, показывая, что перенос микробиоты не привело к существенным перестройкам в структуре общества.

Мы предпочитаем не сосредотачиваться на точных таксономических отнесениях соответствующих таксонов, поскольку такие отнесения трудно сделать для этих в значительной степени не охарактеризованных микробиомов дикого происхождения.Имейте в виду, что мы делаем такие назначения для таксонов, на которые влияет порядок колонизации (дополнительный файл 1), который находится в центре внимания этого исследования. Очевидно, что по запросу могут быть предоставлены как кривые численности рангов, так и таблицы большего размера, но мы сомневаемся в ценности добавления этой информации.

Рисунок 1B. Похоже, что данные от родителей A/B отсутствуют как в экспериментах WT, так и в экспериментах Rag1 -/- . Интересно, у этих родителей тоже было более высокое альфа-разнообразие (как у щенков), потому что они подвергались воздействию смеси.Пожалуйста, добавьте, если есть. (Чтобы было ясно, я имею в виду родителей мышей, получавших лечение AB/AB, учитывая, что показаны родители мышей, получавших лечение A/B и B/A.)

Действительно, родители A/B также имеют более высокое альфа-разнообразие, согласующееся с результатами, полученными на всех мышах-реципиентах, и мы добавили их в пересмотренные рисунки 2B-E. Имейте в виду, что родители не были включены в статистический анализ, поскольку они служили только в качестве эталона, а цель статистического теста состояла в том, чтобы определить, были ли мыши-реципиенты на 78-й день более разнообразными, чем мыши-доноры.

Рисунок 1C: Почему в образцах A, B на панели C есть различия, а на B нет? Сколько образцов в каждой группе?

Причина этого заключается в том, что для определения специфических типов A и B данные от мышей-доноров и родителей были объединены, чтобы избежать систематической ошибки размера выборки, возникающей из-за того, что для каждого из сообществ доноров был профилирован только один образец. Количество образцов теперь добавлено в легенду рисунка (теперь рисунок 2), и легенда рисунка была изменена, чтобы прояснить эти проблемы.

Рисунок 2 требует тщательной полировки. Оси не совпадают, размеры не совпадают. Ясно, что он не готов к публикации. Ось PCoA должна иметь % объясненной дисперсии, добавленной к ним.

Рисунок 2, который теперь называется Рис. 3 в исправленной версии, был отшлифован, чтобы согласовать оси и размеры. Имейте в виду, что это не графики PCoA, а графики NMDS (неметрическое многомерное масштабирование, в веганском пакете в R), которые имеют много преимуществ PCoA, таких как предположение о распределении данных, и являются очень популярным методом в экология.В NMDS нет значимого способа выразить изменение оси. Вместо этого предпочтительнее низкое значение напряжения (в качестве ориентира значение напряжения <0,05 считается отличным, а <0,1 — хорошим). К рисункам добавлены значения напряжения.

Подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры микробиоты кишечника» и рисунок 2A: похоже, что все животные-реципиенты группируются ближе к донору A, чем к донору B. Соответствует ли это утверждению, что « Мыши B/A сгруппировались ближе к донору B»? Есть ли существенная разница в кластеризации A/B по сравнению с обычными?Мыши B/A с донором A против донора B? На рисунке 2А родительские цвета неотличимы от A/B, B/A; метка оси X отсутствует; Родители A/B отсутствуют.

Мы благодарим рецензента за указание на это и согласны с тем, что это неясно. Теперь мы уточнили, что имеем в виду расстояния между группами A/B и B/A по сравнению с другими группами, а не абсолютные расстояния (подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты»).Поскольку это всего лишь обзорный график, который также включает мышей-доноров и родителей, статистика здесь не проводилась. Однако они сделаны в анализе, показанном на рисунке 3C, без родителей, и теперь мы сравнили средние расстояния групп до доноров A и B, и они действительно значительно различаются (рисунок 3B). Цвета изменены, чтобы сделать их различимыми.

Рисунок 2C: Меня озадачивают различия между различными порядками колонизации. Кажется, что для A/B и B/A внутри клетки и между клетками не так уж много различий, тогда как для AB/AB здесь есть сильная разница.Как это можно объяснить?

Это интересное наблюдение, но наш эксперимент не позволяет сделать вывод, почему это так. Важным сообщением является то, что, хотя все эти мыши получили одни и те же сообщества, они явно группируются в соответствии с барьерами расселения, что обсуждается в тексте.

Я также удивлен, что существует значительная разница в AB/AB по сравнению с клетками и изоляторами (*** P < 0,001). Цифра, кажется, не показывает такой сильной разницы.

Мы благодарим рецензента за указание на это. Разница значительна, но действительно значение p было всего 0,006, что делает его ** P <0,01. Эта ошибка была исправлена ​​в том, что теперь называется Рисунок 3D.

Подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты»: анализ Adonis и расстояния, показанные на рисунке 2C, похоже, не согласуются. Из рисунка 2C видно, что изолятор будет иметь самый сильный эффект, а не клетка.Можете ли вы предоставить более подробную информацию об анализе Adonis?

Тест Адониса оценивает, какая переменная определяет сходство между образцами, и лучшей объясняющей переменной является фактор «клетка», поскольку микробиомы в клетках больше похожи друг на друга, чем между изоляторами (что согласуется с тем, что рис. 3D показывает). Текст был изменен с «объяснение большей части вариаций» на «переменные показали, что данные лучше объясняются факторной клеткой (P < 0.001, R 2 = 0,66), затем изолятор (P < 0,001, R 2 = 0,46) и порядок колонизации (P < 0,001, R 2 = 0,21)». (подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты»).

Подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты»: хороший результат. Чтобы подтвердить, что локальное вымирание (в пределах изоляторов) произошло в результате дрейфа, а не отбора, не могли бы вы изучить относительное обилие тех типов (которые исчезли) в донорских сообществах (т.э., метасообщество)? Предполагая, что виды с низкой численностью с большей вероятностью будут дрейфовать к локальному вымиранию.

Понятно, что такой анализ можно сделать. Однако, учитывая, что ограничение дисперсии является единственным фактором, влияющим на кластеризацию, мы вполне уверены, что на самом деле имеем здесь дело с дрейфом. Во-вторых, наша работа направлена ​​на выявление важности исторических процессов, и поэтому мы считаем, что такой анализ выходит за рамки и больше запутывает, чем помогает.Понятно, что по запросу его можно было бы добавить.

Подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов»: Прежде чем копнуть глубже в порядок, есть явные виды, которые отсутствуют у одного донора, и присутствуют у реципиентов, и было бы очень интересно понять, что эти являются.

Дополнительный файл 1 действительно показывает все 20 типов, затронутых порядком колонизации, многие из которых не могут быть классифицированы на уровне видов.Кроме того, как описано выше, только 7% типов, обнаруженных у мышей-реципиентов, не обнаруживаются у доноров, и они составляют только 0,7% от общего числа последовательностей. Это показывает, что только очень небольшая часть микробиома реципиента не может быть прослежена до доноров, и, как описано выше, теперь это включено в рукопись (подраздел «Микробиота кишечника мышей-реципиентов демонстрирует более высокое разнообразие по сравнению с донорами»). Поэтому мы не думаем, что было бы полезно сосредоточить здесь внимание на обсуждении типов, которые отсутствуют у донора и присутствуют у реципиентов.

Подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок заселения и механизмы приоритетных эффектов»: При анализе линейной смешанной модели учитывалась ли переменная клетка/изолятор? В предыдущем разделе авторы ясно дали понять, что это важные переменные, но здесь они больше не упоминаются.

Теперь в тексте упоминается, что «изолятор» действительно использовался в качестве случайной величины в модели. Мы считаем, что нецелесообразно использовать одновременно «изоляторы» и «клетки», поскольку эти две переменные являются зависимыми.Однако мы также провели анализ с использованием «клеток» в качестве случайной величины, и из 20 типов бактерий, обнаруженных с помощью «изоляторов» в качестве случайной величины, 18 также были обнаружены с использованием «клеток» в качестве случайной величины. «Клетки» в качестве случайной величины привели к тому, что большее количество значимых типов бактерий было обнаружено как разные в группах, но визуальный осмотр распределения показал, что результаты для обнаруженных дополнительных типов менее надежны. В качестве консервативного подхода мы решили представить результаты, используя «изоляторы» в качестве случайной величины.

Подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов»: Я бы назвал эти (ингибирующие/облегчающие эффекты) наоборот. Если штамм чрезмерно представлен при первой инокуляции, это не будет ингибирующим. Я нахожу это запутанным, может быть, вам следует рассмотреть возможность объяснения этого более подробно?

Мы включили более подробное объяснение в исправленную рукопись, чтобы доказать, что чрезмерная представленность при первой инокуляции действительно указывает на ингибирование в подразделе «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов».

Подраздел «Виды бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетного воздействия»: Укажите общее количество случаев; все три выбранных примера имеют довольно низкую численность — менее 1%, менее 0,1% — что вызывает озабоченность по поводу пределов обнаружения и того, являются ли они просто эффектами глубины отбора проб. Были ли затронуты какие-либо широко распространенные виды?

Два примера, которые мы представляем, имеют процентное соотношение около 1%. Учитывая, что в этих сообществах насчитывается около трехсот видов бактерий, мы не считаем относительную численность в 1% «низкой численностью».Кроме того, мы секвенировали на глубину 20 000 последовательностей на образец. Поэтому мы считаем маловероятным, что наши наблюдения основаны исключительно на выборке. Наконец, мы показываем средние значения, полученные как минимум на 12 мышах в группе и в двух независимых экспериментах. Поэтому мы утверждаем, что случайные эффекты из-за глубины выборки не были бы такими последовательными и не привели бы к статистически значимым результатам.

Рисунки недостаточно четкие. Некоторые рисунки не передают сообщение четко и лаконично (например, рисунки экспериментального дизайна).Например. Рисунок 3A – какие значения показаны – численность или логарифмические значения? Ярлык отсутствует. Вся фигура также нуждается в полировке. Все размеры разные, и не у всех панелей удачное расположение. Графики PCoA не должны показывать кластеризацию образцов (например, с кругом, окружающим каждую группу образцов), поскольку эта визуализация вводит в заблуждение, поскольку показывает большее разделение, чем то, что поддерживают данные. В целом, на рисунках отсутствуют заголовки условных обозначений, названия осей, пояснения к единицам измерения и т. д.

Цифры на самом деле были довольно четкими, поэтому мы думаем, что это проблема PDF-файла, который был создан для обзора.Рисунок 3A, который теперь называется Рисунок 2A, был изменен, и была добавлена ​​легенда. Фигуры тщательно полировались. Как мы писали выше, это графики NMDS, и кружки здесь вполне стандартны, и мы добавили в Материалы и Методы информацию о том, как эти кружки генерировались (подраздел «Статистический анализ»). Добавлены названия осей и пояснения.

Подраздел «Создание мышиной модели с использованием различных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации» и, в частности, «[…] порядок колонизации является единственной экспериментальной переменной в модели»: возраст хозяина (и связанные с ним факторы, такие как статус отъема и родительская близость) тоже не переменная?

Возраст хозяина и статус отъема были строго стандартизированы и не различались между группами лечения.Мы признаем, что у потомства мышей будут изменения в развитии как в этом абзаце, так и в обсуждении. Это факторы, которые могут объяснить некоторые из наших выводов, и это обсуждается (см. раздел «Обсуждение»), но мы утверждаем, что они не являются переменными между группами.

Нет контроля, в котором за днем ​​10 А или В следует фиктивный день 36; или за ложным 10-м днем ​​следует 36-й день А или В. Возможно ли, что А и В различаются по степени, в которой их виды могут сохраняться в определенном возрасте развития без конкурирующего сообщества? (В целом части этого абзаца лучше поместить в раздел «Введение» или «Обсуждение», а не в раздел «Результаты».) Аналогичным образом, в подразделе «Время прибытия влияет на устойчивость отдельных колонизаторов» (второй абзац) под «временем» авторы имеют в виду возраст хозяина или относительно времени внедрения C3H, или и то, и другое? Опять же, контроль, в котором ничего не вводилось на 10-й день, может пролить свет на это.

Мы признаем, что различия в развитии на 10-й день могут способствовать исторической случайности, и это обсуждается. Однако мы считаем маловероятным, что это связано с различиями в настойчивости в раннем возрасте.Имейте в виду, что в наших экспериментах родительские мыши также колонизируются (и это было подтверждено секвенированием), что позволяет осуществлять вертикальную и горизонтальную передачу (например, посредством копрогагии) потомству вплоть до отъема и, следовательно, зрелости, что делает маловероятным влияние только потому, что виды могут сохраняться при ранней колонизации. Мы добавили в рукопись дополнительную информацию (подраздел «Создание мышиной модели с использованием отдельных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»), чтобы подчеркнуть эту особенность нашей модели.Мы также хотели бы добавить, что даже если различия в развитии вносят свой вклад в историческую случайность, порядок колонизации все равно будет важной сборкой микробиома. Это также обсуждается в рукописи (раздел «Обсуждение»). Что подразумевается под «временем прибытия» (оно связано с прибытием конкурентов) разъяснено (подраздел «Время прибытия влияет на настойчивость отдельных колонизаторов»).

Подраздел «Адаптивная иммунная система не способствует исторической непредвиденной ситуации в сборке кишечной микробиоты»: хороший результат.Почему бы не показать данные?

В дополнительном файле 4 мы помечаем таксоны, которые являются общими для мышей WT и Rag1 -/- .

Стандартизируйте терминологию:

— Подраздел «Создание мышиной модели с использованием отдельных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»: «OTU» часто называют «типами», иногда называют «узлами» или «OTU», и считается, что они потенциально различаются по «только один нуклеотид».Уточните, пожалуйста, что представляют собой сущности и когда они отличаются от одного анализа к другому (если различаются). Пожалуйста, четко определите термины и используйте их последовательно.

Это сделано.

— Рисунок 1A, «78-й день», подраздел «Микробиота кишечника мышей-реципиентов демонстрирует большее разнообразие по сравнению с донорами», «12-я неделя» и позже «72-й день»: если все это означает одно и то же, пожалуйста, стандартизируйте.

Теперь это стандартизировано.

Подраздел «Время прибытия влияет на живучесть отдельных колонизаторов»: Авторы упоминали ранее, что зондирование раньше 10 дней может быть вредным, а здесь они зондируют в возрасте 5 дней?

5-дневных мышей не кормили через зонд.Теперь мы разъяснили это в Материалах и методах (подраздел «Изменение порядка колонизации специфическими бактериальными колонизаторами у мышей без микробов»).

Подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетного воздействия» и подраздел «Время прибытия влияет на устойчивость отдельных колонизаторов»: Вместо того, чтобы не показывать данные, добавьте дополнительную цифру.

В подразделе «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты» мы предпочли бы не показывать незначительные результаты на уровне типов, семейств и родов, но могли бы сделать это по запросу.Для подраздела «Время прибытия влияет на стойкость отдельных колонизаторов» мы теперь включили точные результаты в текст.

Дополнительный файл 1: Что означают символы «a», «b», «ab»?

Теперь это включено.

Подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты» в отношении «связанных с нишами различий в нашем исследовании должно быть маргинальным»: Например, должны быть совершенно разные с точки зрения ниш.

Мы пояснили, что при сравнении мышей мы имеем в виду различия, связанные с нишами (подраздел «Оценка важности истории колонизации и ограничения расселения для формирования структуры кишечной микробиоты»).

Нет никакого контроля над возрастом развития, и мы, кажется, не знаем, как А или Б действуют индивидуально в зависимости от времени? (Это повторяет предыдущий комментарий.) Что мы могли бы ожидать, если бы эксперименты проводились на взрослых животных, свободных от микробов?

Как мы ответили выше, мышей колонизируют в течение 10 дней до отлучения от груди (21 день), в течение которых они подвергаются воздействию микробиоты своих родителей (которые также колонизируются).Поэтому мы не считаем вероятным, что различия обусловлены только возрастом развития. Это было разъяснено в пересмотренной рукописи (подраздел «Создание мышиной модели с использованием различных сложных микробных сообществ для изучения важности истории колонизации»).

Подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов»: Заявление о том, что «бактериальные функции среди членов кишечной микробиоты не обязательно связаны с филогенезом», является довольно смелым, основываясь на предоставленных доказательствах.Авторам следует подумать о более четком определении «функций» или представить доказательства того, что горизонтальный перенос генов (а не филогенез) действительно объясняет функции бактерий, если они считают, что это так.

Довольно точно установлено, что в результате конвергентной эволюции функции и признаки могут быть сходными у таксонов, которые не обязательно связаны между собой. Этот факт более важен для бактерий из-за горизонтального переноса генов. Мало того, что таксоны, которые только отдаленно связаны друг с другом, могут вести себя одинаково, штаммы одного и того же вида могут сильно различаться.Поскольку все это хорошо известно, мы утверждаем, что это утверждение не нуждается в дополнительных уточнениях, но мы могли бы предоставить ссылки, если потребуется. В качестве примера рассмотрим E. coli Nissle и EHEC, которые относятся к одному и тому же виду; один может действовать как пробиотик, а другой может убить вас.

Подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов» и рисунок 3C: Эти результаты впечатляют, пожалуйста, обсудите подробнее.Кажется, что в некоторых случаях (левые панели) это действительно взаимоисключающее изобилие двух типов, тогда как на правых панелях кажется, что они могут сосуществовать, как в образцах AB/AB.

Мы благодарим рецензента за это замечание. Это действительно увлекательно, и мы добавили в рукопись два предложения, чтобы обсудить это подробнее (подраздел «Типы бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов»).

Подраздел «Время прибытия влияет на устойчивость отдельных колонизаторов»: логический путь/поток от эксперимента 1 (донор A, B) к эксперименту 2 (4-штамм, C3H) неясен.Между ними отсутствует интеграция; как два отдельных исследования с похожими темами, размещенными рядом. Какие выводы из первого подтолкнули ко второму? Какое обоснование?

Мы полностью согласны, и мы включили текст, чтобы дать четкое обоснование для второй линии экспериментов (подраздел «Время прибытия влияет на настойчивость отдельных колонизаторов»).

Подраздел «Время прибытия влияет на живучесть отдельных колонизаторов»: Это действительно интересный результат.Имеет ли это какое-либо отношение к микробному составу объединенных образцов слепой кишки, использованных для введения через желудочный зонд на 10-й день? Есть ли у вас какие-либо данные об этих объединенных сообществах? Они тестируют какие-либо из этих видов здесь?

Возможно, от внимания рецензента ускользнул тот факт, что это было подробно рассмотрено (подраздел «Время прибытия влияет на стойкость отдельных колонизаторов» в исправленной рукописи).

Подраздел «Время прибытия влияет на устойчивость отдельных колонизаторов»: кажется, что существует несколько неисключительных альтернативных объяснений, которые также согласуются с наблюдениями, учитывая очень небольшое количество протестированных видов.Например, можно предположить, что время интродукции видов по отношению к развитию врожденной иммунной системы может быть способствующим фактором или что неидентичные виды также способствуют конкурентному исключению.

Мы согласны и добавили уточнение к нашему заключению (подраздел «Время прибытия влияет на упорство отдельных колонизаторов»).

Подраздел «Адаптивная иммунная система не способствует исторической непредвиденной ситуации в сборке кишечной микробиоты»: слово «адаптировать» здесь используется в широком смысле.Адаптация через монополизацию – что это значит? Хозяин (иммунная система) может реагировать и адаптироваться во время постнатального развития.

Итак, мы дали определение монополизации (подраздел «Виды бактерий, на которые влияет порядок колонизации и механизмы приоритетных эффектов»), и на самом деле это адаптивный эволюционный процесс. Мы по-прежнему считаем, что термин «адаптироваться» хорош, когда он относится к реакции иммунной системы, поскольку мы специально проверяем роль «адаптивной» иммунной системы в наших экспериментах на мышах Rag1 -/- .Эта часть иммунной системы действительно «адаптируется» к иммунологической проблеме.

Раздел для обсуждения: Поразительно, что 19 из 20 видов, на которые влияет порядок колонизации у мышей WT, демонстрируют такое же поведение у мышей Rag1 -/- , что позволяет предположить, что эта активность закодирована в их геномах — делает ли это детерминированным обработать? Могут ли авторы дать какое-либо представление об особенностях геномов этих ~ 20 видов, которые, вероятно, способствовали такому результату?

Способность извлекать выгоду из более ранней колонизации, как говорит рецензент, вероятно, закодирована в их геноме.Виды, способные занять ниши или монополизировать (приспособиться), получат выгоду от эффектов приоритета. Однако большинство бактерий будут иметь эти способности, по крайней мере, в некоторой степени, и если возникнут приоритетные эффекты, они будут сильно зависеть от конкурирующих сообществ, например. наличие конкурентов с перекрытием ниши. Поэтому мы бы предпочли не проводить такой геномный анализ, так как считаем, что это будет сильно путать (член, не пользующийся приоритетными эффектами, вполне может сделать это в другом контексте).Кроме того, многие аспекты приоритетных эффектов основаны на отборе и конкуренции, но в экологии этот процесс все еще не считается полностью детерминированным, поскольку порядок прихода влияет на взаимодействие между членами, а этот порядок и многие механизмы (например, монополизация, в основе которой лежат мутации), в большинстве случаев стохастическая.

Хотя обсуждение уже довольно длинное, возможно, некоторые разделы можно было бы сократить, чтобы прояснить ограничения размеров выборки (2 сообщества, 4 вида) при выводе общих принципов.Это было бы полезно для широкой публики.

Мы добавили еще два предложения об ограничениях нашего исследования (раздел «Обсуждение»).

Статья кажется непоследовательной в отношении того, являются ли наблюдаемые эффекты большими или малыми. Например, «учитывая важность исторических непредвиденных обстоятельств для сборки кишечной микробиоты, клинические и медицинские вмешательства в раннем возрасте (например, антибиотики, кесарево сечение, искусственное вскармливание), вероятно, будут иметь более долгосрочные последствия.» по сравнению с «Хотя относительная важность истории сборки в наших экспериментах кажется небольшой (и меньшей, чем важность ограничения рассеивания)[…]». Для обычных читателей было бы полезно более количественно оценить величину этих изменений.

Мы не думаем, что мы непоследовательны, поскольку нам совершенно ясно, что даже небольшие эффекты, обнаруженные в наших экспериментах с небольшим числом видов, будут усиливаться в условиях реальной жизни, в которых, вероятно, будут стохастически приобретены сотни видов (Обсуждение раздел).

Другие примеры из подраздела «Адаптивная иммунная система не способствует исторической непредвиденной ситуации в сборке кишечной микробиоты»:

— Цитата «значительно ниже»: Глядя на сюжет, эффект кажется довольно тонким.

Мы добавили, что Rag1 -/- имеет «небольшое», но значительно меньшее количество типов, чтобы указать, что эффекты действительно были тонкими.

– Большие размеры эффекта/больше типов бактерий в чем по сравнению с чем? Это смущает.

Исправлено.

– В последнем абзаце «оба были увеличены» в Rag1 -/- : Я не уверен, учитывая данные, и я не уверен, что вы согласны, учитывая ваше резюме.

Мы думаем, что наши данные подтверждают более высокую важность истории колонизации в Rag1 -/- , например. путем демонстрации того, что все четыре конкретных колонизатора были затронуты, и что колонизация на 14-й день изменила траектории микробиома по сравнению с 36-м днем, чего не произошло у мышей дикого типа.Однако рецензент прав в том, что в некоторых случаях важность истории колонизации была уменьшена. Мы изменили Резюме, части раздела «Результаты» и раздела «Обсуждение», чтобы наши выводы были максимально понятными.

Многие опечатки включают:

«пятна»: штаммы

«локус»: локус

«-широкий широкий»: -широкий

«важность»: важность

«слепая кишка»: слепая кишка

«это находка»: эта находка

«время а»: время

«бактериальные типы бактериальные типы»: бактериальные типы

«типы, которые значительно отличаются»: типы, которые значительно отличаются

«Инокуляты»: инокулят

«воздействие колонизации»: влияние колонизации

«назначение»: назначение

«В-специфический донор»: В-специфические типы донора

Все это было исправлено, мы много работали над рукописью, чтобы удалить дополнительные опечатки.

https://doi.org/10.7554/eLife.36521.027

Стабильная колонизация Lactobacillus casei SY13, вводимых перорально, изменяет микробиоту кишечника

Микробиота кишечника играет важную роль в здоровье кишечника. Известно, что пробиотики, такие как Lactobacillus , регулируют микрофлору кишечника и предотвращают заболевания. Однако большинство из них не могут колонизировать свою стабильность в кишечном тракте хозяина. В этом исследовании мы исследовали способность Lactobacillus casei SY13 (SY13) колонизировать кишечный тракт мышей BALB/c после его перорального введения в течение короткого (один раз в день) и длительного (один раз в день) периода времени. на 27 дней).Кроме того, мы также оценили влияние его введения на микробную структуру и разнообразие кишечника у мышей. Самцам мышей BALB/c вводили через зонд 10 8 колониеобразующих единиц (КОЕ) SY13, и проводили зонд TaqMan-MGB и секвенирование Illumina MiSeq для оценки способности к колонизации и структуры бактериального сообщества в содержимом слепой кишки. Результаты показали, что длительное лечение SY13 повышало его способность образовывать колонии в кишечном тракте в отличие от группы краткосрочного лечения, в которой колония сохранялась всего 3 дня.Пероральное введение SY13 также значительно увеличило микробное разнообразие кишечника. Краткосрочное лечение SY13 (SSY13) повышало Firmicutes и уменьшало Bacteroidetes phyla по сравнению с длительным лечением (LSY13) и контролем. Полученные результаты заложили основу для изучения способности пробиотиков к колонизации и улучшения микробиоты для профилактики заболеваний кишечника.

1. Введение

Микробиота кишечника представляет собой сложную микроэкосистему в кишечном тракте, включающую многочисленные бактерии [1–3].Баланс, состав и разнообразие микробиоты кишечника тесно связаны с метаболизмом хозяина, регуляцией энергии, развитием иммунитета, защитой от патогенов и профилактикой кишечных заболеваний, таких как воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) и колоректальный рак [2]. Однако этот гомеостаз реализуется за счет сложных взаимодействий между микробиомом и хозяином. Таким образом, профилактика заболеваний, вызываемых кишечными микробами, привлекла большое внимание исследователей, уделяя особое внимание микробному составу и разнообразию.

Пробиотики молочнокислых бактерий (МКБ) и некоторые из их секретируемых биоактивных компонентов могут оказаться полезными для здоровья кишечного тракта, влияя на микробное разнообразие [4–7]. Несколько LAB, включая Lactobacillus casei BL23, L . casei Zhang и L . Сообщается, что rhamnosus GG предотвращает колит и/или рак толстой кишки при пероральном применении, и все они улучшают микробиоту кишечника [8–10]. Пробиотики могут способствовать микробному богатству и бактериальному разнообразию микробиоты кишечника модельных мышей с несбалансированной микробиотой кишечника [11].Боррелли и др. были доказательства того, что пробиотик может модулировать микробиоту кишечника и оси мозга, а также поведение рыбок данио [12]. А Лорена исследовала функцию пробиотика и кишечной микробиоты с помощью протеомики [13]. Кроме того, Xin et al. доказали, что L. johnsonii BS15 может модулировать иммунитет кишечной и кишечной микробиоты у поросят [14]. Кроме того, сообщается, что LAB предотвращает аллергию, контролирует уровень холестерина в крови и регулирует иммунную функцию, влияя на развитие микробов в кишечнике [15–17].

Ранее мы сообщали, что L. casei SY13, выделенный из ферментированных молочных продуктов, может улучшать кишечные заболевания и способствовать поддержанию здоровья хозяина [18]. Более того, мы обнаружили, что L. casei SY13 снижали отложение жира у сирийских золотистых хомячков в зависимости от времени и дозы [19]. Однако колонизирующая способность L. casei SY13 и влияние перорального введения его бактерий на изменение микробиоты кишечника остаются неясными. Поэтому целью настоящего исследования было оценить колонизационную способность L.casei SY13 и изучить его влияние на микробную структуру и разнообразие кишечника у мышей, которым вводили через желудочный зонд один раз (кратковременно) и 27 раз (долгосрочно). Результаты показывают, что стабильная колонизация L. casei SY13 связана с дозировкой и закладывает основу для изучения взаимодействия между L. casei SY13 и другими представителями микробиоты кишечника.

2. Материалы и методы
2.1. Бактериальное культивирование и сбор

Клетки L. casei SY13, используемые в этом исследовании, содержались при температуре -80°C и культивировались в 100 мл/250 мл бульонной среды MRS (CM187, Beijing Luqiao Company, Китай) при 37°C в течение 24 часКлетки собирали центрифугированием при 60×10 × в течение 4 мин, трижды промывали фосфатно-солевым буфером (PBS) и доводили до 10 9 колониеобразующих единиц (КОЕ) на мл для перорального лечения мышей.

2.2. Животные и экспериментальный план

Все эксперименты были одобрены Комитетом по благополучию лабораторных животных и экспериментальному этическому комитету Китайского сельскохозяйственного университета (номер утверждения: CAU20161020-3). Самцов мышей BALB/c в возрасте от 6 до 8 недель получали от компании Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd. (Пекин, Китай). Всех мышей кормили с использованием платформы управления лабораторными животными (SPF) Китайского сельскохозяйственного университета.

Мышей разводили, как описано ранее Jia et al. [19]. Вкратце, мышей разделяли по две на клетку и выращивали при 12-часовом цикле свет/темнота при тщательном контроле температуры и влажности. Мыши могли свободно есть и пить, а корм и вода были стерилизованы. Через 7 дней адаптации к новой среде мышей разделили на три группы: контрольную группу, которой вводили PBS, и две экспериментальные группы, в которых мышам вводили л.casei SY13 при кратковременном введении в течение всего одного дня, в то время как длительное лечение проводилось в течение 27 дней с ежедневными прививками.

2.3. Экстракция микробной ДНК

Целую ткань слепой кишки от каждой мыши собирали и хранили при -80°C. Затем тотальную ДНК выделяли с помощью набора TIANamp Stool DNA Kit (DP320, Tiangen Company, Китай) в соответствии с инструкциями производителя. Суспензии ДНК хранили при -80°С.

2.4. Обнаружение
L. casei SY13 в кишечном тракте

ПЦР в реальном времени (ОТ-ПЦР) проводили через 1, 3, 5 и 7 дней после введения через зонд L.корпус SY13. Подсчитывали количество бактериальных клеток в слепой кишке и определяли время удержания бактерий в кишечном тракте при кратковременном и длительном лечении. Метод зонда TaqMan-MGB (FAM-CTCAAAAATGGATCTTG-MGB) с ОТ-ПЦР использовали для оценки способности колонизации L. casei SY13 в соответствии с предыдущим отчетом Jia et al. [19]. Вкратце, эксперименты RT-PCR (20 μ L) содержали 1 μ L 06232F (TCAACCGTGactGGCAAGT, 10 μ ML / L), 1 μ L 06232R (AGCGGCTTGTCGAACTGA, 10 μ моль / л) , 1  мк л 06232P (10  мк моль/л), 1  мк л матричной ДНК, 10  мк л исходной TaqMan R Universal PCR Master Mix и 6  8 мкл 9000 стерилизованной воды.Процедура ОТ-ПЦР включала 50-минутную стадию активации профермента, за которой следовала преденатурация при 95°C в течение 10 минут и 60 циклов денатурации при 95 °C в течение 15 с, а также отжиг и удлинение при 58 °C в течение 60 с. Детекцию флуоресценции проводили на стадиях отжига и удлинения на приборе ABI7500 (Thermo Fisher Company, Сингапур).

2.5. Амплификация рДНК 16S и высокопроизводительное секвенирование

Гипервариабельную область V3-V4 бактериальной рДНК 16S амплифицировали с праймерами 338F (5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′) и 806R (5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′).30 нг образца геномной ДНК добавляли к реакционной смеси 50  мк л, и продукты амплификации разделяли электрофорезом в 2% агарозном геле с использованием набора AxyPrep DNA Gel Extraction Kit (Tiangen). Протокол Illumina MiSeq (Allwegene Technology Co. Ltd., Пекин, Китай) был выполнен для анализа микробной структуры и разнообразия в каждой группе.

2.6. Анализ последовательности и контроль качества

Высокопроизводительное секвенирование проводили с использованием секвенатора Illumina MiSeq Sequencer (PE250).Во-первых, полученные данные FASTQ были отфильтрованы и обработаны для получения высококачественных последовательностей, а парные последовательности были объединены в единые последовательности на основе покрытия последовательностей с использованием программного обеспечения FLASH [20]. Информация об операционных таксономических единицах (OTU) для каждой группы была проанализирована и классифицирована на уровне сходства 97%. Индексы Chao1 и наблюдаемых видов использовались для оценки богатства и разнообразия кишечных микробных сообществ на уровне рода, QIIME v.1.8 использовалась для анализа данных, а программное обеспечение R использовалось для создания диаграмм Венна, гистограмм и тепловых карт и для выполнения анализа главных координат (PCoA).

2.7. Статистический анализ

Статистический анализ проводился с использованием программного обеспечения Prism и отображался как среднее ± стандартное отклонение (SD). Различия между двумя группами анализировали с помощью t -тестов Стьюдента и считали достоверными.

3. Результаты и обсуждение
3.1.
L. casei SY13 Время удерживания

После кратковременного перорального введения L. casei SY13 клетки сохранялись в кишечном тракте в течение <3 дней (рис. 1).Однако длительное лечение привело к тому, что клетки сохранялись в течение 7 дней, что указывает на то, что длительное пероральное введение L. casei SY13 увеличивало время удерживания этой бактерии. Примечательно, что L. casei SY13 не появлялись в контрольной группе на протяжении всего экспериментального периода.


Для того чтобы молочнокислые бактерии успешно колонизировали кишечный тракт молочнокислых бактерий, необходимо допускать желудочную кислоту и соли желчных кислот, а также должна иметь место бактериальная адгезия [21–23]. Следовательно, колонизирующая способность молочнокислых бактерий в кишечном тракте очень важна для оценки их функции.Чен и др. пришли к выводу, что на выбор Lactobacillus будет влиять способность толерантности желудочно-кишечного тракта и толерантность к солям желчных кислот [21]. В предыдущей работе мы использовали TaqMan-MGB RT-PCR, разработали праймеры и зонды для обнаружения L. casei в кишечном тракте мышей и протестировали специфичность зонда, а предыдущий отчет продемонстрировал осуществимость этого подхода. [24]. В настоящем исследовании мы проанализировали L. casei SY13 в слепой кишке мышей и обнаружили, что более длительный период введения через желудочный зонд увеличивает колонизацию кишечника.Это может способствовать длительной инвазии SY13 в кишечном тракте и свидетельствует о том, что кишечная микросреда способствует росту L. casei SY13. Увеличение периода введения через желудочный зонд увеличило время удержания SY13 в кишечном тракте с 3 дней до как минимум 7 дней. Однако SY13 не оставался постоянно в кишечном тракте, что согласуется с тем фактом, что LAB, как известно, влияет на колонизацию в кишечнике [25].

3.2. Бактериальное разнообразие микробиоты кишечника

Чтобы исследовать функциональную роль SY13 в определении богатства и разнообразия микробных сообществ кишечника, мы сначала проанализировали индекс альфа-разнообразия.Индексы Chao1 и наблюдаемых видов были значительно повышены () как в группах SSY13, так и в группах LSY13 по сравнению с контролем, особенно в группе LSY13 (рис. 2(a) и 2(b)), что указывает на то, что L. casei SY13 могут увеличить бактериальное богатство и разнообразие микробиоты кишечника. Подтверждающие результаты были показаны Gao et al. что длительное введение пробиотиков через зонд может изменить микробиоту кишечника [26]. Более того, Чжан и соавт. доказали, что введение Lactobacillus может изменить разнообразие и состав кишечной микробиоты у поросят-отъемышей [27].С другой стороны, некоторые исследователи изучали способность пробиотических штаммов модулировать микробиоту кишечника у уток-мулов и обнаружили, что лечение пробиотиками не влияло на микробное богатство и разнообразие кишечника как в образцах подвздошной, так и слепой кишки вначале, но в конце перекармливания. период, как разнообразие, так и богатство были уменьшены после обработки пробиотиками [28]. Однако в настоящем исследовании добавление L. casei SY13 улучшало оба параметра в обе временные точки. Влияние пробиотиков на богатство и разнообразие кишечной микробиоты у мышей и уток-мулов различалось, предположительно, из-за различий в режиме питания и методах лечения пробиотиками.Предыдущие отчеты показали, что увеличение видового богатства и разнообразия может помочь предотвратить хронические заболевания, такие как астма, ожирение и воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) [29–31]. В настоящем исследовании оказалось, что SY13 увеличивает эти параметры и, следовательно, может облегчать заболевания, вызванные уменьшением микробного разнообразия.

Диаграмма Венна была построена для анализа сходства и характеристик OTU в разных выборках [21]. Мы выбрали образцы OTU, имеющие 97% сходства, для статистического анализа эффектов кратковременного и длительного введения SY13 на кишечные микробы, используя разные цвета для каждой группы (рис. 3).Было 484 общих OTU среди групп PBS (контроль), SSY13 и LSY13, с 10, 20 и 36 специфическими OTU и 534, 626 и 634 общими OTU соответственно. Эти результаты показывают, что введение L. casei SY13 повышало разнообразие микробиоты кишечника, что согласуется с результатами индекса альфа-разнообразия, описанными выше (рис. 2).


Согласно приведенным выше результатам, добавление L. casei SY13, по-видимому, увеличивает как разнообразие, так и богатство кишечной микробиоты.Однако длительное лечение вызывало меньший прирост, что свидетельствует об адаптивных реакциях кишечной флоры на L. casei SY13.

3.3. Видовой состав и структура сообщества кишечной микробиоты

Для изучения влияния кратковременного и длительного перорального введения L. casei SY13 на структуру сообщества кишечной микробиоты у мышей мы проверили относительную численность бактерий в каждом лечебная группа. Как показано на рисунке 4, существует 8 различных типов бактерий (а) и 44 различных рода (б).На уровне типа Firmicutes были наиболее распространены во всех группах, за ними следовали Bacteroidetes . Примечательно, что кратковременное добавление SY13 увеличило численность доминирующих Firmicutes по сравнению с контрольной группой и группой LSY13 (средняя численность = 81,95%, 82,35% и 81,57% для PBS, SSY13 и LSY13 соответственно). Этим можно объяснить значительное увеличение численности рода Ruminococceae в группе SSY13 и уменьшение численности этого рода в группе LSY13.Между тем, SY13 ингибировал тип Bacteroides по сравнению с необработанной группой (15,76%), а кратковременное добавление SY13 обладало большей ингибирующей активностью (15,0%), чем длительное лечение (15,13%). Предыдущие отчеты показали, что Bacteroides может способствовать накоплению жира, что может быть связано с ингибированием индуцированных голоданием адипоцитокинов (FIACS), а повышение FIACS может ингибировать активность липопротеинлипазы (LPL), что может уменьшить накопление жира и способствовать потребление жира [32].Наши результаты показывают, что краткосрочное лечение SY13 может использоваться для управления Bacteroides в микробиоте кишечника.

Для изучения сходства и различий видового состава в разных выборках была построена тепловая карта. Кишечная микробиота в каждой группе показана на уровне рода на рисунке 5 на основе 20 основных родов бактерий. Численность родов Bilophila , Oscillibacter и Ruminococcaceae значительно увеличивалась с увеличением продолжительности лечения SY13 по сравнению с контролем.Кластерный анализ классифицировал виды и образцы на три и две категории, соответственно, с краткосрочным и долгосрочным добавлением SY13, сгруппированных вместе, что согласуется с результатами микробного разнообразия кишечника, что дополнительно указывает на адаптацию кишечных микробов к SY13.


3.4. Сравнительный анализ образцов

Для оценки сходства и различий в составе сообщества различных образцов было исследовано бета-разнообразие с использованием PCoA. Как показано на рисунке 6, три группы были разделены на три разных региона на основе ПК1 и ПК2, что указывает на различия в составе микробиоты кишечника в этих группах.Группа LSY13 четко отличалась от других групп. Результаты показывают, что длительный пероральный прием SY13 может резко изменить микробиоту кишечника по сравнению с однократным пероральным приемом, что было аналогично результатам времени удержания для SY13. Кроме того, SY13 является типичным LAB, который может продуцировать молочную кислоту, бактериоцины и другие биологически активные соединения, влияющие на состав микробного сообщества кишечника, а длительный пероральный прием SY13 способствует накоплению этих метаболитов в кишечном тракте.


4. Заключение

В этом исследовании мы показали, что краткосрочная и долгосрочная инокуляция L. Casei sy13 может изменить разнообразие и структуру сообщества кишечной флоры у мышей. Длительный пероральный прием L. Casei sy13 может повысить способность к колонизации в кишечном тракте: однако однократный пероральный прием sy13 оказал большее влияние на структуру кишечной микробиоты на уровне типов и родов, чем длительное лечение. Это может способствовать адаптации микробиоты кишечника к окружающей среде.Эти результаты могут иметь значение для улучшения микробиоты кишечника и предотвращения заболеваний желудочно-кишечного тракта, а также дать стратегию стабильной колонизации молочнокислыми бактериями кишечного тракта хозяина.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.