Микробиом человека

Все млекопитающие населены микроорганизмами, необходимых для нормальной формы и функционирования хозяина. С точки зрения клеточного состава, генетического разнообразия и метаболической способности хозяин следует рассматривать как многовидовой гибридный организм, состоящий из хозяйских и микробных клеток, действующих в динамическом и симбиотическом равновесии. Консорциум бактерий, архей, грибов, простейших, вирусов и их коллективный геном, обнаруженный в организме и внутри него, составляет микробиом. Микробиом вносит жизненно важный вклад в энергетический гомеостаз, метаболизм, здоровье эпителия кишечника, иммунологическую активность. и нейроразвитие. Микробиом динамичен и подвержен важным изменениям в течение жизни хозяина в ответ на множество факторов, включая диету, окружающую среду, медицинские вмешательства и болезненные состояния.

Микробиомика - это новая область исследований, направленная на идентификацию компонентов микробиома, анализ микробного генома, характеристику взаимодействий между микробиомом и хозяином и определение его влияния на патобиологию заболевания.

Появление технологий высокопроизводительного секвенирования ДНК в сочетании с достижениями в биоинформатике произвело революцию в области микробиомики. Обычно эти методы включают амплификацию и секвенирование целевых участков микробной ДНК с последующим статистическим анализом микробной идентичности и разнообразия на основе сходства последовательностей и сравнений с эталонными базами данных генома микробов. Для бактерий эти методы нацелены на ген рибосомы 16S (рДНК 16S), консервативную область бактериального гена с гипервариабельными последовательностями, которые различаются между видами. Совсем недавно исследователи применили полногеномное секвенирование, позволяющее проводить таксономический анализ, изучать ареал микробных генов и идентифицировать небактериальные микробы, которые исключены из секвенирования 16S рДНК. Различия в методах обработки образцов, технологиях секвенирования и статистических методах усложняют любое прямое сравнение между различными исследованиями секвенирования. Однако эти методы вытеснили подходы, основанные на культуре, позволив анализировать все более сложные характеристики микробиома. Большинство исследований микробиома желудочно-кишечного тракта млекопитающих сосредоточен на микробиоме фекалий, хотя неясно, насколько хорошо образцы фекалий отражают микробиомы различных областей кишечника. Одно исследование на людях продемонстрировало сильную положительную связь между фекальными и связанными со слизистой оболочкой микробными сообществами для некоторых родов (например, Bifidobacteria spp. ), В то время как другие исследования выявили соответствующие различия между микробными популяциями в образцах фекалий и биоптатов слизистой оболочки.

На сегодняшний день существует ограниченное количество всесторонних обзоров кишечного микробиома, которые объединяют последние разработки исследований на людях с существующей литературой относительно важности кишечного микробиома у собак и кошек. Примечательно, что в существующих обзорах отсутствует обсуждение получения неонатального микробиома и его влияния на здоровье и развитие хозяина.

Стафилококки как преобладающий род.

Исследования предполагают, что приобретение у новорожденных кишечного микробиома зависит от организмов, встречающихся в первые часы и дни жизни от матери и окружающей среды. Эти ранние колонизаторы обогащены генами, управляющими метаболизмом сахаров, содержащихся в молоке, а также генами, участвующими в синтезе фолиевой кислоты de novo, представляющих важнейшие метаболические функции в развивающемся кишечнике хозяина. Пилотное исследование детей, рожденных с помощью кесарева сечения, подвергались воздействию влагалищных жидкостей матери при рождении показывают, что микробиомы кишечника, полости рта и кожи у этих младенцев были обогащены бактериальными сообществами, которые напоминали родившихся через естественные родовые пути младенцев. Эти и другие исследования у людей, показывают, что ранние стадии колонизации характеризуются глубокими межличностными и временными вариациями и ограниченным таксономическим разнообразием внутри индивидуума в составе кишечного микробиома.

В третьем триместре беременности микробиом кишечника человека претерпевает глубокие изменения, приводящие к уменьшению композиционного разнообразия с соответствующими системными воспалительными и метаболическими последствиями, напоминающими метаболический синдром [19]. Интересно, что новорожденные не склонны унаследовать эти микробные сигналы. Вместо этого микробиом кишечника новорожденного больше напоминает микробиом его матери в первом триместре. Это является доказательством наличия избирательной среды в кишечнике новорожденного, позволяющей колонизацию одними организмами и подавляя другие. У мышей и людей формирование микробно-слизистой симбиотической единицы регулируется сложными взаимодействиями между бактериальными и иммунологическими сигнальными путями хозяина, которые приводят к иммунологической толерантности и колонизации ниш. Одно исследование на младенцах-людях показало, что способ рождения, антибиотики и диета повлияли на скорость микробной колонизации, но не на характер созревания. Эти исследования предоставляют доказательства того, что микробная колонизация кишечника новорожденного изначально зависит от источника и качества послеродового периода. инокулят от родителя, но затем следует процесс созревания, управляемый сложными взаимными взаимодействиями между хозяином и микробиомом.

После того, как микробиом кишечника сформирован, разворачивается упорядоченная программа развития, в ходе которой его состав и функциональные возможности сходятся к зрелой конфигурации. Этот процесс перемежается сдвигами, которые коррелируют с событиями и обстоятельствами в в раннем детстве, особенно употребление твердой пищи во время отлучения от груди. Эти факторы влияют на переход, в результате которого микробиом кишечника развивает способность поглощать энергию из сложных углеводов, метаболизировать ксенобиотики и участвовать в биосинтезе витаминов. (кобаламин, биотин, тиамин и другие).

Особенности зрелого микробиома.

Интересно, что бактериальные сообщества, участвующие в метаболизме полисахаридов растений, могли присутствовать до введения твердой пищи, готовя кишечник младенца к питательным веществам растительного происхождения. Это открытие подчеркивает влияние микробиом на траектории развития хозяина. Конечное состояние этого процесса характеризуется высоким уровнем межличностных различий и зависит от диеты, географии и культуры. Однако последовательность развития микробиома в направлении увеличения композиционного и функционального разнообразия и сложности сохраняется в зависимости от диеты и географии.

Помимо роли микробиома в адаптации к сложным питательным веществам, он также участвует во множестве других важных процессов развития. Недавние исследования на лабораторных животных указывают на окно, в котором микробиом кишечника управляет развитием иммунной системы, эпителия кишечника и мозга, среди других систем организма. В то время как композиционные и функциональные изменения в микробиоме кишечника связаны с нормальным развитием вехи, негативные события для здоровья в детстве также имеют важное влияние на микробиом кишечника. Состояние здоровья матери и качество молока, прием антибиотиков, преждевременные роды и неправильное питание связаны с аномальными паттернами развития кишечного микробиома. Недоедание, например, связано с глубоким дисбиозом, приводящим к стойкому кишечнику. микробная незрелость, которая не поддается лечению питанием. Кроме того, астма, атопия, детское ожирение и расстройство аутистического спектра были связаны с использованием антибиотиков у людей в детском возрасте. В одном исследовании антибиотики назначались раньше. 6-месячный возраст ассоциировался с развитием астмы у детей, у которых в семейном анамнезе не было астмы. Несмотря на доказательства того, что аномальное развитие кишечного микробиома имеет долгосрочные последствия для здоровья хозяина, причинный вклад этих аномалий в заболевание состояния еще предстоит выяснить.