CC BY
58
Л S
й-5 О <1
m ш о
ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЯ В ПРЕДИКТИВНО-ПРЕВЕНТИВНО-ПЕРСОНИФИЦИРОВАННОЙ МЕДИЦИНЕ
Ткаченко Е. И.
Северо-Западный государственный медицинский университет им И. И. Мечникова, Россия, г. Санкт-Петербург
Ткаченко Евгений Иванович
e-mail: tkachenkoe@mail.ru
РЕЗЮМЕ
Использование в клинической практике последних достижений биологии, связанных с оценкой генома, метаболома, протеома, микробиома, позволяет оценить не только структуру и функцию органов, но и применить принципиально новые предикторы молекулярного уровня, осуществляющие возможность предиктивно — превентивно — персонифицированной медицины. Ключевые слова: гастроэнтерология, многомерная биология, микробиота.
SUMMARY
Use in clinical practice of the last achievements of biology, which are connected with a genome, metabolome, proteome, and microbiome allows to estimate not only the structure and function of bodies but also apply the essentially new predictors of molecular level, which carrying out of possibility of predictive — protective the personified medicine. Key words: gastroenterology, high dimensional biology, microbiota.
Достижения естественных наук последних десятилетий привели к пониманию необходимости пересмотра представлений о биологической сущности человека, его взаимоотношениях с окружающим материальным миром, формировании заболеваний, разработке новых подходов к их профилактике и лечению. Это связано с тем, что под влиянием антропогенных воздействий на систему Земля происходит активное формирование из биосферы ноосферы — сферы человеческого разума [1,2]. Различные, как положительные, так и отрицательные влияния человеческой популяции на природу, привели к изменению биологического этикета взаимодействия с ней и к возможности формирования в основном трех групп заболеваний. Во-первых, связанных с нервной системой неврозов, психозов, аддикций; во-вторых, метаболических, аллергических и опухолевых заболеваний и, в-третьих, различных, в том числе новых, инфекций и дисбиозов. (Рис 1).
Стало очевидным, что человека следует рассматривать как сложный суперорганизм, где организм хозяина + эндогенный микробиоценоз (микробиота) осуществляет двойной контроль и регуляцию метаболического фенотипа (изменение в экспрессии генов, транскриптационном профиле генотипа, РНК,
метаболома и последующей регуляции структуры и функции органов [3]). Установлено, что гнотоби-онты (безмикронные млекопитающие) нежизнеспособны. Исходя из этого, мы вывели шесть правил биологической этики взаимоотношений человека и микроорганизмов в аспекте формирования заболеваний человека (Рис 2). Они базируются на восьми общих принципах этого взаимодействия [4]:
1. Создание ноосферы — сферы разума — цель мирового движения.
2. Биосфера и ноосфера — саморегулирующаяся система при корректном поведении человека. Человек стал решающей биологической силой и изменил лик природы.
3. Пагубный антропоцентризм ведет к глобальной экологической, духовной и информационной катастрофе.
4. В основу формируемого учения о биологической культуре, определяющей корректное поведение человека в ноосфере, необходимо положить идею гармонии человека с окружающим макро- и микромиром.
5. Экологизация всей жизнедеятельности человека имеет глобальный характер, что требует глобальности сознания власти, создания мирового
m
1-Л
Человек - решающая геологическая сила Антропогенные воздействия на природу и их последствия (истощение, загрязнение биосферы)
*
Глубокие нарушения эволюционно сложившихся симбиотических микробиоценозов и человека
Нарушение баланса базовых систем регуляции и истощение механизмов адаптации
Метаболический дисбаланс (увеличение массы тела, ОЦК, АД, дислипопротеидемия, избыток активных форм кислорода и др.)
Аддикции , неврозы, психозы Болезни нарушения обмена (метаболический синдром, Инфекции , дисбиоз
ИБС, СД 2, ХСН, ГБ и др)
Рис 1. Этапы формирования болезней человека в процессе эволюции биосферы в ноосферу
1. Гармоничные отношения человека с окружающим миром и эндоэкологией — решающее условие его социального благополучия и здоровья.
2. Человеческий организм + микробиота — есть надорганизм.
3. Большинство структурно-функциональных изменений — болезней внутренних органов — есть следствие нарушения взаимоотношений организма и его микробиоты.
4. Микроорганизмы, сосуществующие с человеком по принципам комменсализма, или мутуализма для формирования заболеваний внутренних органов требуют дополнительных факторов риска.
5. Для лечения и профилактики заболеваний внутренних органов необходимы про (пре) биотики.
6. Применение пробиотиков для лечения хронических инфекций вместо антибиотиков — перспективный путь терапии.
Рис 2. Люди и микроорганизмы. Шесть правил биологической этики взаимоотношений человека и микроорганизмов в аспекте формирования заболеваний человека.
правительства для формирования жизнепригодной среды обитания.
6. Биологическая эволюция требует роста научных знаний — основного богатства ноосферного человека.
7. Человечество нуждается в великих идеях для обеспечения перехода от биосферы к ноосфере.
8. Россия — страна пророков.
Изучение микробиоты человека в норме и патологии установило, что это несколько килограммов эукариотических, прокариотических клеток, архибактерий, вирусов (преимущественно анаэробов), количество генов которых, примерно, на два порядка больше, чем 25000 генов человека. Поскольку микробиота соучастна в регуляции всех основных функций надорганизма, то качественные и количественные ее изменения (дисбиоз), выходящие за пределы компенсаторных возможностей, приводят к развитию различных, не только инфекционных, заболеваний. Установлено, что многие заболевания человека — следствие не только мутаций в линейной структуре ДНК хромосом, а результат кооперативного взаимодействия окружающей среды, геномных и эпигеномных факторов. В отличие от мутационных, эпигенетические изменения обусловлены не изменением нуклеотидной последовательности ДНК, а ее модификацией в результате ДНК и гистонаце-тилирования, метиллирования, фосфорилирования и других воздействий с последующем эпигеномным репрограммированием и посттрансляционными модификациями. При этом эпигенетические модификации сохраняются обычно на протяжении ряда клеточных генераций и могут быть причиной заболеваний. Принципиальная обратимость эпигенетических изменений сейчас рассматривается как возможность разработки связанных с ними лечебно-профилактических мероприятий. Уже сейчас различные нарушения микробного гомеостаза, прежде всего связанного с кишечными симбиоти-ческими микроорганизмами, их многочисленные низкомолекулярные метаболиты при эпигеном-ном репрограммировании и посттрансляционных модификациях рассматривается как важнейшие факторы формирования заболеваний [5]. Изучение эпигеномики микроорганизмов следует признать
перспективным научным направлением, а накопленные факты о микробиоте человека, на наш взгляд, требуют выделения нового учения — клинической микробиотологии, принципы структурно — функциональной организации которой представлены на Рис 3.
При этом следует указать на решающую роль микробиоты органов пищеварения, поскольку она составляет около 60% всего эндогенного микробиоценоза.
Внедрение в клиническую практику последних достижений биологии, связанных с оценкой генома, протеома, микробиома, позволяет оценить не только структуру и функцию органов и систем, на чем основана традиционная диагностика и лечение, но и использовать принципиально новые предикторы молекулярного уровня, открывающие новые лечебно — диагностические возможности (Рис 4).
Применение многомерной биологии с оценкой генома, метаболома, протеома, микробиома индивидуума позволяет перейти от существующей систему здравоохранения, ориентированной в первую очередь на лечение заболеваний, к системе здравоохранения, основанной на оценке индивидуальных особенностей организма, генетических индикаторов скрытой патологии, оценке микробиоты — основного фактора Н защиты, коррекции эпигенетических и метаболических изменений, молекулярной терапии. Это составляет сущность новой стратегии, так называемой предиктивно-превентивно-пер-сонифицированной медицины, которая изменяет и модель взаимоотношений «врач — пациент» на модель «врач — консультант — здоровый человек» [6]. При этом использование современной математики и вычислительной техники для создания индивидуального паспорта здоровья, основанного на оценке индивидуальных данных многомерной индивидуальной биометрии, позволяет сформировать и эффективную систему диспансеризации и таким образом коренным образом изменить в лучшую сторону всю систему здравоохранения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. — М.; изд. Айрис — Пресс,
2003.— 569 с.
2. Кондратьев К.Я., Крапивин В. Ф., Савиных В. П.— Перспективы развития цивилизации. Многомерный анализ. М,: Логос, 2003-573 с.
3. Уголев А.М. Теория адекватного питания и трофология СПб.,: Наука, 1991-271 с.
4. Ткаченко Е. И. Клиническая микробиотология с позиции многомерной биологии. Роль микробиоты в лечении и профилактике заболеваний в XXI веке.// Профилактическая и клиническая медицина.— 2011.— № 3 (40).— С.76-80.
5. Шендеров Б. А. Индигенная микробиота и эпигеномика человека.— Молекулярные основы клинической медицины. Материалы II Российского конгресса 18-20 мая 2012 г.— 2012.— с.86-88.
6. Бодрова Т., Golubnichaya O., Rox N. и др. Медицинская наука и практическое здравоохранение завтра; Возможности превентивно-профилактического направления.— Молекулярные основы клинической медицины. Материалы II Российского конгресса 18-20 мая 2012 г.— 2012.— с 34-33.
1-Л 1-Л
1. Человек с общебиологических позиций — надорганизм, включающий геном, метаболом и протеом микроорганизмов, взаимозависимый от генотипа, возраста, пола, диеты, внешних воздействий и осуществляющий двойной контроль внутренней среды.
2. Микробиота распределена в виде микробных сообществ локусов и существует в виде планктона и биопленок, прикрепленных к стенке органа в пристеночном сое муцина.
3. Микробы в биопленке сбалансированы по видовому составу и функциональному распределению. Их социальное поведение (quorum sensing), отличное от индивидуального, обусловлено единой генетической системой сообщества, определяющей их трофические, метаболические и регуляторные связи между собой и с организмом хозяина.
4. «Парацитология биопленки» — структуры, похожей на орган, обеспечивает стабильное функционирование всего организма и его здоровья, участие в патогенезе и саногенезе различных заболеваний.
5. Метаболические и регуляторные взаимосвязи хозяина и микробиоты (синергизм, мутуализм, комменсализм, синтрофия, паразитизм, конкуренция) — единое целое.
6. Микробиота человека наследственно обусловлена, генетически детерминирована, индивидуальна, специфична.
7. Микроорганизмы биопленок и пробиотиков биологически несовместимы, но пробиотики влияют на «социальное поведение» микробиоты (конкуренция за рецепторы, метаболиты, выделение энтероцинов, снижение рН и др).
8. Микробиота — первичный защитный барьер организма.
9. Инфекционные процессы полимикробны, протекают с участием представителей микробиоты и механизма транслокации микроорганизмов.
10. Метаболиты микроорганизмов — фактор здоровья и долголетия (плазмалоген из мембраны анаэробов как регулятор обмена холестерина, липидов окисления ПЖК, витамины и др.).
11. Принципы лечения заболеваний: 1.коррекция микробиоты (про-, пре-, сим-, син-, метабио-тики); 2.прменение агонистов (антагонистов) рецепторов; 3.коррекция метаболического профиля заболевания.
Рис 3. 11 принципов структурно-функциональной организации эндогенного микробиоценоза (микробиоты) человека.
Геномика (ДНК) Идентификация генов и определение предрасположенности и метаболического профиля болезней
Протеомика Идентификация и количественное определение всех индивидуальных белков различных тканей и клеток
Транскриптомика (РНК) Идентификация матричных РНК, кодирующих белки, определение каждой индивидуальной мРНК и закономерности экспрессии генов, кодирующих белки. Определение транскрипционного профиля болезней
Рномика Идентификация всех некодирующих РНК, определение количества каждой индивидуальной нкРНК, закономерности экспрессии всех нкРНК, регуляция экспрессии генов на уровне трансляции
Метаболомика Идентификация и определение количества всех синтезируемых метаболитов; определение направленности изменения метаболизма
Биоинформатика Использование математической и вычислительной техники для анализа биологических процессов на клеточном и молекулярном уровнях
Цепь диагностических и лечебных событий Гены — ДНК — РНК — белки-метаболиты — биохимические и физиологические процессы — болезни — диагностика — индивидуальное лечение и профилактика
■о
LO
Рис 4. Многомерная биология (high dimensional biology) как основа медицины XXI века.
