CC BY
292
я
ПАРАДИГМА ДИСБИОЗА В СОВРЕМЕННОЙ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИИ.
РОЛЬ МИКРОБИОТЫ В ЛЕЧЕНИИ И ПРОФИЛАКТИКЕ ЗАБОЛЕВАНИЙ В XXI ВЕКЕ
Е. И. Ткаченко
PARADIGM OF DYSBIOSIS IN THE MODERN GASTROENTEROLOGY. THE ROLE OF MICROBIOTA IN THE TREATMENT AND PREVENTION OF DISEASES IN THE XXI CENTURY
Tkachenko E. I.
Северо-Западный государственный медицинский университет имени И. И. Мечникова, Санкт-Петербург, Россия
Ткаченко
Евгений Иванович Tkachenko Evgenii Ivanovich
тел.: +7 (812) 543-95-38, e-mail: [email protected]
Ткаченко Евгений Иванович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой пропедевтики внутренних болезней СЗГМУ им. И. И. Мечникова
Tkachenko Evgenii Ivanovich — doctor of medicine, professor, head of the department of propedeutics of internal diseases in North-West State Medical University named after I. I. Mechnikov
Резюме
Эндогенный микробиоценоз (микробиота) является одним из решающих факторов здоровья. Предлагается новое учение и разработаны 11 принципов структурно-функциональной организации микробиоты. Дисбиоз — закономерное следствие или причина заболеваний внутренних органов.
Ключевые слова: микробиота кишечника, здоровье, болезни.
Summary
Endogenic microflora (microbiota) is one of the determinative factors of the human health. In the article new doctrine is proposed and 11 principles of microbiota's structural and functional organization are developed.
Keywords: gut microbiota, health, diseases.
Последние десятилетия вопросы взаимоотношений человеческой популяции с окружающим материальным миром (системой Земля) в связи с активным формированием ноосферы — сферы человеческого разума — переходят из области философии в область биологии и медицины [1]. Неразумные последствия разумной деятельности человека в результате антропогенных воздействий на природу превысили пределы её собственной устойчивости. Произошло изменений климата, биоразнообразия флоры и фауны, потребление более половины всей пресной воды на планете, истощение и загрязнение почв, морских и речных акваторий, воздуха и т. п. Идёт активное формирование искусственной среды обитания человека с различными техногенными воздействиями. К нарушению гомеостаза организма человека привели неблагоприятные воздействия первичных внешних факторов регуляции
(вода, почва, воздух, климат) и внутренних факторов (эндоэкология, система регуляции симбиоза, оксидантно-антиоксидантная система) [2]. Это закономерно вызывает изменения вторичного уровня регуляции, связанного с нервной, гормональной, иммунной системами.
Указанные факторы в процессе ноосферогенеза приводят к формированию заболевания по трём принципиальным направлениям, связанным с нарушениями нервной системы, инфекциями и различными нарушениями метаболизма (рис. 1).
Причем глобальные изменения системы Земля и последствия её воздействий на человека невозможно представить в виде простых причинно-следственных отношений между собой на различных уровнях и в различных масштабах. Всё это привело к пониманию разработки необходимости новой системы наук о глобальной этике и стратегии взаимодействий
Парадигма дисбиоза в современной гастроэнтерологии... | Paradigm of Dysbiosis in the modern gastroenterology.
Рис. 1.
Этапы формирования болезней человека в процессе эволюции биосферы в ноосферу.
Человек — решающая геологическая сила Антропогенные воздействия на природу и их последствия (истощение, загрязнение биосферы)
человека и природы, в частности многомерной биологии (табл. 1).
Стало очевидным, что человек должен существовать в гармонии с окружающей природой и эндогенным микробиоценозом как части этой природы, поскольку установлено, что гнотобионты (безмикробные млекопитающие) нежизнеспособны. Нам сформулированы шесть правил этого взаимодействия в аспекте формирования заболеваний человека, основанных на восьми принципах взаимодействий
человека и природы в процессе ноосфорогенеза (табл. 2, 3).
Особая роль в этом взаимодействии принадлежит микробиоте. Полученные учеными различных специальностей данные о локальных и системных эффектах микробиоты, ее трофических путях, взаимоотношениях внутри микробного сообщества и с организмом человека, позволили рассматривать микробиоту как систему (по мнению некоторых — отдельный орган) соучастную в поддержании
идентификация генов и определение предрасположенности и метаболического профиля болезней
Геномика (ДНК)
идентификация и количественное определение всех индивидуальных белков различных тканей и клеток
Протеомика
идентификация матричных РНК, кодирующих белки, определение каждой индивидуальной м-РНК и закономерностей экспрессии генов, кодирующих белки; определение транскрипционного профиля болезней
Транскриптомика (РНК)
идентификация всех не кодирующих РНК, определение количества каждой индивидуальной нк-РНК, закономерностей экспрессии всех нк-РНК, регуляция экспрессии генов на уровне трансляции
РНомика
идентификация и определение количества всех синтезируемых метаболитов; определение направленности изменения метаболизма
Метаболомика
Биоинформатика
Цепь событий
использование математической и вычислительной техники для анализа биологических процессов на клеточном и молекулярном уровнях гены — ДНК — РНК — белки-метаболиты — биохимические и физиологические процессы — болезни — диагностика — индивидуальное лечение и профилактика
Таблица 1.
Многомерная биология (high dimensional biology) как основа медицины XXI века
1
3
Гармоничные отношения человека с окружающим миром и эндоэкологией -социального благополучия и здоровья.
решающее условие его
2 Человеческий организм + микробиота — есть надорганизм.
Большинство структурно-функциональных изменений — болезней внутренних органов следствие нарушения взаимоотношений организма человека и его микробиоты.
4 Микроорганизмы, сосуществующие по принципам мутуализма или комменсализма, 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.
Таблица 2.
Люди и микроорганизмы. Шесть правил биологической этики взаимоотношений в аспекте формирования заболеваний человека
Таблица 3.
Основы взаимодействия человека и природы в процессе ноосферогенеза
Создание ноосферы — сферы разума — цель мирового движения.
Таблица 4.
Локальные и системные функции микробиоты (Бабин В. Н., Минушкин О. Н., Дубинин А. В. и др. 1998 г.)
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.
В основу формируемого учения о биологической культуре, определяющей корректное поведение че-
4 ловека в ноосфере, необходимо положить идею гармонии человека с окружающим макро- и микромиром.
Экологизация всей жизнедеятельности человека имеет глобальный характер, что требует глобально-
5 сти сознания власти, создания мирового 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.
здоровья и развитии различных заболеваний [4]. Имеющиеся многочисленные экспериментальные и клинические данные позволяют сформулировать систему взглядов и теоретических положений как основу нового учения: клинический микробиотоло-гии. Уже сейчас она позволяет пересмотреть этиологию и патогенез ряда терапевтических заболеваний, принципы антибактерильной терапии и профилактики многих заболеваний, принципы ортобиоза, диетологии различных возрастных групп. Есть основание считать, что поддержание микроэкологического статуса одно из решающих условий здоровья всего организма. Получены данные о штаммовой и нозологической специфичности микробиоты для каждого индивидуума, участии всего микробного сообщества в инфекционных процессах, нарушении «чувства кворума» (социального поведения) микробиоты при патологии, условности деления микроорганизмов на патогенные и непатогенные. Активно изучается социальное поведение микроорганизмов, которое некоторые авторы [3] сравнивают с социальным поведением высших млекопитающих, а также ре-гуляторные и метаболические связи человека и его микробиоты (табл. 4).
По расчетным данным в организме человека возможно существование до 7000 видов бактерий, преимущественно анаэробов (более 99%) и свыше 1200
видов вирусов, Доминирующий континуум представлен тремя энтеротипами: Bacteroides, Prevotella и Ruminococcus [2].
Микробиота человека сконцентрирована на две трети в толстой кишке, где она существует в виде планктонной (просветной) и пленочной форм, архитектура и система отношений которых сейчас интенсивно изучаются. Есть основание считать, что человек — это сложный биологический суперорганизм, включающий геном хозяина и его микробиоты, геном которой, как и количество клеток, примерно, на три порядка больше, чем у человека. При этом метаболический фенотип человека как биологического суперорганизма зависит от метаболизма микробиоты, состав которой с возрастом изменяется.
Эти процессы сейчас интенсивно изучают ну-трициология, фармакогеномика, протеомика, мета-боломика, микробиология, многомерная биология, а в последнее время диетология и терапия. Считается, что продукты, так называемого, функционального питания, содержащие про- и пребиотики, в цивилизованных странах через 10 - 20 лет составят около трети рациона населения.
Установлено, что сообщества микроорганизмов предпочитают существовать в виде прикрепленных к стенке органов биопленок, сбалансированных по видовому составу и функциональному
1 Трофические и энергетические функции — тепловое обеспечение
2 Энергообеспечение организма
3 Регулирование перистальтики кишечника
4 Участие в регуляции дифференцировки и регенерации тканей
5 Поддержание ионного гомеостаза организма
6 Детоксикация и выведение ядовитых соединений, разрушение мутагенов, активация лекарствен-
ных соединений
7 Образование сигнальных молекул, в т. ч. нейротрансмиттеров
8 Стимуляция иммунной системы
9 Стимуляция местного иммунитета
10 Обеспечение цитопротекции
11 Повышение резистентности эпителиальных клеток к мутагенам
12 Ингибирование роста патогенов
13 Ингибирование адгезии патогенов к эпителию
14 Перехват и выделение вирусов
15 Поддержание гомеостаза приэпителиальной зоны
16 Поставка субстратов глюконеогенеза, липогенеза
17 Участие в метаболизме белков, в регуляции желчных кислот, стероидов
18 Хранилище микробных плазмидных и хромосомных генов
19 Регуляция газового состава полостей
20 Синтез и поставка организму витаминов В, пантотеновой кислоты и др.
1
Парадигма дисбиоза в современной гастроэнтерологии. | Paradigm of Dysbiosis in the modern gastroenterology.
распределению. Эти консорциумы, по данным мо-лекулярно-генетических исследований, имеют устойчивую, генетически связанную внутри сообщества структуру, специфическую для каждого индивидуума. Она включает муцин — пептидогликан бокаловидных клеток эпителия кишечника, сходный с по-лисахаридной защитной капсулой этих микробов. Исследования показали, что в биопленках, по сравнению с чистыми культурами микроорганизмов, их поведение отличается. Консорциум микроорганизмов организует единую генетическую систему, определяющую его изначальное поведение, а также регуля-торные, энергетические, метаболические, трофические связи между собой и организмом хозяина. Это стабильная система, трудно поддающаяся влиянию извне, в частности, пробиотических микроорганизмов, которые являются чужеродными и отторгаются, т. к. не имеют «пароля» для входа в биопленку. Вместе с этим, вопросы взаимодействия микроорганизмов в биопленке и в просвете кишечника, влияние на них пробиотиков, метаболитов, необходимых для их роста и развития, пробиотиков-продуцентов раз-
здоровья, а исходя из установленных свойств микро-биоты, можно считать, что дисбиоз — закономерное следствие, в ряде случаев — причина, любой патологии. Подтверждением справедливости этого утверждения является анализ изменения структуры заболеваемости за истекшее столетие: от инфекционной патологии к, так называемой, терапевтической, всплеск которой совпал с началом эры антибиотиков, изменившей микробиоту, ее регуляторные влияния, и, как следствие, структуру и функции различных органов. Это позволило сформулировать нам представление о так называемых «терапевтических инфекциях»: слабовирулентной и слабопатогенной микрофлоре, сосуществующей с организмом хозяина на принципах комменсализма или мутуализма, но при наличии дополнительных факторов риска способной приводить к различным терапевтическим заболеваниям (табл. 5).
Таким образом, патологию внутренних органов мы рассматриваем как следствие нарушений кооперативного взаимодействия микробиоты, транзитор-ной микрофлоры и организма хозяина.
1 Терапевтические инфекции обладают слабой вирулентностью и патогенностью и для формирования патологии требуют участия других факторов — «ФАКТОРОВ РИСКА»
2 Нормальный биоценоз организма — одно из решающих условий здоровья
Активация эндогенной микрофлоры, ранее сосуществовавшей в организме по принципу мутуализ-
3 ма или комменсализма — завершающий этап снижения иммунобиологической защиты и формирования заболеваний.
Формируемая патология внутренних органов детерминирована иммунобиологическими свойствами
4 активированной микрофлоры («терапевтические инфекции») и морфофункциональными особенностями органа
личных метаболитов и антибактериальных веществ (энтероцинов), изменяющих «чувство кворума», сейчас находятся в центре внимания многих исследователей. Стало очевидным, что поддержание микроэкологического статуса организма человека (надорганизма) — одно из решающих условий
Таблица 5.
Постулаты теории патологии внутренних органов, связанной с терапевтическими инфекциями
Нами разработаны одиннадцать принципов структурно-функциональной организации микробиоты, которые представлены в таблице 6.
С позиций многомерной биологии последовательность событий при формировании заболеваний можно представить следующим образом: гены (человека
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.
Микробиота распределена в виде микробных сообществ локусов и существует в виде планктона и биопленок, прикрепленных к стенке органа в пристеночном слое муцина.
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.
«Парацитология биопленки» — структуры, похожей на орган, обеспечивает стабильное функционирование всего организма и его здоровья, участие в патогенезе и саногенезе различных заболеваний. Метаболические и регуляторные взаимосвязи хозяина и микробиоты (синергизм, мутуализм, комменсализм, синтрофия, паразитизм, конкуренция) — единое целое.
Микробиота человека наследственно обусловлена, генетически детерминирована, индивидуальна, специфична.
Микроорганизмы биопленок и пробиотиков биологически несовместимы, но пробиотики влияют на «социальное поведение» микробиоты (конкуренция за рецепторы, метаболиты, выделение энте-роцинов, снижение pH и др.)
8 Микробиота — первичный защитный барьер организма.
Инфекционные процессы полимикробны, протекают с участием представителей микробиоты и механизма транслокации микроорганизмов.
9
Метаболиты микроорганизмов — фактор здоровья и долголетия (плазмалоген из мембраны анаэробов как регулятор обмена холестерина, липидов, окисления ПЖК, витамины и др.).
10
11
Принципы лечения заболеваний:
• коррекция микробиоты (про-, пре-, сим-, син-, метабиотики);
• применение агонистов (антагонистов) рецепторов;
• коррекция метаболического профиля заболевания
Таблица 6.
11 принципов структурно-функциональной организации эндогенного микробиоценоза (микробиоты) человека
1
2
3
4
5
6
7
и его микробиоты) — ДНК — РНК — белки-метаболиты — биохимические и физиологические процессы — болезни — индивидуальное лечение — профилактика.
Подытоживая вышеизложенное, можно полагать, что выделение клинической микробиотологии как отдельного учения, позволит избежать пагубного
антропоцентризма в представлении о природе человека, уточнить роль микробиты в поддержании структуры и функции его органов, в этиологии и патогенезе различных инфекционных и неинфекционных заболеваний, разработать новые принципы лечения и профилактики заболеваний, уточнить роль микробиоты в обеспечении активного долголетия.
Литература
1. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М.: «Айрис-Пресс», 2003. — 572 с.
2. Дисбиоз кишечника. Руководство по диагностике и лечению / Под ред. проф. Е. И. Ткаченко, проф. А. Н. Суворова. — СПб.: СпецЛит, 2007. — 238 с.
3. Олескин А. В. Нейрохимия, симбиотическая микрофлора и питание (биополитический подход) // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга. — 2009. — № 1. — С. 8 - 16.
4. Шендеров Б. А. Функциональное питание и его роль в профилактике метаболического синдрома. М.: «ДеЛи принт», 2008. — 318 с.
