CC BY
138СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ В ОХРАНЕ ЗДОРОВЬЯ
Роль микрофлоры в жизнедеятельности человека
Абдугаффаров Сайидаброрбек Ойбек угли,
студент, кафедра клинической медицины, Дальневосточный федеральный университет E-mail: ayidabrorbek@mail.ru
Рахимжонов Содикжон Собиржон угли,
студент, кафедра клинической медицины, Дальневосточный федеральный университет E-mail: s.rahimjanov@mail.ru
Бобокулов Азимжон Улугбек угли,
студент, кафедра клинической медицины, Дальневосточный
федеральный университет
E-mail: bobokulov.azim.1998@mail.ru
Акромов Анвархон Равшанхон угли,
студент, кафедра клинической медицины, Дальневосточный федеральный университет E-mail: DoBon87@mail.ru
Микроорганизмы - наиболее древняя форма организации жизни на Земле, представляющая собой многочисленную и разнообразную группу. В процессе эволюции представители мира микробов, переходя на симбиотические взаимоотношения, адаптировались к существованию в организме человека. С современных позиций микрофлору человека следует рассматривать как совокупность множества микробных сообществ, занимающих многочисленные экологические ниши (биотопы) на коже и слизистых оболочках всех открытых внешних полостей макроорганизма. Изучение микрофлоры человека широко воспринимается как новая биомедицинская дисциплина. Недавние исследования указывают на связь между микрофлорой человека и хроническими заболеваниями, такие как диабет и ожирение. Понимание структуры микрофлоры человека и его функции важны для разработки терапии, особенно против иммунологических и метаболических хронических заболеваний. Нормальная микрофлора тела человека - это совокупность микроорганизмов, обитающих на различных участках тела у здоровых людей. Цель данной статьи - продемонстрировать роль микрофлоры человека в здоровье и болезни в различных анатомических участках и в развитии иммунитета новорожденных. В частности, статья освящает роль плацентарной микрофлоры на восприимчивость фетоплацентарной единицы и влияние раннего воздействия микрофлоры на развитие иммунитета у новорожденных. Кроме того, было изучено воздействие микрофлоры на здоровье и болезни кишечника, легких и кожи.
Ключевые слова: Микрофлора, Дисбактериоз, Беременность, легкие, кожа, Желудочно-кишечный тракт.
в и
Введение
Дисбактериоз относится к композиционным и функциональным изменениям микрофлоры, и это может привести к изменениям всех или только одной из следующих характеристик микрофлоры: стабильность микрофлоры, разнообразие микрофлоры и устойчивость микрофлоры [1].
Дисбактериоз может быть вызван факторами окружающей среды и хозяина. Тем не менее, изменчивость микрофлоры среди здоровых людей разного возраста, географических границ и пищевых привычек, ограничивает определение, что на самом деле составляет состояние дисбактери-оза. В связи с этим дисбактериоз определили как микробное состояние, которое не только статистически связано с заболеванием, но также функционально способствует диагностике этиологии, или лечения болезни [1].
Обзор литературы
Дисбиотическое состояние может относиться к одной из следующих категорий:
(а) Снижение симбионтов, которое является следствием либо сокращения, либо полной потери микрофлоры и может быть вызвана уничтожением микрофлоры или ослаблением ее пролиферации. Вследствие воспаления было выявлено потеря симбионтов Clostridium difficile и при восстановлении уменьшенной Clostridium scindens наблюдалось снижение воспалительного процесса [2].
(б) Дисбактериоз может также развиться в результате роста симбиотической микрофлоры, которая имеет потенциал вызвать патологию; такие симбионты были названы как патобионты. Исследования сообщают о существовании патобионты при низкой относительной численности, но растут, когда есть нарушение микробной экосистемы. Этот тип дисбактериоза наблюдается у Ecoli, налет которого обычно наблюдается при кишечном воспалении [3].
(с) Потеря видового разнообразия микрофлоры на участке, известное как участок уменьшения альфа-разнообразия, также составляет дисбак-териоз и этот тип изменения микрофлоры было связано с метаболическим состоянием организма [3]. Альфа-разнообразие кишечной микрофлоры увеличивается в течение первых лет жизни и яв-
ляется функцией диетического шаблона. Низкое кишечное бактериальное разнообразие было задокументировано при СПИДе, кишечной болезни и диабета типа 1 [3].
Микрофлора у беременных
Трофобласты играют важную роль в регуляции иммунной активности между матерью и плодом. Трофобласты могут стимулировать толерогенный фенотип, сенсибилизация и реакция на патоген-ассоциированные молекулярные структуры микроорганизмов, и что нарушает трофобластный иммунитет, который может вызвать осложнения беременности, включая преждевременные роды [4]. Бактериальные инфекции составляют более 40% случаев преждевременных родов. Результаты исследований указывают на то, что бактериальные инфекции на границе между матерью и плодом ослабляют способность трофобласта стимулировать и продвигать плод и, вместо этого, активируют экспрессию трофобласт - опосредованной воспалительной иммунной реакции с последующей гибелью плода. Несмотря на убедительные доказательства, связывающие бактериальные инфекции с осложнениями беременности, эффективность лечения антибиотиками не доказано [5]. Недавние исследования демонстрируют, что микрофлора плаценты играет решающую роль в успехе беременности. Было показано, что Escherichia coli и другие бактерии этого семейства встречаются в большом количестве в плацентарной микрофлоре. Воздействие на плод микрофлоры матери во время беременности может существенно повлиять на развитие послеродового иммунитета у новорожденного [6]. Действие микрофлоры матери на плод улучшает экспрессию ИФН в трофобластами. IFN в модулирует иммунную систему матери с повышенной материнско-плодовой толерантностью и восприимчивостью. IFN в принадлежат IFN типа 1, которые запускают запрограммированную гибель клеток в активированных Т-клет-ках, и увеличивают продукцию иммуносупрессивных молекул. Вирусы ингибируют IFN-пути типа 1 в тро-пофобласте. Следовательно, способность плацентарной микрофлоры вызывать иммуносупрессию IFN типа 1 трофобластами может быть ликвидирована вирусными инфекциями. Кроме того, вирусные инфекции ухудшают плацентальную микрофлору, которая обладает иммунологической толерантностью к провоспалительному состоянию [7].
Микрофлора новорожденных и развитие болезней
Микрофлора в раннем возрасте влияет на развитие аллергии в последующий период детства. Исследования показывают низкое разнообразие микро-флоы кишечника в течение первого месяца жизни ассоциируется с аллергической сенсибилизацией и астмой у детей в возрасте 6-7 лет [8]. Колонизация с Bifidobacterium breve связана со снижением риска атопического дерматита в первый год жизни,
но колонизация c Bifidobacterium catenulata связана с более высоким риском атопического дерматита. В исследовании, проведенном в США, у детей с более низким изобилием видов в Лактобацилле, Фе-калибактерии, родах Bifidobacterium и Akkermansia в возрасте 1 месяца вероятность астматического приступа выше в возрасте 4 лет по сравнению с более богатыми родами в микрофлоре [9].
Микрофлора кожи
Поверхность кожи представляет собой богатый ли-пидами и белками ороговевший слой, иногда с прерываниями инвагинации, где расположены фолликулы. Поверхность кожи и фолликулы как физически, так и химически различаются. Микрофлора кожи демонстрирует конкретные схемы распределения участков микроорганизмами. Cutibacterium и Стафилококки, в основном проживают в себообраз-ных областях, таких как лицо и туловище, а кори-небактерии, бета Протобактерии и Стафилококки доминируют на влажных поверхностях, таких как подмышки. Эта модель распределения микрофлоры указывает на то, что основные химические процессы кожи способствуют распространению микрофлоры. Процесс формирования микрофлоры кожи начинается при рождении, но микрофлора изменяется в значительной степени во время полового созревания, с повышенным преобладанием Cornebacterium и Cutibacterium и уменьшение изобилия Firmicutes [10].
Однако во взрослом возрасте микрофлора кожи остается стабильной с течением времени. Микрофлора кожи модулирует экспрессию различных врожденных факторов, таких как компоненты комплемента и антимикробных пептидов (АМР), которые в основном находятся в виде ка-телицидов. Cutibacterium стимулируют производство AMP в кератиноцитах и себоцитах. Микроорганизмы Corinebacterium составляют основной род микрофлоры кожи. Роды Corynebacterium и Mycobacterium имеют общие микробиологические особенности, такие как схожие поверхностные и клеточные структуры [11]. Пока еще не ясно, как иммунная система кожи проводит различие между бактериями с такими схожими характеристиками. Структурно клеточная стенка коринебакторий имеет липогликаны, которые являются лигандами для хозяина Toll-подобные рецепторы и лектины C-типа. Связывание лиган-дов и рецепторов вызывает провоспалительную или противовоспалительную реакцию в зависимости от иммунологического контекста, в котором воспринимается комплекс лиганд - рецептор [12]. В недавних исследованиях сообщается о взаимодействии микробов с микробами с целью воздействия на здоровье человека. В микрофлоре кожи Corynebacterium accolens инги-бирует рост Streptococcus pnuemoniae, общего патогена дыхательных путей. Это взаимодействие опосредовано коринебакторной липазой, которая гидролизует триолеин для высвобожде-
сз о
о Л о
о сз о в
в u
ния олеиновой кислоты, которая, в свою очередь, ингибирует пневмококковый рост [13]. Таким образом, иммунная защита от микрофлоры кожи выходит за рамки конкурентного отчуждения.
Микрофлора легких
Исторически считалось, что лёгкие - стерильный орган, однако в последнее десятилетие исследования продемонстрировали новое знание о том, что лёгкие не стерильны и содержат разнообразную микрофлору. Тем не менее, существует недостаток информаций о потенциальной роли микрофлоры легких в регуляции иммунного ответа и гомеостаза. Легкие постоянно подвергаются действию различных культур через ингаляцию или субклиническую аспирацию с момента рождения. Согласно исследованиям, легкие подвергаются воздействию до 7000 литров разнообразного микробного воздуха каждый день. Слизистая дыхательных путей обеспечивает постоянный уровень микробной иммиграции и устранение через легкие. Исследование продемонстрировало, что в результате использования метода секвенирования ампликонов гена 16S рРНК и высоко консервативного локуса в бактериальный геном, бактерии в здоровых дыхательных путях похожи, но отличаются от дыхательных путей у больных с астмой, у которых преимущественно были Proteobacteria. Основной бактериальной флорой в здоровых легких, о которой сообщили различные исследования, являются Bacteroidetes и Firmicutes [14]. В легких человека относительно низкая бактериальная биомасса. В зависимости от метода родо-разрешения в организм новорожденных попадает различная микрофлора матери.
Новорожденным, рождающимся через естественные родовые пути матери проникает влагалищная микрофлора матери, в которой доминируют Lactobacillus, Sneathia или Prevotella, в то время как те новорожденные, которые увидели свет путем операции кесарева сечения получают микрофлору, напоминающие материнские, состоящие из Corynebacterium, Cutibacterium и различных видов Staphylococcus. Вместе с тем исследования, проведенные по изучению динамических изменений, которые могут произойти с микрофлорой дыхательных путей в период беременности и в детском возрасте, недостаточны. Условия, которые воздействуют на распространение бактерий в легких, включают в себя: кислородное напряжение, локальный рН, структура эпителиальных клеток, кровоток и эффекторные воспалительные характеристики клеток. Другие хронические заболевания легких могут значительно изменить микробную флору за счет повышения объема микроаспирации, достигаемый с помощью кашля и удаления слизистой оболочки [15]. Например, было представлено исследование, в котором говорится, что увеличение изобилия Prevotella и Veillonella вызывает лимфоцит и нейтрофил опосредованное воспаление легких.
Хронические легочные заболевания характеризуются пересечением острых состояний, характеризующихся снижением легочной функции, которое и дает начало прогрессированию заболевания и даже может привести к летальному исходу, ситуация связана с дисбиозом легких. Например, наблюдается снижение бактероидов в легких при астматических статусах [16].
Кишечная микрофлора
Кишечник человека содержит около 1000 видов бактерий, дисбиоз кишечной микрофлоры был связан с многофакторными заболеваниями, с такими как: воспалительные заболевания кишечника, ожирение и диабет второго типа
Кишечная микрофлора здорового человека имеет преимущества, включая защиту от патогенов, и обеспечение питательными веществами. У новорожденных кишечник колонизирован микрофлорой, в зависимости от типа кормления и использовании антибиотиков. Ранние кишечные микробы включают энтеробактеры и энтерококки, а затем анаэробные бифидобактерии, клостридии, и виды бактероидов. В микрофлоре кишечника взрослого человека преобладающими бактериальными видами, о которых поступили сообщения, являются фирмикуты и бактероиды. Другие виды, присутствующие в малых количествах, включают Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria и Verrucomicroba. Бутират-продуцирующие бактерии Faecalibacterium, Roseburia and Bacteroidа также были идентифицированы в здоровой человеческой кишечной микрофлоре [17]. Установлено, что происходят возрастные изменения в кишечной микрофлоре пожилых людей. Исследование лиц старше 65 лет показали, что преобладающую часть кишечной микрофлоры составляют Bacteroidas, и это было связано с воспалением желудочно-кишечного тракта у пожилых людей. Ряд заболеваний были связаны с кишечным дисбактериозом. В воспалительном процессе заболеваний кишечника, которые характеризуются хроническими и реци-дивирующимися заболеваниями являются воспаление кишечного тракта, дисбактериоз кишечника связанные с развитием повреждений слизистой оболочки [18]. Несколько исследований предполагают роль кишечной микрофлоры в патогенезе колоректального рака [19,20]. Сообщается, что изобилие Fusobacteria является фактором риска развития опухолей колоректально-го рака по сравнению с контрольными образцами [19]. В частности, ткани опухолей были обогащены Fusobacterium nuclaetum, Fusobacterium necrophorum и Fusobacterium mortiferum, но в пропорциях уменьшились Firmicutes и Bacteroidetes [19]. Считается, что Fusobacterium способствует патогенному развитию колоректального рака, вызывая воспаление опухоли. Синдром раздраженного кишечника, отмеченный болью в животе и изменившимися привычками в кишечнике,
дисбактериозом кишечника был связан с воспалением кишечника. В синдроме раздраженного кишечника было выявлено значительное увеличение численности Firmicutes, Ruminococcus, Clostridium и Dorea и снижение пропорции видов Bifidobacterium и Faecalibacterium [20].
Вывод
Микрофлора человека играет важнейшую роль в здоровье человека и заболеваниях. Микрофлора в различных анатомических областях человеческого тела влияет на метаболизм, физиологию и развитие модульной иммунной системы. Изменение микрофлоры связано с несколькими многофакторными заболеваниями, и это имеет основополагающее значение для разработки соответствующих терапевтических подходов. Целевое использование конкретных компонентов микрофлоры может потенциально способствовать удалению вредных микроорганизмов и их метаболитов и обогащению полезных микробов.
THE ROLE OF MICROBIOTA IN HUMAN LIFE
Abdugaffarov S., Rakhimjonov S., Bobokulov A., Akromov A.
Far Eastern Federal University
Microorganisms are the most ancient form of organizing life on Earth, representing a large and diverse group. In the process of evolution, representatives of the world of microbes, moving on symbiotic relationships, adapted to existence in the human body. From modern perspectives, human microflora should be considered as a set of many microbial communities occupying numerous ecological niches (biotopes) on the skin and mucous membranes of all open external cavities of a macroorganism. The study of human microbiome is widely perceived to be a young biomedical discipline. Recent studies indicate an association between human microbiome and chronic disease conditions such as diabetes and obesity. An understanding of human microbiome structure and function is important for design and delivery of microbial based therapies especially against immunological and metabolic chronic diseases. In this review, we demonstrate the role human microbiota in health and disease in various anatomic sites and in development of neonate immunity. In particular, the review focuses on the role of placental microbiota in fetoplacental unit receptivity and the effect of early microbiota exposure on neonate immunity development. Additionaly, microbiota impact on health and disease in the gut, lung and skin is explored.
Keywords: Microbiota; Dysbiosis; Pregnancy; Lungs; Skin; Gastrointestinal tract
References
1. Maayan L, Aleksandra A, Kolodziejczyk AA, Thaiss CA, Elinav E (2017) Dysbiosis and the immune system. Nat Rev Immunol 4: 219-232
2. Buffie CG, Bucci V, Stein RR, McKenney PT, Ling L, et al. (2015) Precision microbiome reconstitution restores bile acid mediated resistance to Clostridium difficile. Nature 517:205-208
3. Chow J, Mazmanian SK (2010) A pathobiont of the microbio-ta balances host colonization and intestinal inflammation. Cell Host Microbe 7: 265-276.
4. Sonnenburg ED, Smits S, Tikhonov M, Higginbottom S, Win-green N, et al. (2016) Diet-induced extinctions in the gut microbiota compound over generations.
5. Espinoza J, Erez O, Romero R (2006) Preconceptional antibiotic treatment to prevent preterm birth in women with previous preterm delivery. Am J Obstrec Gynecol 194: 630-637.
6. Cardenas I, Mor G, Aldo P, Lang SM, Stabach P, et al. (2011) Placental viral infections sensitizes to endotoxin-induced pre-term labor: a double hit hypothesis. Am J Repro Immunol 65:110-117.
7. Racicot K, Kwon JY, Aldo P, Abrahams V, El-Guindy A, et al.
(2016) Type 1 interferon regulates the placental inflammatory response to bacteria and is targeted by virus: Mechanism of pol-ymicrobial infection-induced preterm birth. Am J Reprod Immunol 75: 451-460.
8. AbrahaMsson TR, Jakobsson HE, Andersson AF, Bjorksten B, Engstrand L, et al. (2014) Low gut microbiota diversity in early infancy precedes asthma at school age. Clin Exp Allergy 44: 842-850
9. Ismail IH, Boyle RJ, Licciardi PV, Oppedisano F, Lahtinen S, et al. (2016) Early gut colonization by Bifidobacterium breve and B. catenulatum differentially modulates eczema risk in children at high risk of developing allergic disease. Pediatr Allergy Immunol 8: 838-846.
10. Grice EA, Kong HH, Conlan S, Deming CB, Davis J, et al. (2009) Topographical and temporal diversity of the human skin microbiome. Science 324: 1190-1192.
11. Ngy I, Pivarcsi A, Kis K, Koreck A, Bodai L, et al. (2006) Propi-onibacterium acnes and lipopolysaccharide induce the expression of antimicrobial peptides and proinflammatory cytokines/ chemokines in human sebocytes. Microbes Infect 8: 2195-2205
12. Cogen AL, Yamasaki K, Sanchez KM, Dorschner RA, Lai Y, et al. (2010) Selective antimicrobial action is provided by phenol-soluble modulins derived from Staphylococcus epidermidis, a normal resident of the skin. J Invest Dermatol 130: 192-200.
13. Nakatsuji T, Chen TH, Narala S, Chun KA, Two AM, et al.
(2017) Antimicrobial from human skin commensal bacteria protect against Staphylococcus aureus and are deficient in atopic dermatitis. Sci Transl Med 9: eaah4680.
14. Charlson ES, Diamond JM, Bittinger K, Fitzgerald AS, Yadav A, et al. (2012) Lung-enriched organisms and aberrant bacterial and fungal respiratory microbiota after lung transplant. Am J Respir Crit Care Med 186: 536-545.
15. Charlson ES, Diamond JM, Bittinger K, Fitzgerald AS, Yadav A, et al. (2012) Lung-enriched organisms and aberrant bacterial and fungal respiratory microbiota after lung transplant. Am J Respir Crit Care Med 186: 536-545.
16. Trompette A, Gollwitzer ES, Yadava K, Sichelstiel AK, Sprenger N, et al. (2014) Gut microbiota metabolism of dietary fibre influences allergic airway disease and hematopoiesis. Nat Med 20: 159-166
17. Manichanh C, Borruel N, Casellas F, Guarner F (2012) The gut microbiota in IBD. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 9: 599-608.
18. Kostic A, Gevers D, Pedamallu C, Michaud M, Duke F, et al. (2012) Genomic analysis identifies association of Fusobacteri-um with colorectal carcinoma. Genome Res 22: 292-298.
19. Strauss J, Kaplan G, Beck P, Rioux K, Panaccione R (2011). Invasive potential of gut mucosa-derived Fusobacterium nucle-atum positively correlates with IBD status of the host. Inflamm Bowel Dis 17: 1971-1978.
20. Rajilic-Stojanovic M, Biagi E, Heilig H, Kajander K, Kekkarein R, et al. (2011) Global and deep molecular analysis of microbi-ota signatures in fecal samples from patients with irritable bowel syndrome. Gastroenterology 141: 1792-1801.
C3
о
о Л о
о
сз
о в
