Микробиом кишечника человека: научная парадигма и клиническая практика
Ключевые слова:
кишечный микробиом, коровый микробиом, энтеротипы микробиомов, восстановление микробиомов, фекальная трансплантация
Аннотация
Исследования микробиома человека, начатые 15 лет назад и активно продолжающиеся в настоящее время, позволили во многом пересмотреть наши взгляды о глубинных механизмах взаимодействия организма человека и населяющих его микроорганизмов. Представшая картина оказалась много сложнее, чем ожидалось, особенно это относится к микробиому кишечника. В настоящее время научные концепции того, что из себя представляет микробиом кишечника, продолжают
активно разрабатываться. В основе их лежит, конечно, редукционный подход. Так, предлагается теория «корового микробиома» и сопряженная с ней концепция «здорового микробиома». Еще более упрощенно подходит к решению проблемы многообразия и вариабельности кишечных микробиомов теория «энтеротипов». Она допускает существование предпочтительных (устойчивых) вариантов микробиомов, структурно организованных вокруг определенных групп микроорганизмов. Если структурообразующими являются анаэробные грамотрицательные палочки, то такие микробиомы отличаются низким видовым разнообразием, доминированием небольшой группы микроорганизмов и низкой стрессоустойчивостью.
Именно такие типы микробиомов обнаруживают у пациентов с различными патологиями, в том числе, внекишечной локализации. Поэтому предполагается, что выделение энтеротипов имеет практический смысл. В настоящее время научная концепция микробиомов имеет мало выходов в медицинскую практику. Но уже имеющийся практический опыт применения про- и синбиотиков, препаратов бактериофагов и фекальной трансплантации свидетельствует о реальной возможности изменения микробиомов для профилактики и лечения различных заболеваний человека.
Скачивания
Данные скачивания пока недоступны.
Литература
1. Li J., Jia H., Cai X., Zhong H., Feng Q., Sunagawa S., et al.; MetaHIT Consortium. An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. Nat. Biotechnol. 2014;32(8):834-841. https://doi.org/10.1038/nbt.2942
2. Sender R., Fuchs S., Milo R. Are We Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratio of Bacterial to Host Cells in Humans. Cell. 2016;164(3):337-340. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.01.013
3. Kedia S., Ahuja V. Human gut microbiome: A primer for the clinician. JGH Open. 2023;7(5):337-350. https://doi.org/10.1002/jgh3.12902 eCollection 2023 May.
4. Chang Y., Hou F., Pan Z., Huang Z., Han N., Bin L., et al. Optimization of Culturomics Strategy in Human Fecal Samples. Front Microbiol. 2019;10:2891. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02891 eCollection 2019.
5. Marchesi J.R., Adams D.H., Fava F., Hermes G.D., Hirschfield G.M., Hold G., et al. The gut microbiota and host health: a new clinical frontier. Gut. 2016;65(2):330-339. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2015-309990
6. Nielsen H.B., Almeida M., Juncker A.S., Rasmussen S., Li J., Sunagawa S., et al. Identification and assembly of genomes and genetic elements in complex metagenomic samples without using reference genomes. Nat. Biotechnol. 2014;32(8):822–828. https://doi.org/10.1038/nbt.2939
7. He Y., Wu W., Zheng H.M., Li P., McDonald D., Sheng H.F., et al. Regional variation limits applications of healthy gut microbiome reference ranges and disease models. Nat. Med. 2018;24(10):1532-1535. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0164-x
8. Li W., O'Neill K.R., Haft D.H., DiCuccio M., Chetvernin V., Badretdin A., et al. RefSeq: expanding the Prokaryotic Genome Annotation Pipeline reach with protein family model curation. Nucleic. Acids. Res. 2021;49(D1):D1020-D1028. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa1105
9. Milanese A., Mende D.R., Paoli L., Salazar G., Ruscheweyh H.J., Cuenca M., et al. Microbial abundance, activity and population genomic profiling with mOTUs2. Nat. Commun. 2019;10(1):1014. https://doi.org/10.1038/s41467-019-08844-4
10. Meziti A., Rodriguez-R L.M., Hatt J.K., Peña-Gonzalez A., Levy K., Konstantinidis K.T. The Reliability of Metagenome-Assembled Genomes (MAGs) in Representing Natural Populations: Insights from Comparing MAGs against Isolate Genomes Derived from the Same Fecal Sample. Appl. Environ. Microbiol. 2021;87(6):e02593-20. https://doi.org/10.1128/AEM.02593-20
11. Allaband C., McDonald D., Vázquez-Baeza Y., Minich J.J., Tripathi A., Brenner D.A., et al. Microbiome 101: Studying, Analyzing, and Interpreting Gut Microbiome Data for Clinicians. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 2019;17(2):218-230. https://doi.org/10.1016/j.cgh.2018.09.017
12. Watson A.R., Füssel J., Veseli I., DeLongchamp J.Z., Silva M., Trigodet F., et al. Metabolic independence drives gut microbial colonization and resilience in health and disease. Genome Biol. 2023;24(1):78. https://doi.org/10.1186/s13059-023-02924-x
13. Wexler A.G., Goodman A.L. An insider’s perspective: Bacteroides as a window into the microbiome. Nat. Microbiol. 2017;2:17026. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2017.26
14. Eisenstein M. The hunt for a healthy microbiome. Nature. 2020;577(7792):S6–S8. https://doi.org/10.1038/d41586-020-00193-3
15. Lloyd-Price J, Mahurkar A, Rahnavard G, Crabtree J, Orvis J, Hall AB, et al. Strains, functions and dynamics in the expanded Human Microbiome Project. Nature. 2017;550(7674):61–66. https://doi.org/10.1038/nature23889
16. Wu G., Zhao N., Zhang C., Lam Y.Y., Zhao L. Guild-based analysis for understanding gut microbiome in human health and diseases. Genome Med. 2021;13(1):22. https://doi.org/10.1186/s13073-021-00840-y
17. McKeown N.M., Fahey G.C. Jr, Slavin J., van der Kamp J.W. Fibre intake for optimal health: how can healthcare professionals support people to reach dietary recommendations? BMJ. 2022;378:e054370. https://doi.org/10.1136/bmj-2020-054370
18. Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012;486(7402):207–214. https://doi.org/10.1038/nature11234
19. Whon T.W., Shin N.R., Kim J.Y., Roh S.W. Omics in gut microbiome analysis. J. Microbiol. 2021;59(3):292-297. https://doi.org/10.1007/s12275-021-1004-0
20. Tian L., Wang X.W., Wu A.K., Fan Y., Friedman J., Dahlin A., et al. Deciphering functional redundancy in the human microbiome. Nat. Commun. 2020;11(1):6217. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19940-1
21. Costea P.I., Hildebrand F., Arumugam M., Bäckhed F., Blaser M.J., Bushman F.D., et al. Enterotypes in the landscape of gut microbial community composition. Nat. Microbiol. 2018;3(1):8-16. https://doi.org/10.1038/s41564-017-0072-8
22. Arumugam M., Raes J., Pelletier E., Le Paslier D., Yamada T., Mende D.R., et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature. 2011;473(7346):174-180. https://doi.org/10.1038/nature09944
23. Vieira-Silva S., Falony G., Darzi Y., Lima-Mendez G., Garcia Yunta R., Okuda S., et al. Species–function relationships shape ecological properties of the human gut microbiome. Nat. Microbiol. 2016;1(8):16088. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.88
24. Pereira F.C., Berry D. Microbial nutrient niches in the gut. Environ Microbiol. 2017;19(4):1366–1378. https://doi.org/10.1111/1462-2920.13659
25. Couch C.E., Stagaman K., Spaan R.S., Combrink H.J., Sharpton T.J., Beechler B.R., et al. Diet and gut microbiome enterotype are associated at the population level in African buffalo. Nat. Commun. 2021;12(1):2267. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22510-8
26. Chevalier C., Stojanović O., Colin D.J., Suarez-Zamorano N., Tarallo V., Veyrat-Durebex C., et al. Gut microbiota orchestrates energy homeostasis during cold. Cell. 2015;163(6):1360–1374. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.11.004
27. de la Cuesta-Zuluaga J., Mueller N.T., Corrales-Agudelo V., Velásquez-Mejía E.P., Carmona J.A., Abad J.M., et al. Metformin Is Associated with Higher Relative Abundance of Mucin-Degrading Akkermansia muciniphila and Several Short-Chain Fatty Acid-Producing Microbiota in the Gut. Diabetes Care. 2017;40(1):54-62. https://doi.org/10.2337/dc16-1324
28. Chung M., Zhao N., Meier R., Koestler D. C., Wu G., de Castillo E., et al. Comparisons of oral, intestinal, and pancreatic bacterial microbiomes in patients with pancreatic cancer and other gastrointestinal diseases. J. Oral Microbiol. 2021;13(1):1887680. https://doi.org/10.1080/20002297.2021.1887680
29. Khorsand B., Asadzadeh Aghdaei H., Nazemalhosseini-Mojarad E., Nadalian B., Nadalian B., Houri H. Overrepresentation of Enterobacteriaceae and Escherichia coli is the major gut microbiome signature in Crohn's disease and ulcerative colitis; a comprehensive metagenomic analysis of IBDMDB datasets. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2022;12:1015890. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.1015890 eCollection 2022.
30. Magne F., Gotteland M., Gauthier L., Zazueta A., Pesoa S., Navarrete P., et al. The Firmicutes/Bacteroidetes Ratio: A Relevant Marker of Gut Dysbiosis in Obese Patients? Nutrients. 2020;12(5):1474. https://doi.org/10.3390/nu12051474
2. Sender R., Fuchs S., Milo R. Are We Really Vastly Outnumbered? Revisiting the Ratio of Bacterial to Host Cells in Humans. Cell. 2016;164(3):337-340. https://doi.org/10.1016/j.cell.2016.01.013
3. Kedia S., Ahuja V. Human gut microbiome: A primer for the clinician. JGH Open. 2023;7(5):337-350. https://doi.org/10.1002/jgh3.12902 eCollection 2023 May.
4. Chang Y., Hou F., Pan Z., Huang Z., Han N., Bin L., et al. Optimization of Culturomics Strategy in Human Fecal Samples. Front Microbiol. 2019;10:2891. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.02891 eCollection 2019.
5. Marchesi J.R., Adams D.H., Fava F., Hermes G.D., Hirschfield G.M., Hold G., et al. The gut microbiota and host health: a new clinical frontier. Gut. 2016;65(2):330-339. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2015-309990
6. Nielsen H.B., Almeida M., Juncker A.S., Rasmussen S., Li J., Sunagawa S., et al. Identification and assembly of genomes and genetic elements in complex metagenomic samples without using reference genomes. Nat. Biotechnol. 2014;32(8):822–828. https://doi.org/10.1038/nbt.2939
7. He Y., Wu W., Zheng H.M., Li P., McDonald D., Sheng H.F., et al. Regional variation limits applications of healthy gut microbiome reference ranges and disease models. Nat. Med. 2018;24(10):1532-1535. https://doi.org/10.1038/s41591-018-0164-x
8. Li W., O'Neill K.R., Haft D.H., DiCuccio M., Chetvernin V., Badretdin A., et al. RefSeq: expanding the Prokaryotic Genome Annotation Pipeline reach with protein family model curation. Nucleic. Acids. Res. 2021;49(D1):D1020-D1028. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa1105
9. Milanese A., Mende D.R., Paoli L., Salazar G., Ruscheweyh H.J., Cuenca M., et al. Microbial abundance, activity and population genomic profiling with mOTUs2. Nat. Commun. 2019;10(1):1014. https://doi.org/10.1038/s41467-019-08844-4
10. Meziti A., Rodriguez-R L.M., Hatt J.K., Peña-Gonzalez A., Levy K., Konstantinidis K.T. The Reliability of Metagenome-Assembled Genomes (MAGs) in Representing Natural Populations: Insights from Comparing MAGs against Isolate Genomes Derived from the Same Fecal Sample. Appl. Environ. Microbiol. 2021;87(6):e02593-20. https://doi.org/10.1128/AEM.02593-20
11. Allaband C., McDonald D., Vázquez-Baeza Y., Minich J.J., Tripathi A., Brenner D.A., et al. Microbiome 101: Studying, Analyzing, and Interpreting Gut Microbiome Data for Clinicians. Clin. Gastroenterol. Hepatol. 2019;17(2):218-230. https://doi.org/10.1016/j.cgh.2018.09.017
12. Watson A.R., Füssel J., Veseli I., DeLongchamp J.Z., Silva M., Trigodet F., et al. Metabolic independence drives gut microbial colonization and resilience in health and disease. Genome Biol. 2023;24(1):78. https://doi.org/10.1186/s13059-023-02924-x
13. Wexler A.G., Goodman A.L. An insider’s perspective: Bacteroides as a window into the microbiome. Nat. Microbiol. 2017;2:17026. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2017.26
14. Eisenstein M. The hunt for a healthy microbiome. Nature. 2020;577(7792):S6–S8. https://doi.org/10.1038/d41586-020-00193-3
15. Lloyd-Price J, Mahurkar A, Rahnavard G, Crabtree J, Orvis J, Hall AB, et al. Strains, functions and dynamics in the expanded Human Microbiome Project. Nature. 2017;550(7674):61–66. https://doi.org/10.1038/nature23889
16. Wu G., Zhao N., Zhang C., Lam Y.Y., Zhao L. Guild-based analysis for understanding gut microbiome in human health and diseases. Genome Med. 2021;13(1):22. https://doi.org/10.1186/s13073-021-00840-y
17. McKeown N.M., Fahey G.C. Jr, Slavin J., van der Kamp J.W. Fibre intake for optimal health: how can healthcare professionals support people to reach dietary recommendations? BMJ. 2022;378:e054370. https://doi.org/10.1136/bmj-2020-054370
18. Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012;486(7402):207–214. https://doi.org/10.1038/nature11234
19. Whon T.W., Shin N.R., Kim J.Y., Roh S.W. Omics in gut microbiome analysis. J. Microbiol. 2021;59(3):292-297. https://doi.org/10.1007/s12275-021-1004-0
20. Tian L., Wang X.W., Wu A.K., Fan Y., Friedman J., Dahlin A., et al. Deciphering functional redundancy in the human microbiome. Nat. Commun. 2020;11(1):6217. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19940-1
21. Costea P.I., Hildebrand F., Arumugam M., Bäckhed F., Blaser M.J., Bushman F.D., et al. Enterotypes in the landscape of gut microbial community composition. Nat. Microbiol. 2018;3(1):8-16. https://doi.org/10.1038/s41564-017-0072-8
22. Arumugam M., Raes J., Pelletier E., Le Paslier D., Yamada T., Mende D.R., et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature. 2011;473(7346):174-180. https://doi.org/10.1038/nature09944
23. Vieira-Silva S., Falony G., Darzi Y., Lima-Mendez G., Garcia Yunta R., Okuda S., et al. Species–function relationships shape ecological properties of the human gut microbiome. Nat. Microbiol. 2016;1(8):16088. https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.88
24. Pereira F.C., Berry D. Microbial nutrient niches in the gut. Environ Microbiol. 2017;19(4):1366–1378. https://doi.org/10.1111/1462-2920.13659
25. Couch C.E., Stagaman K., Spaan R.S., Combrink H.J., Sharpton T.J., Beechler B.R., et al. Diet and gut microbiome enterotype are associated at the population level in African buffalo. Nat. Commun. 2021;12(1):2267. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22510-8
26. Chevalier C., Stojanović O., Colin D.J., Suarez-Zamorano N., Tarallo V., Veyrat-Durebex C., et al. Gut microbiota orchestrates energy homeostasis during cold. Cell. 2015;163(6):1360–1374. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.11.004
27. de la Cuesta-Zuluaga J., Mueller N.T., Corrales-Agudelo V., Velásquez-Mejía E.P., Carmona J.A., Abad J.M., et al. Metformin Is Associated with Higher Relative Abundance of Mucin-Degrading Akkermansia muciniphila and Several Short-Chain Fatty Acid-Producing Microbiota in the Gut. Diabetes Care. 2017;40(1):54-62. https://doi.org/10.2337/dc16-1324
28. Chung M., Zhao N., Meier R., Koestler D. C., Wu G., de Castillo E., et al. Comparisons of oral, intestinal, and pancreatic bacterial microbiomes in patients with pancreatic cancer and other gastrointestinal diseases. J. Oral Microbiol. 2021;13(1):1887680. https://doi.org/10.1080/20002297.2021.1887680
29. Khorsand B., Asadzadeh Aghdaei H., Nazemalhosseini-Mojarad E., Nadalian B., Nadalian B., Houri H. Overrepresentation of Enterobacteriaceae and Escherichia coli is the major gut microbiome signature in Crohn's disease and ulcerative colitis; a comprehensive metagenomic analysis of IBDMDB datasets. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2022;12:1015890. https://doi.org/10.3389/fcimb.2022.1015890 eCollection 2022.
30. Magne F., Gotteland M., Gauthier L., Zazueta A., Pesoa S., Navarrete P., et al. The Firmicutes/Bacteroidetes Ratio: A Relevant Marker of Gut Dysbiosis in Obese Patients? Nutrients. 2020;12(5):1474. https://doi.org/10.3390/nu12051474
Опубликован
2024-06-22
Как цитировать
Евдокимова Н. В., Черненькая Т. В. Микробиом кишечника человека: научная парадигма и клиническая практика // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2024. Т. 68. № 2. С. 76–86.
Выпуск
Раздел
Обзоры
