Оценка микробиоты и пробиотических штаммов с позиций новых научных технологий

Обзор посвящен оценке с позиций новых научных технологий (геномика, протеомика, метаболомика, транскриптомика) профилактического и лечебного действий пробиотиков, основным компонентом которых являются представители нормальной микробиоты человека. В работе приведены современные термины, определения, классификация пробиотических штаммов, проанализировано большинство механизмов действия пробиотиков на организм человека. Наряду с подробной характеристикой наиболее эффективных производственных пробиотических штаммов рассматривается проблема безопасности применения пробиотиков. Дан анализ новых научных технологий для оценки пробиотического воздействия бактерий на различные функции макроорганизма. В обзоре особое внимание уделено обсуждению эффективности воздействия пробиотиков при хронических инфекционных и метаболических патологических процессах (атеросклероз, липидный дистресс-синдром, диабет 2 типа, ожирение и др.), наиболее активно проявляющихся при дисбактериозах на фоне глубоких нарушений нормальной микробиоты. В статье особо отмечено, что новые научные технологии позволят устанавливать функции белков, регулирующих метаболические и сигнальные пути, а также оказывать влияние на реализацию экспрессии генов, необходимых для адаптации пробиотических штаммов при попадании в организм человека. В работе показано, что успешное решение этой проблемы тесно связано с применением новых научных технологий для исследования состава и функций микробиоты человека, способов активного воздействия на нее, а также с разработкой более совершенных и эффективных пробиотических препаратов.

Внастоящее время хорошо известно, что микробиота человека служит фундаментальной основой его здоровья и резервом адаптации к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. В связи с этим активно развиваются новые молекулярно-биологические направления исследования здоровья человека, связанные с анализом нарушений структуры микробиоты и риском возникновения различных хронических инфекционных и метаболических заболеваний, включая атеросклероз, липидный дистресс-синдром, диабет 2 типа, ожирение и др. [7, 38].

В клиническую микробиологию активно включаются новые научные технологии: геномика, протеомика, метаболомика, транскриптомика человека (табл. 1). Аналогичные научные технологии используют и для оценки роли нормальной микробиоты человека, что позволяет выявлять тонкие механизмы ее реагирования на различные стрессовые воздействия внешней среды и устанавливать факторы, поддерживающие биохимическое, метаболическое и иммунологическое равновесие, необходимое для сохранения стабильности взаимоотношений между макроорганизмом и микроорганизмами. В обзоре также обсуждается важность оценки профилактического и лечебного действий новых штаммов с пробиотическим действием и их комбинаций на микробиоту человека с позиций новых научных технологий [30].

Микробиота

В процессе накопления новых данных стало понятно, что общее число клеток микробиоты, которая является совокупностью микроорганизмов, населяющих открытые полости организма человека, составляет 90% от общего числа клеток организма и насчитывает около 1 трлн бактерий. Клетки и ткани макроорганизма содержат 2,5 млн различных молекул, около 1 млн разнообразных белков, 300 тыс. разновидностей липидов и сотни тысяч других простых и сложных соединений [55]. Установлено, что в таких сложных биологических системах, как организм человека, различные представители микробиоты участвуют в метаболических процессах как в отдельных клетках, так и органах и тканях всего организма хозяина.

Микробиом

В настоящее время показано, что в микробиоме, представляющем собой совокупность всех генов микробиоты человека, количество генов на три порядка выше такового генома человека [43]. Полученные данные требуют глубокого исследования роли микроорганизмов во всех проявлениях функциональной и метаболической активности человеческого организма с применением в области клинической микробиологии новых медицинских технологий.

Использование новых научных технологий применительно к микробиоте человека позволяет с большей точностью устанавливать функции большинства их генов, а также выявлять метаболические и сигнальные пути, влияющие на реализацию экспрессии необходимых для адаптации генов симбионтных представителей нормальной микробиоты, являющихся основой пробиотических препаратов.

Пробиотическое воздействие микробиоты связано с проявлением самых различных свойств бактерий, что может оказывать существенное влияние на клеточные функции всего макроорганизма.

Показано, что у бактерий эпигеномные механизмы участвуют в детерминировании фазных вариаций клеточного цикла; синтеза факторов, ассоциированных с адгезией, адаптацией, биопленкообразованием, антагонистической активностью, вирулентностью, токсинообразованием и др. [28, 51]. Благодаря эпигенетическим исследованиям стали более понятными многие механизмы клинических проявлений метаболического синдрома, аллергии и астмы [54]. В сложных микробиоценозах представители симбионтной микробиоты тесным образом связаны с функциями отдельных клеток, органов и тканей всего организма хозяина [23]. Эпигенетическое воздействие может быть индивидуальным: ткане- и/или клеточно-специфическим [24]. Возникшие в раннем онтогенезе эпигенетические изменения могут стать триггерными в процессах развития многих хронических заболеваний [53].

Транскриптомика

В настоящее время стало возможным устанавливать интенсивность синтеза всех молекул РНК (транскриптов) в эу- и прокариотических клетках организма в определенном его физиологическом состоянии, а также в конкретный период времени и в определенных условиях среды, в т.ч. и при возникновении и развитии заболеваний, с помощью методических подходов транскриптомики. В отличие от геномики и метагеномики, свидетельствующих лишь о потенциальных возможностях организма, транскриптомика количественно измеряет динамическую экспрессию молекул РНК хозяина, его микрофлоры и/или всего надорганизма в целом (мета-транскриптомика). Анализ транскриптома (определение в исследуемом материале количественного и качественного профиля всех синтезированных информационных, рибосомальных, транспортных и других РНК) позволяет устанавливать, какие именно гены транскрибируются для последующего синтеза соответствующих белков, характерных для здорового человека или для конкретного заболевания. Разновидностью транскриптомики является РНомика, методологический подход, направленный на идентификацию в исследуем...

В.М. Бондаренко, О.В. Рыбальченко