Микробиом кишечника

Функциональные аспекты в состоянии здоровья и при развитии заболевания (Обзор материалов)

88 семинар Института питания Нестле (Nestle Nutrition Institute) 22-25 сентября 2016г Мексика

Изучение микробиотыи олигосахаридов грудного молока ‒ две самые быстро развивающиеся области педиатрической нутрициологии. В этой связи с 22 по 25 сентября 2016 г. в Мехико был проведен 88 семинар Института питания Нестле (Nestlé Nutrition Institute) по теме «Микробиом кишечника: Функциональные аспекты в состоянии здоровья и при развитии заболевания». Участниками семинара были международные эксперты и представители ведущих компаний, которые собрались для обсуждения последних новостей, а также для того, чтобы понять, как можно использовать новые данные в профилактике развития заболеваний и для формирования более здорового образа жизни, чтобы добиться положительных изменений в развитии новорожденных и детей более старшего возраста в разных странах мира.

Трехдневный семинар начался с речи Наталии Вейгманс (Natalia Wagemans), Руководителя Института питания Нестле (Nestlé Nutrition Institute), которая обратилась с приветствием к делегатам 88 семинара, проводимого Институтом питания Нестле (NNI) с 1981 г. NNI является некоммерческой организацией, главный офис которой располагается в Швейцарии, однако Институт питания Нестле осуществляет деятельность во всем мире, и проводимые им академические семинары имеют высокую репутацию среди специалистов в области нутрициологии. По мере того, как роль микробиома в обеспечении здоровья и профилактике заболеваний становится все более признанной, все больше проблем и вопросов требуют обсуждения, и целью данного семинара было рассмотрение некоторых из них.

Ведущими семинара были три председателя, признанные эксперты, научные интересы которых связаны с изучением микробиома, пробиотиков и пребиотиков: Профессор Аллан Уокер (Allan Walker), Конрад Тафф (Conrad Taff), Профессор нутрициологии и Профессор педиатрии, Гарвардская школа медицины; Профессор Эрика Исолаури (Erika Isolauri), Профессор педиатрии, Руководитель Отделения клинической медицины, Университет Турку, Финляндия; и Профессор Филип Шерман (Philip Sherman), Профессор Детской больницы, Университет Торонто, Канада.

Председатель: Аллан Уокер (AllanWalker)

На первом заседании выступающие были сфокусированы на обсуждении развития микробиоты человека. В частности, предметом дискуссии были особенности микробиома в течение беременности, в организме новорожденного ребенка, а рассматривался вопрос о том, как здоровье и поведение зависят от эпигенетических факторов, действующих на уровне желудочно-кишечного тракта и оси «мозгкишечник».

ОМРИ КОРЕН (OMRY KOREN) (Факультет медицины, Университет Бар-Илан, Израиль) описал изменения микробиоты в течение беременности. Состав микробиома меняется в ответ на воздействия окружающей среды, изменения рациона, веса, гормонов, а также других факторов. Неудивительно, что беременность вызывает значительные изменения микробиома, причиной является значительное увеличение веса, наряду с метаболическими и иммунологическими изменениями. Развитие беременности сопровождается определенными изменениями микробиоты кишечника. В целом, происходит увеличение бактериальной нагрузки, и значительно меняется состав микробиоты, одновременно снижается разнообразие, отмечается увеличение вариабельности состава микробиоты у разных женщин, а также изменяется численность определенных видов бактерий.

При более подробном рассмотрении функций микробиоты кишечника в течение беременности было установлено, что микробиота третьего семестра оказывает большее влияние на прирост веса, устойчивость к инсулину и воспалительные реакции организма по сравнению с первым триместром. Эти данные показывают, что микроорганизмы активно влияют на изменение иммунных функций организма и метаболизм. Микробиота кишечника также предположительно играет роль в увеличении веса в течение беременности за счет интенсификации всасывания глюкозы и жирных кислот, увеличении секреции адипоцитного фактора, индуцируемого голодом, индукции катаболических реакций, а также стимуляции иммунной системы. Поскольку рацион и исходный вес оказывают значительное влияние на сообщества микроорганизмов, происходит соответствующее изменение микробиоты беременной женщины. У беременных женщин с избыточным весом отмечаются значительное более высокие уровни Bacteroides и Staphylococcus в кишечнике, по сравнению с беременными женщинами, имеющими нормальный вес. Кроме того, антибиотики, применявшиеся для лечения в течение беременности, влияют на состав микробиома еще в течение 6 месяцев после завершения терапии.

«В отличие от определенных заболеваний, при которых дисбиоз оказывает негативное воздействие на организм, при беременности микробиологические изменения благоприятны и даже необходимы для того, чтобыбеременность была здоровой.»

— Омри Корен —

САМУЛИ РАУТАВА (SAMULI RAUTAVA) (Отделение педиатрии, Университет Турку, Больница Университета Турку, Финляндия) представил обзор факторов, влияющих на колонизацию кишечника новорожденного ребенка микроорганизмами. В пренатальном периоде развития воздействие на организм матери факторов, характерных для проживания в условиях фермы, может защитить ребенка от развития астмы, тогда как воздействие антибиотиков может увеличить риск астмы. Микроорганизмы в амниотической жидкости индуцируют колонизацию кишечника в организме плода. При рождении ребенок получает, в основном, микробиоту матери. У детей, которые родились с помощью кесарева сечения, организм заселяется бактериями с кожи матери. Организм таких детей характеризуется менее разнообразной микробиотой кишечника, более поздним появлением Bacteroidetes и дисбалансом иммунных реакций по сравнению с детьми, появившимися в результате вагинальных родов. Влияние способа родоразрешения на бактерии кишечника ребенка сохраняется в течение периода продолжительностью до 7 лет. В ходе пилотного исследования было показано, что перенос бактерий из влагалища может частично восстанавливать микробиоту новорожденных после кесарева сечения. В неонатальном периоде на колонизацию кишечника влияют факторы грудного молока, избирательно стимулирующие рост специфических микроорганизмов, а также живые микроорганизмы, присутствующие в грудном молоке. Воздействие антибиотиков в периоде раннего развития повышает риск появления у ребенка избыточного веса в течение первых 2 лет жизни. Дисбиоз у детей первого года жизни ассоциируется с повышением риска последующего развития неинфекционных заболеваний. Например, результаты недавно проведенного исследования указывают, что дисбиоз может вызывать нарушение функции T-клеток, коррелирующее с появлением атопической реакции у детей. Разумное применение антибиотиков, отказ от необоснованного проведения кесарева сечения, обеспечение грудного вскармливания и добавление в рацион матери пребиотиков и пробиотиков ‒ это меры, которые могут создать необходимые условия для заселения кишечника микроорганизмами и поддержать формирование здоровой микробиоты.

«Изменение микробиоты кишечника в перинатальном периоде развития может способствовать снижению риска развития хронических заболеваний.»

— Самули Раутава —

АЛЛАН УОКЕР (ALLAN WALKER) (Центр по изучению иммунологии слизистых и биологических исследований, Детская больница общей практики Массачусетса, Бостон, США) подчеркнул важность нормальной колонизации организма новорожденного ребенка с точки зрения развития иммунной системы и профилактики заболеваний. В отличие от ранее бытовавших представлений, плод не находится в стерильной внутриматочной среде. В пренатальном периоде развития происходит колонизация комменсальными бактериями из кишечника матери, которые попадают в амниотическую жидкость. Это воздействие колонизирующих бактерий продолжается в момент рождения и в течение первого года жизни, оказывая значительное воздействие на здоровье в течение всей жизни. Нормальная неонатальная колонизация приводит к симбиозу и гомеостазу иммунной системы, что важно для последующей жизни. Условиями, необходимыми для нормальной колонизации, являются здоровая беременность, вагинальное родоразрешение, отсутствие применения антибиотиков в перинатальном периоде и исключительно грудное вскармливание. Дисбиоз, связанный с кесаревым сечением, применение антибиотиков в перинатальном периоде или преждевременные роды могут негативно влиять на развитие защитных функций кишечника и вызывать предрасположенность к воспалительным заболеваниям у ребенка первого года жизни, что может приводить к дальнейшему повышению восприимчивости к развитию заболеваний. Длительное эмпирическое применение антибиотиков также ассоциировалось с повышением риска развития некротизирующего колита (NEC) и летальным исходом у детей с очень низким весом при рождении. Полученные клинические данные показывают, что у детей, рожденных при помощи кесарева сечения, отмечаются более высокие показатели встречаемости аллергии, диабета 1 типа и ожирения. У детей первого года жизни, для лечения которых несколько раз проводились курсы антибиотикотерапии, вероятность заболевания астмой в подростковом возрасте больше. Пробиотики способны восстанавливать симбиоз, есть данные, указывающие на то, что пребиотики снижают встречаемость и степень тяжести NEC и уменьшают риск атопического дерматита.

«Взаимодействие между бактериями, колонизирующими развивающийся кишечник в неонатальном периоде жизни, способствует исходной адаптации ребенка первого года жизни к условиям, отличным от внутриутробного развития, в частности, формированию гомеостаза иммунной системы, а также обеспечивает защиту от развития заболеваний в последующие периоды жизни.»

— Аллан Уокер (Allan Walker) —

МАТТИАС ЗИЛЬБАУЭР (MATTHIAS ZILBAUER) (Отделение педиатрии, Кембриджский университет, Больница Адденбрука, Кембридж, Великобритания) выступил с докладом о эпигенетических факторах, действующих в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) в течение периодов, когда организм здоров, или при наличии воспалительной реакции. Эпигенетика может быть определена как наличие стабильных, потенциально наследуемых изменений в клеточном фенотипе, вызываемых механизмами, отличными от изменений последовательности ДНК, например, посредством метилирования. Метилирование ДНК обеспечивает регуляцию клеточной дифференциации, экспрессии генов, специфичной для определенного типа клеток, а также геномного импринтинга. В исследованиях по сравнительному изучению микробиологически стерильных и обычных мышей было показано, что уровни метилирования были существенно ниже при отсутствии микробиоты кишечника. Это указывает на то, что микробиота вносит вклад в поддержание симбиоза кишечника через эпигенетическое изменение гена организма-хозяина. Кишечник человека является потрясающим примером способности адаптироваться к окружающей среде. После внутриутробного развития в постнатальном периоде жизни происходит колонизация слизистой кишечника большим количеством разнообразных микроорганизмов, при этом на организм действует все большее количество различных питательных веществ, состав которых усложняется. Хорошо известно, что воздействие указанных факторов окружающей среды является критически важным для физиологического и функционального развития желудочно-кишечного тракта. С другой стороны, изменения этих процессов, возможно, вследствие изменений окружающей среды, все более признаются основными факторами, влияющими на развитие заболеваний ЖКТ, таких как некротизирующий энтероколит и воспалительные заболевания кишечника (IBD). Сравнение эпителия пациентов с IBD с эпителием здоровых людей позволило выявить четкие различия в профилях метилирования ДНК. Однако изменения в профиле метилирования при IBD характеризуются значительным сходством с теми процессами, которые происходят при здоровом развитии организма. Использование органоидов клеток эпителия разных отделов кишечника человека в сочетании с изучением разных групп пациентов может стать перспективной моделью функционального анализа.

«Учитывая имеющиеся данные о воздействии на здоровье человека внешних факторов (таких как рацион, питание, инфекции), эпигенетические механизмы могут механистически ограничивать развитие многих многофакторных заболеваний, включая воспалительные заболевания кишечника.»

— Маттиас Зильбауэр —

ЭМЕРАН МЕЙЕР (EMERAN MAYER) (Отделение патологий органов пищеварения, Медицинский колледж Дэвида Геффена, калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, Калифорния, США) представил работу по изучению связи между осью «мозгкишечник» и поведением. Взаимодействия мозга и кишечника сложны. Ось «мозг-кишечник» играет исключительно важную роль в гомеостазе организма в течение периодов нестабильности, таких как потребление пищи, стресс и изменения эмоционального фона. Микроорганизмы представлены в нашем организме многочисленными популяциями. В кишечнике, микроорганизмы преобразуют вещества, аккумулируемые в области просвета, во вторичные метаболиты. Рацион, как таковой, может определять состав и функционирование микробиоты, что, в свою очередь, влияет на работу кишечника и мозга. Помимо мозга и ЖКТ, сигналы микроорганизмов также влияют на иммунную, сердечно-сосудистую систему, ось «гипоталамус—гипофиз—надпочечники» и метаболизм организма. Исследования показали, что микробиота кишечника регулирует биосинтез серотонина в организме человека, который изменяет перистальтику ЖКТ и активность тромбоцитов. У мышей изменения состава микробиома, вызванные применением антибиотиков, пребиотиков или трансплантацией фекальной микрофлоры, связаны со значительными изменениями поведения. Взаимодействия между организмом-хозяином и микроорганизмами у грызунов влияют на аффективное, социальное, ноцицептивное поведение, а также поведение, связанное с перевариванием пищи. В настоящее время нет достаточного количества данных, чтобы можно было сделать вывод, оказывает ли микробиота кишечника аналогичное влияние на организм человека, хотя в ходе исследований было обнаружено, что регулярное применение пробиотиков влияет на определенные процессы, локализованные в мозге, а именно метаболические реакции, задействованные в расщеплении полисахаридов. Кроме того, наблюдались изменения связей между отделами мозга. Полученные данные также указывают на то, что в перечень заболеваний, связанных с взаимодействием мозга и микробиома кишечника, могут быть добавлены такие патологии как энцефалопатия печени, ожирение, болезнь Паркинсона, депрессия и IBD. Применение определенных терапевтически мер в раннем периоде жизни может оказать самое значительное влияние, так как в этот период продолжается развитие мозга.

«Выявлена исключительно важная роль микробиоты кишечника в этих двунаправленных взаимодействиях между мозгом и кишечником. Вследствие непосредственной близости к эпителию кишечника, микробиота занимает уникальное положение для того, чтобы реагировать на автономные сигналы мозга при стрессе и разных эмоциональных состояниях, а также, чтобы передавать сигналы обратно клеткам организма.»

— Эмеран Мейер —

Председатель: Эрика Исолаури (Erika Isolauri)

На втором заседании эксперты представили отчеты о клинической практике и воздействиях окружающей среды, влияющих на развитие нормальной микробиоты кишечника, а также описания клинических условий, ассоциирующихся с дисбиозом

ДЖОЗЕФ НЬЮ (JOSEF NEU) (Отделение педиатрии, Отделение неонатологии, Университет Флориды, США) представил доклад по дисбиозу в неонатальном периоде, а именно, рассмотрел роль недоношенности и кесарева сечения. Взаимодействия между микробиомом и организмом происходят уже в процессе беременности. Более высокие показатели бактериальной рДНК в амниотической жидкости, по всей видимости, коррелируют с меньшим гестационным возрастом на момент родов. Наличие более 50% микроорганизмов в меконии, присутствующих в амниотической жидкости, позволяет предположить, что плод проглатывает амниотическую жидкость. Более того, профиль микроорганизмов мекония у недоношенных детей отличается от детей, рожденных в срок. В этой связи было высказано предположение, что проглатывание инфицированной амниотической жидкости может приводить к появлению воспалительной ответной реакции в кишечнике плода, результатом чего, возможно, могут являться преждевременные роды и заболеваемость. По сравнению с детьми, рожденными в результате вагинальных родов, дети после кесарева сечения характеризуются повышенным риском развития иммунологических и метаболических заболеваний. Дети, при рождении которых проводилось кесарево сечение, имеют менее разнообразную микробиоту и меньшее количество Bacteroidetes. Перенос вагинальных бактерий с помощью ватного тампона может частично восстановить микробиоту кишечника, однако безопасность и эффективность такого подхода нуждается в оценке. В некоторых исследованиях показано, что грудное вскармливание может нормализовать профиль микрофлоры у детей, родившихся с помощью кесарева сечения. Профили микроорганизмов грудного молока варьируют у разных женщин, однако остаются стабильными в течение периода грудного вскармливания у каждой женщины, что указывает на индивидуальность микробиоты. Риски, связанные с рутинным применением антибиотиков у недоношенных детей первого года жизни с большой долей вероятности больше, чем польза, особенно, когда лечение антибиотиками является длительным. Необходимо проведение исследования для оценки метаболических, иммунологических и эпигенетических эффектов манипуляций с микробиомом в системе матери и ребенка, а также у новорожденных детей.

«Имеются убедительные данные, показывающие, что дети первого года жизни, родившиеся при помощи кесарева сечения, имеют микробиоту, отличную от детей, которые появились при помощи вагинальных родов. Эпидемиологические исследования выявили повышенные соотношения вероятностей для развития иммунологических нарушений и метаболических заболеваний у детей, рожденных при помощи кесарева сечения.»

— Джозеф Нью —

МЕГАН АЗАД (MEGHAN AZAD) (Детская больница научноИсследовательского Института Манитоба, Канада) продолжил обсуждение темы лекцией об эффектах применения антибиотиков в раннем периоде жизни на микробиом кишечника. Применение антибиотиков в раннем периоде жизни очень распространено, при этом треть назначений является неоправданной. Такое лечение оказывает нежелательное влияние на развитие микробиоты кишечника и связанные с микробиотой процессы обмена веществ Данные 13 эпидемиологических исследований показали наличие корреляции между воздействием антибиотиков в течение критических периодов раннего развития и последующим ожирением. У детей первого года жизни, которые на ранних этапах развития получали антибиотики (например, в течение первых 6 месяцев), при более интенсивном воздействии антибиотиков и применении препаратов более широкого спектра действия, впоследствии с большей вероятностью появлялся лишний вес и развивалось ожирение. При проведении исследования также было установлено, что связи существуют в течение длительного периода времени и более выражены у мальчиков. Воздействие антибиотиков в период внутриутробного развития также ассоциируется с ожирением. Автор поделилась результатами собственного исследования, согласно которым использование антибиотиков во время родов ассоциируется с дисбиозом микробиоты кишечника новорожденного ребенка, а грудное вскармливание, по всей видимости, способно изменять некоторые подобные негативные последствия. Дополнительные исследования по изучению человека, а также эксперименты на грызунах, показывают, что микробиота кишечника играет основную роль в этом процессе, хотя необходимы дополнительные исследования для подтверждения и описания причинно-следственных механизмов, опосредующих эти процессы. Например, более длительное грудное вскармливание ассоциируется с более низким ИМТ в возрасте 2-6 лет, за исключением случаев применения антибиотиков в раннем периоде жизни. Это позволяет предположить, что полезный эффект грудного вскармливания обусловлен активностью микробиоты. Ожирение ‒ сложное и многофакторное состояние. Однако данные, полученные на сегодняшний день, указывают на то, что стратегии, нацеленные на сдерживание роста встречаемости ожирения, должны включать обоснованное применение антибиотиков, особенно в раннем периоде жизни, когда формирующаяся микробиота кишечника особенно восприимчива к изменяющимся условиям, что также имеет отдаленные последствия с точки зрения метаболического программирования и риска ожирения.

«Исследования выявили корреляцию между воздействием антибиотиков в течение критических периодов раннего периода жизни и развитием ожирения.»

‒ Меган Азад ‒

РИСУНОК 1 Влияние антибиотиков на микробиоту и ожирение

САНЖАЙ ПАТОЛ (SANJAY PATOLE) (Отделение неонатальной педиатрии, Мемориальная больница Короля Эдварда для женщин, Перт, Австралия) выступил с сообщением на тему связи между некротизирующим энтероколитом (NEC) и микробиотой. NEC является приобретенным воспалительным заболеванием желудочно-кишечного тракта, которое ассоциируется со значительными показателями смертности и заболеваемости среди новорожденных, имеющих очень низкий вес при рождении. По имеющимся представлениям, взаимодействие между toll-like рецепторами, бактериальными эндотоксинами, избыточным воспалительным ответом врожденной иммунной системы, гипоксией, ишемией, реперфузией, свободными радикалами, присутствием субстрата, а также бактериальными эндотоксинами, играет важную роль в патогенезе NEC. Связь различных микроорганизмов с NEC интригует исследователей уже в течение многих лет. Проведенные недавно исследования показывают, что в отличие от здоровой микробиоты кишечника взрослого человека, микробиота у недоношенных детей первого года жизни представлена лишь несколькими видами, характеризуется значительной индивидуальной вариабельностью, постоянно меняется, а также играет важную роль в развитии NEC. Несмотря на общее мнение, что микроорганизмы, населяющие кишечник, играют основополагающую роль в патогенезе NEC, не было выявлено ни одной устойчивой ассоциации какого-либо специфического патогена с NEC. Были использованы более современные молекулярные методы (например, гены специфических праймеров 16S рРНК, пиросеквенирование фекальной ДНК), чтобы попытаться установить роль микробиоты кишечника в патогенезе NEC. Исследования показали, что развитие NEC положительно коррелировало с наличием Gammaproteobacteria и было связано негативно с анаэробными бактериями (например, Negativicutes). В течение периода, предшествующего развитию NEC также наблюдалось снижение видового разнообразия бактерий. Важно оценить воспроизводимость полученных ранее данных в масштабных проспективных исследованиях со стандартизированной методологией (в части обработки проб, применения определенного праймера для ПЦР и метода выделения ДНК).

«Получаемые данные свидетельствуют о том, что колонизация микроорганизмами способна менять эпигенетические сигнатуры незрелого кишечника, способствуя воспалительным изменениям и ухудшая барьерные функции, что вызывает предрасположенность к NEC.»

— Санжай Патол —

ЭРИКА ИСОЛАУРИ (ERIKA ISOLAURI) (Отделение педиатрии и подростковой медицины; Больница Университета Турку, Финляндия) объяснила, как изменения микробиоты влияют на ожирение. Микробиота является новой мишенью для интервенций, цели которых заключаются в сдерживании перехода неонатального ожирения в ожирение во взрослом периоде жизни, что в последнее время наблюдается все чаще. Отклонение состава и функции микробиоты кишечника от нормы приводит к появлению иммунологических и метаболических нарушений, а также воспалительной реакции слабой степени интенсивности, для которой доказана причинно-следственная связь с устойчивостью к инсулину. Имеющиеся данные показывают, что роды методом кесарева сечения, применение антибиотиков и отсутствие грудного вскармливания изменяют взаимодействия между организмом и микроорганизмами, а также могут увеличивать риск ожирения. По сравнению с матерями, имеющими нормальный вес, грудное молоко матерей с избыточным весом содержит больше Staphylococcus, меньше Bifidobacterium, а также более низкие уровни TGF-β2 и sCD14. При проведении рандомизированного контролируемого исследования было показано, что правильное питание и применение пробиотиков (Lactobacillis rhamnosus GG и Bifidobacterium lactis) в течение беременности и грудного вскармливания снижает риск гестационного диабета и вероятность рождения ребенка большого размера, а также обеспечивает профилактику раннего появления избыточного веса у ребенка. В контрольном исследовании, проведенном через 10 лет, у детей, матери которых получали пробиотики, отмечалась значительно меньшая встречаемость аллергии и меньше случаев ожирения, по сравнению с детьми из группы плацебо. Идея, что микробиота кишечника может быть перепрограммирована пробиотиками и синбиотиками, представляется весьма привлекательной. Однако следует отметить, что состав микробиоты кишечника является только одним из факторов. Должна быть изучена двунаправленная связь между микроорганизмами и организмом человека через эндокринные, иммунные сигналы и нервные импульсы, а также их мишенями в метаболических, иммунных гуморальных и неврологических реакциях.

«Будучи чрезвычайно восприимчивым к воздействию окружающей среды, в частности, к питанию в раннем периоде жизни, развитие микробиоты кишечника определенного состава может оказаться принципиально важным в роли мишени для усилий, направленных на снижение риска ожирения.»

— Эрика Исолаури —

ФИЛИП ШЕРМАН (PHILIP SHERMAN) (Институт научных исследований, Детская больница, Университет Торонто, Канада) представил доклад на тему о связи между микробиотой и функциональными заболеваниями ЖКТ у детей первого года жизни и детей младшего возраста. Дисбиоз все чаще признается этиологической причиной ряда заболеваний, включая функциональные нарушения работы пищеварительного тракта, такие как колики у детей первого года жизни и синдром раздраженного кишечника у детей младшего возраста. Дети первого года жизни с коликами имеют микробиоту кишечника более бедного видового состава по сравнению с контролем. Было предложено несколько методов для увеличения микробиологического разнообразия, например, трансплантация фекальной микрофлоры или использование консорциума микроорганизмов, отдельных штаммов и биологически активных веществ (молекул, продуцируемых штаммом). При проведении нескольких двойных слепых исследований с применением плацебо было показано, что штамм L. reuteri DSM 17838 эффективно снижал время плача у детей первого года жизни с инфантильными коликами, находящимися на грудном вскармливании. Этот факт также был подтвержден в ходе метаанализа, хотя точный компонент пробиотического агента, опосредующего полученные эффекты, является предметом продолжающегося исследования. Дети с IBS имеют микробиом кишечника, сходный по составу с микробиомом здоровых детей, за исключением большего количества γ-протеобактерий. Результаты рандомизированных контролируемых исследований позволяют предположить, что IBS можно эффективно лечить пробиотиками, например, Lactobacillus plantarum 299v и Bifidobacterium logum subsp infantis 35624. На многие вопросы еще предстоит найти ответ: например, каким должно быть оптимальное дозирование, время переваривания; что лучше, применять один штамм мом многокомпонентные формулы; как сохранить жизнеспособность бактерий при хранении; а также каковы положительные свойства продуктов на основе пробиотиков.

«Эффекты, специфические для определенного штамма, в отношении устойчивости при колонизации, целостности барьерной функции, изменения сигнальной трансдукции, влияния на врожденные и адаптивные иммунные реакции, а также висцеральную гипералгезию, скорее всего, могут объяснить разнообразие штаммов микроорганизмов в составе разных пробиотиков.»

— Филип Шерман —

ДЭВИД ШЕН (DAVID SHEN) (Отделение гастроэнтерологии, Медицинский колледж Перельмана, Университет Пенсильвании, США) представил обзор роли рациона питания и микробиоты с точки зрения влияния на здоровье и развитие заболеваний. Формирование стабильной и разнообразной микробиоты кишечника необходимо для обеспечения разных физиологических функций организма, например, иммунорегуляции, профилактики развития патогенов и нормального метаболизма. Кроме того, нормальная микробиота может создать условия для поддержания хорошего состояния здоровья, в то же время при дисбиозе происходит изменение структуры и функции микробиоты, а также формируется предрасположенность к определенным заболеваниям.

РИСУНОК 2. Взаимодействия между геномом организма-хозяина и микроорганизмами в контексте патогенеза заболеваний, опосредованных иммунной системой, в условиях современного общества

Сиалированные олигосахариды, обнаруженные в грудном молоке, обеспечивают здоровый рост детей первого года жизни. С другой стороны, у детей первого года жизни отмечалась недостаточность питания, когда они потребляли грудное молоко с низким содержанием олигосахаридов, а также, что интересно, эти эффекты коррелировали с микробиотой. По мере взросления организма микробиом становился более разнообразным. Примечательно, что прекращение грудного вскармливания, а не введение новых продуктов, является стимулом развития микробиома, более соответствующего взрослому организму. Существует сложная связь между рационом питания и микробиомом кишечника, которая, по имеющимся данным, может влиять на развитие заболеваний. Например, механизм, за счет которого пищевые волокна улучшают метаболизм глюкозы, может быть отнесен на счет увеличения популяции Prevotella, в то же время Prevotella обеспечивает защиту от непереносимости глюкозы, производимой Bacteroides, а также оптимизирует процесс хранения увеличенных запасов гликогена в печени. При заболеваниях, связанных с нарушением регуляции иммунной системы слизистой, например, при воспалительном заболевании кишечника, изменение состава микробиоты и рациона являются факторами, влияющими на патогенез. Попытка устранения дисбиоза при помощи трансплантации фекальной микробиоты может оказаться полезным методом лечения язвенного колита. Эти вмешательства являются важными стратегиями с точки зрения поддержания здоровья и профилактики (лечения) заболевания, направленными на изменение микробиоты кишечника и образование метаболитов.

«Рацион, будучи общим субстратом для клеток организма и микробиоты кишечника, оказывает существенное влияние на здоровье и развитие заболевания в организме, как непосредственно, так и за счет образования метаболитов бактериями, входящими в состав микробиома кишечника.»

— Дэвид Шен —

Председатель: Филип Шерман (Philip Sherman)

На третьем заседании ведущие эксперты обсуждали аспекты, связанные с олигосахаридами грудного молока (HMO), включая их эволюцию, имеющиеся научные данные, результаты анализа состава, а также рассмотрели влияние на функциональные исходы и будущую роль в детском питании.

БРЮС ГЕРМАН (BRUCE GERMAN) (Институт по изучению здорового питания, Калифорнийский университет в Дейвисе, Калифорния, США) рассказал об эволюции системы лактации у млекопитающих, уделив основное внимание роли олигосахаридов грудного молока (HMO). Белки молока появились для того, чтобы обеспечить питание, а также в качестве носителей зашифрованных функциональных последовательностей, которые должны высвобождаться при избирательном протеолитическом воздействии определенных нативных протеаз молока и ферментов, образующихся в организме ребенка. Были проведены эксперименты на животных, чтобы определить состав молока и оценить его изменения применительно к потребностям организма детей первого года жизни, обусловленным развитием. Исследование на самках кенгуру-валлаби показало, какое влияние оказывало потребление молока на 60-100- дневное потомство с точки зрения всестороннего и скоординированного ускорения их роста и развития. Основываясь на полученных данных, исследователи из Сиднея используют компоненты молока сумчатых для ускорения развития легких у недоношенных детей первого года жизни. HMO являются третьим наиболее представительным классом биологических молекул грудного молока, несмотря на то, что не усваиваются в организме человека. HMO структурно различны и служат субстратом, определяющим состав микробиоты. Кроме того, HMO способствуют уничтожению патогенов, а также развитию иммунной и нервной системы. В противоположность бытующим представлениям, HMO не перевариваются большинством бактерий, входящих в состав микробиоты. В заключение следует отметить, что молоко характеризуется наличием сложной, но контролируемой активной протеолитической системы, которая начинает расщеплять специфические белки молока в молочной железе и способствует усвоению белков в желудке и кишечнике ребенка. Компоненты молока, в частности HMO, очень многочисленны, разнообразны и многофункциональны. Исследование молока является основой для изучения гликанов и микробиоты.

«Полученные данные свидетельствуют о том, что некоторые пептиды грудного молока обладают антимикробными, иммуномодулирующими и другими функциями, защищают ребенка первого года жизни от патогенов, влияют на его развитие и определенным образом улучшают исходы развития.»

— Брюс Герман -

КЛЕМЕНС КУНЦ (CLEMENS KUNZ) (Институт нутрициологии, Университет Юстуса Либиха в Гиссене, Германия) познакомил с имеющейся информацией по составу HMO и метаболизму детей первого года жизни. Примерно с 1900 г. одновременно с открытием лактобактерий и бифидобактерий, а также выяснением их важности для здоровья и профилактики заболеваний, педиатры стали понимать, что состав микробиоты в пробах фекалий от детей, получающих грудное и искусственное вскармливание могут различаться (в настоящее время это доказано). Наблюдения показали, что данное различие, в частности, связано углеводной фракцией молока. Это послужило отправной точной для изучения углеводов грудного молока — HMO. К настоящему времени описано примерно 150-200 типов HMO. Сегодня, благодаря биотехнологическим достижениям, можно производить отдельные HMO в больших количествах, подвергать их очистке и использовать при проведении исследований метаболизма или функциональных особенностей организма человека. Было также установлено, что HMO оказывают положительное влияние на состояние здоровья детей первого года жизни, получающих искусственное вскармливание, способствуя формированию микробиоты кишечника. В ходе рандомизированного контролируемого исследования было показано, что дети первого года жизни, получавшие заменители грудного молока, обогащенные определенным типом HMO, 2’- фукозиллактозой (2’FL), демонстрируют темпы роста, сходные с детьми, находящимися на грудном вскармливании. В другом рандомизированном контролируемом исследовании было установлено, что применение формулы для кормления доношенных детей, обогащенной двумя HMO, 2’FL и лакто-Nнеотетраозой (LNnT), приводит к изменению микробиоты в стуле ребенка и формированию метаболических сигнатур, более сходных с теми, что наблюдаются у детей, находящихся на грудном вскармливании. Исследования, проведенные группой под руководством Кунца, не выявили различий в концентрации HMO в молоке после срочных и преждевременных родов, однако были отмечены различия по паттернам HMO и их количествам в соответствии со статусом секретора (Таблица 1). Секретор — это человек, секретирующий антигены, свойственные его группе крови, в жидкости организма (например, слюну или слизь), тогда как у несекретора подобные процессы отсутствуют. Молоко женщины-секретора также содержит значительно больше HMO, чем несекретора. В фекалиях детей первого года жизни, находящихся на грудном вскармливании вариабельность HMO была высокой, что может быть вызвано изменениями состава микрофлоры. Выделение HMO с мочой обычно соответствует паттерну HMO с молоке, однако есть исключение: несмотря на то, что LNFP I является одним из основных HMO в молоке секретора, LNFP I не был обнаружен в моче детей первого года жизни, потреблявших это молоко. С течением времени не отмечается постепенного уменьшения экскреции HMO, даже после семи месяцев исключительно грудного вскармливания, однако выделяются отдельные HMO. Кроме того, во всех случаях выявления олигосахаридов в фекалиях, было зарегистрировано присутствие LNnT, основного структурного класса HMO. Следовательно, данные не подтверждают, что LNnT является основным источником для микробиоты.

ТАБЛИЦА 1: Наличие структур HMO в зависимости от группы крови по Льюису и статусу секретора.

«Короткоцепочечные галактоолигосахариды и длинноцепочечные фруктоолигосахариды, содержащиеся в формулах для искусственного вскармливания, в структурном отношении значительно отличаются от олигосахаридов грудного молока (HMO).»

— Клеменс Кунц —

ДЭВИД МИЛЛС (DAVID MILLS) (Отделение нутрициологии и технологии, Калифорнийский университет в Дейвисе, Калифорния, США) представил сведения о функциональной роли HMO. С точки зрения пребиотической активности, HMO представляют собой питательный субстрат для определенных типов бифидобактерий, например, B. longum subsp infantis. Бифидобактерии играют основную роль в структурировании микробиома кишечника детей первого года жизни, находящихся на грудном вскармливании, что обусловлено способностью бактерий ассимилировать HMO. Однако в ходе последних исследований было установлено, что бифидобактерии часто отсутствуют в микробиоме кишечника у многих детей, находящихся на грудном вскармливании, в некоторых регионах мира. Низкая частота/длительность грудного вскармливания, состав гликанов молока, а также использование антимикробных препаратов может приводит к уничтожению бифидобактерий. Бактерии кишечника ассимилируют HMO разными способами. B. longum subsp infantis обеспечивают попадание HMO в клетку, после чего внутриклеточные гликолитические ферменты их расщепляют, таким образом этот подвид бактерий усваивает олигосахариды внутри клетки. С другой стороны, некоторые бактерии расщепляют олигосахариды вне клетки: например, B. bifidum или Bacteroides, вызывают распад HMO за пределами клетки, после чего абсорбируют некоторые из образовавшихся компонентов. B. longum subsp infantis размножается на HMO и может превосходить по численности Bacteroides. Следовательно, когда этот подвид колонизирует кишечник, видовое разнообразие микробиоты снижается. Однако, когда кишечник колонизируется бактериями, которые расщепляют олигосахариды вне клетки, непереваренные компоненты могут служить субстратом для развития других видов бактерий. Например, потребление HMO Bacteroides spp обеспечивает развитие протеобактерий, таких как E. coli. Данные, полученные в ходе исследований по изучению недоношенных детей первого года жизни с некротизирующим энтероколитом (NEC), подтверждают правильность этой модели перекрестного питания. Протеобактерии, выделенные от пациентов с NEC, росли на фукозе, продукте распада HMO, но не конъюгированных HMO. Эта информация может быть использована для выбора определенных пробиотиков, которые потребляют все сахара, представленные в молоке.

«Бифидобактерии играют основную роль в структурировании микробиома кишечника детей первого года жизни, находящихся на грудном вскармливании, что обусловлено их способностью усваивать HMO. Однако в ходе последних исследований было установлено, что бифидобактерии часто отсутствуют в микробиоме кишечника у многих детей, находящихся на грудном вскармливании, в некоторых регионах мира.»

—Дэвид Миллс —

СЕППО САЛМИНЕН (SEPPO SALMINEN) (Форум по функциональным продуктам питания, Факультет медицины, Университет Турку, Финляндия) посвятил свое выступление регулирующим аспектам применения HMO. Олигосахариды грудного молока (HMO) ‒ это группа сахаров, представляющих собой структурно разные неконъюгированные гликаны. Они содержатся в грудном молоке, при этом их состав уникален для грудного молока каждой женщины. Эти вещества ранее не использовались в каких-либо продуктах питания, и, следовательно, для использования олигосахаридов грудного молока в продуктах питания необходима оценка безопасности, а также, вероятнее всего, оценка потенциальной пользы для здоровья. Хотя показано, что HMO влияют на развитие микробиоты кишечника ребенка первого года жизни, не вполне ясно, способны ли HMO аналогичным образом изменять состав микробиоты грудного молока или воздействовать на микробиоту ротовой полости, носоглотки, желудочнокишечного и мочеполового тракта. Однако эти вещества действительно играют роль на ранних этапах колонизации и изменения состояния кишечника ребенка первого года жизни. Возможно, они выполняют функцию специфических для матери и ребенка иммунопротекторов в течение беременности и грудного вскармливания. В настоящее время HMO рассматриваются как новые ингредиенты формул для искусственного вскармливания, других продуктов питания и пищевых добавок, а также, как таковые, подпадают под новое правило регулирования пищевых продуктов (EU 2015/2283). Европейское агентство по продовольственной безопасности (EFSA) является рекомендательным органом, который проводит независимую оценку, информирует о рисках, связанных с продовольственной безопасностью, а также издает рекомендации для Европейской Комиссии, Европарламента и государств-членов ЕС. В соответствии с EU 2015/2283, государства-члены ЕС могут решать, соответствует ли тип продукта установленному перечню, а также выдавать регистрационное удостоверение, основываясь на безопасности продукта. Функциональность не оценивается и не является основой для получения разрешения. Утверждения относительно питательной ценности и здоровья регулируются правилом (EC) 1924/2006. Заявления о влиянии на здоровье разрешаются при наличии научного подтверждения, полученного при исследовании нормальной популяции жителей ЕС. Лакто-Nнеотетраоза и 2’-O-фукозиллактоза ‒ это HMO, одобренные в ЕС как новые виды питания. В США соответствие требованиям системы GRAS («Система проверки общей безопасности для здоровья») было также подтверждено Администрацией по продуктам питания и лекарственных препаратам США (US FDA) для обоих указанных HMO.

«Лакто-N-неотетраоза и 2’-O-фукозиллактоза ‒ это HMO, одобренные в ЕС как новые виды питания. В США соответствие требованиям системы GRAS („Система проверки общей безопасности для здоровья“) было также подтверждено Администрацией по продуктам питания и лекарственных препаратам США (US FDA) для обоих указанных HMO.»

— Сеппо Салминен —

88 семинар Института питания Нестле (Nestlé Nutrition Institute), название которого «Микробиом кишечника: Функциональные аспекты в состоянии здоровья и при развитии заболевания» точно отражает содержание выступлений, посвящен исследованиям микробиома и олигосахаридов грудного молока (HMO). При изучении микробиома установлены различные важные роли микробиоты по воздействию на метаболизм организма, иммунитет и общее состояние здоровья. Многочисленные физиологические и патологические состояния, такие как атопия и ожирение, коррелируют с изменением микробиоты, что также описывается термином дисбиоз. Однако беременность является исключением, так как изменения в микробиоме происходят даже в случае здоровой беременности. Взаимодействие с колонизирующими бактериями в развивающемся неонатальном кишечнике помогает организму ребенка адаптироваться к условиям, отличным от внутриутробного развития, в частности, за счет достижения иммунного гомеостаза, а также обеспечивает защиту от развития болезней в последующие периоды жизни. События перинатального периода, например, роды при помощи кесарева сечения, преждевременные роды, применение антибиотиков или тип кормления, могут приводить к нарушениям микроэкологии кишечника. Кроме того, дисбиоз у детей первого года жизни связан с последующим развитием иммунологических и метаболических заболеваний. Исследования показывают, что микробиота изменяет эпигенетическую экспрессию гена организмахозяина посредством метилирования ДНК; это имеет значение для развития клеток и появления иммунологических заболеваний. Кроме того, изучение связей между мозгом, кишечником и микробиомом показали, что сигналы микроорганизмов могут влиять на поведение и ряд мишеней организма, включая иммунную и сердечно-сосудистую систему, ось «гипоталамус—гипофиз—надпочечники» и метаболизм организма. Олигосахариды грудного молока (HMO) присутствуют в нем в большом количестве, причем профиль их содержания характеризуется индивидуальностью у каждой женщины. HMO обладают функциями бифидофакторов, влияющих на развитие здорового микробиома кишечника, способствуют профилактике инфекции, а также способны изменять функционирование иммунной системы. Применение HMO стало новым способом изменения микробиома кишечника, а также возможного улучшения состояния здоровья. HMO активно изучаются, кроме того, недавно стало возможным масштабное производство HMO. С точки зрения перспективы регулирования, HMO являются новыми видами продуктов питания и нуждаются в оценке безопасности до того, как их массовое применение станет возможным. Кроме того, потребуется оценка эффективности, если упаковка продуктов будет содержать какие-либо утверждения о влиянии на здоровье. Два вида HMO, которые были одобрены в ЕС как новые продукты питания, ‒ это лакто-N-неотетраоза и 2’-O-фукозиллактоза. В США в отношении обоих указанных HMO было получено подтверждение соответствия требованиям GRAS («Системы проверки общей безопасности») при проведении соответствующей оценки Администрацией по продуктам питания и лекарственным препаратам (US FDA).