XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Кишечная микробиота представляет собой совокупность микроорганизмов, которые населяют пищеварительный тракт. Микробиота содержит огромное множество микроорганизмов, включая, по меньшей мере, 1000 различных видов известных бактерий, подавляющее большинство из которых принадлежат к типам Firmicutes и Bacteroidetes. Кишечный микробиом содержит примерно в 150 раз больше генов, чем геном человека.

Отношения между макроорганизмом и микробиотой симбиотические - кишечник макроорганизма предоставляет место для роста бактерий, и также обеспечивает питание в виде непереваренной пищи и удаленной слизи, в то же время бактерии способствуют развитию тканей и способствуют иммунитету кишечника. Эти резидентные бактерии образуют сложную сеть, использующую различные источники энергии от хозяина или других бактерий для выживания в среде кишечника [1, с.27].

От отдела пищеварительного тракта зависят состав и численность кишечной микробиоты. Микробиота толстого кишечника - самая многочисленная, и составляет она 60% всего микробиома организма. Представлена она преимущественно анаэробными бактериями [2, с.20].

Микрофлора кишечника участвует в ферментации нерасщепленных ранее компонентов пищи, главным образом углеводов крахмал, олиго- и полисахаридов (в том числе и целлюлозы), а также белков и жиров. Не всосавшиеся в тонкой кишке белки и углеводы в слепой кишке подвергаются более глубокому бактериальному ферментированию.

Среди важнейших системных функций кишечной микробиоты является поставка субстратов глюконеогенеза, липогенеза, а также участие в метаболизме белков и рециркуляции желчных кислот, стероидов и других макромолекул [3, с. 3-9].

Кишечная микробиота может влиять на перистальтику кишечника: за счет стимуляции синтеза окиси азота и активации клеток кишечника может замедлять моторику в тонкой кишке и проксимальных отделах толстой кишки, а также за счет короткоцепочечных жирных кислот, синтезированных микрофлорой, и в дистальных отделах толстой кишки стимулируют усиление моторики.

Микроорганизмы, населяющие кишечник человека и животных, продуцируют и утилизируют многие витамины: группы К, В1, В2, В3, B5, В6, В12. Кишечная микробиота стимулирует развитие лимфоидного аппарата кишечника и местный иммунитет, как было сказано выше, а также приводит к системному повышению тонуса иммунной системы с активацией клеточного и гуморального звеньев иммунитета.

За последние двадцать лет были проведены многочисленные исследования для выявления метаболитов, продуцируемых микробиотой кишечника. Эти метаболиты, в основном, включают SCFAs, производные индола, полиамины, органические кислоты, витамины.

Из вышеназванных метаболитов наиболее изучены короткоцепочечные жирные кислоты (SCFAs). Они представляют собой насыщенные алифатические органические кислоты с основной цепью от одного до шести атомов углерода. Короткоцепочечные жирные кислоты в основном продуцируются в толстом кишечнике путем ферментации кишечной микробиотой углеводов растительного происхождения, которые не перевариваются и не всасываются в тонком кишечнике. Наиболее распространенными короткоцепочечными жирными кислотами в желудочно-кишечном тракте является ацетат, пропионат и бутират.

Ацетат, может производиться из пирувата многими кишечными бактериями либо через ацетил-CoA, либо через путь Вуда-Люнгдаля, в котором ацетат синтезируется через две ветви: первая - восстановление CO2 до формиата, и вторая - восстановление CO2 до CO, который далее объединяется с метильной группой с образованием ацетил-КоА. В результате превращения сукцината в метилмалонил-КоА по сукцинатному пути образуется пропионат. Пропионат также можно синтезировать из акрилата с лактатом в качестве предшественника через акрилатный путь и через путь пропандиола, в котором дезоксигексозные сахара (фукоза и рамноза) являются субстратами. Бутират образуется в результате конденсации двух молекул ацетил-КоА и последующего восстановления до бутирил-КоА, который может быть преобразован в бутират посредством так называемого классического пути фосфотрансбутирилазы и бутираткиназы. Бутирил-КоА также может быть преобразован в бутират с помощью пути бутирил-КоА: ацетат-КоА-трансферазы. Некоторые микроорганизмы в кишечнике могут использовать и лактат, и ацетат для синтеза бутирата, который предотвращает накопление лактата и стабилизирует кишечную среду [4, с.1332].

Бутират - основной метаболический субстрат для колоноцитов, обеспечивающий не менее 60–70% их потребности в энергии, необходимой для их пролиферации и дифференцировки.

Короткоцепочечные жирные кислоты являются биохимическими маркерами симбиоза человеческого организма и населяющей кишечник микрофлоры, а также основным источниками энергии для клеток слизистой толстого кишечника.

Физиологические роли SCFAs шире, чем местное воздействие на кишечник на энтероциты и пищеварительную функцию; они действительно играют важную иммунологическую роль как системно, так и локально в кишечнике.

В настоящее время известно, что состав микробиоты кишечника может колебаться в ответ на внешние факторы, такие как антибиотики. Было проведено исследования, в котором наблюдалось снижение микробного разнообразия и сокращение основной филогенетической микробиоты при лечении антибиотиков. Другое исследование было посвящено долгосрочным последствиям применения антибиотиков. Некоторые антибиотики особенно активны против анаэробных бактерий, которые доминируют и играют важную роль в микробиоте кишечника человека. 

Обработанный антибиотиками микробиом высвобождает такие углеводы слизистой оболочки, как фукоза и сиаловая кислота. Повышенный уровень этих веществ способствует распространению в кишечнике условно-патогенных микроорганизмов Salmonella typhimurium и C.difficile.

Антибиотики могут негативно повлиять на микробиоту, однако избежать приема антибиотиков часто невозможно, потому что они могут победить множество инфекций.  Чтобы уменьшить неблагоприятные изменения микробиоты кишечника человека, вызванные терапией антибиотиками, в настоящее время широко используются коммерческие пробиотики [5, с. 5-7].

Пробиотики - живые микроорганизмы, использование которых в необходимом количестве оказывает лечебно-профилактическое воздействие на организм человека. Пробиотики оптимизируют кишечную экосистему, воздействуя на иммунные механизмы слизистой оболочки кишечника, в том числе посредством стимулирования синтеза цитокинов, секреции IgA, фагоцитоза и производства веществ, оказывающих ингибирующее влияние на все факторы бактериальной агрессии.

Пребиотики - специальные ингредиенты немикробного состава, которые избирательно стимулируют рост и развитие нормальной микрофлоры кишечника (инулин, лактулоза). Добавление пребиотика может усилить действие пробиотиков. Пребиотики действуют путем модуляции профиля микробиоты кишечника и служат в качестве субстрата для производства метаболически активных веществ, в частности короткоцепочечных жирных кислот.

Исследования свойств пробиотиков продолжаются. У многих данных исследований имеются различные уровни доказательности. Тем не менее следует признать, что в последние годы в медицине бурно развиваются различные аспекты применения про- и пребиотиков [6, с. 10-12].

Список литературы:

Kataoka K. The intestinal microbiota and its role in human health and disease. The Journal of Medical Investigation. 2016.Vol. 63. P. 27-28.

Никонов Е.Л., Попова Е.Н. Микробиота. М.:2019. с. 20-21.

Rinninella E., Cintoni M., Raoul P., Lopetuso L.R., Scaldaferri F., Pulcini G., Donato Miggiano G.A., Gasbarrini A., Mele M.C. Food Components and Dietary Habits: Keys for a Healthy Gut Microbiota Composition. Nutrients. 2019. Vol 11. P. 2-23.

Koh A., Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Backhed F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell. 2016.Vol 165. P. 1332-1334.

Becattini S., Taur Y., Pamer E.G. Antibiotic-Induced Changes in the Intestinal Microbiota and Disease. Trends Mol Med. 2017. P. 5-7.

Markowiak P., Slizewska K. Effects of Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics on Human Health. Nutrients .2017. Vol 9. P. 10-12.