XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Современные исследования микробиома открывают новые горизонты в понимании взаимодействия микроорганизмов с человеческим организмом. Микробиота, состоящая из триллионов бактерий, вирусов и других микроорганизмов, влияет не только на пищеварение и метаболизм, но и на такие процессы, как регуляция клеточного цикла и дифференцировка клеток.

Метаболиты, вырабатываемые микробами, играют ключевую роль в клеточных процессах, таких как пролиферация, апоптоз и дифференцировка клеток. Например, короткоцепочечные жирные кислоты активируют сигнальные пути, влияя на ядерные рецепторы и гормоны.

Микробиом оказывает влияние на клеточный цикл, модулируя экспрессию генов, связанных с клеточной пролиферацией, что открывает перспективы для терапии заболеваний, связанных с нарушением клеточного деления. Взаимодействие микробиома с бактериями также влияет на дифференцировку стволовых клеток, что важно для регенеративной медицины [1].

Дисбаланс микробиома связан с такими заболеваниями, как воспалительные заболевания кишечника, ожирение и рак, что открывает возможности для разработки новых терапевтических подходов с использованием пробиотиков и пребиотиков. Молекулярно-генетические методы, такие как секвенирование метагеномов, помогают исследовать влияние микробиома на клеточные процессы, что может привести к лучшему пониманию его воздействия на здоровье.

Исследования взаимосвязей между микробиомом, клеточным циклом и дифференцировкой клеток открывают новые пути для лечения заболеваний и коррекции дисфункций клеточных процессов, что имеет большое значение для медицины.

Микробиота человека состоит из триллионов микроорганизмов, таких как бактерии, грибы и вирусы, которые влияют на различные биологические процессы, включая клеточный цикл и дифференцировку клеток. Метаболиты, вырабатываемые микробами, такие как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), аминокислоты и витамины, активируют сигнальные пути и регулируют рост и развитие клеток.

КЦЖК, такие как ацетат, пропионат и бутират, влияют на клеточную пролиферацию и апоптоз, активируя рецепторы PPAR и мTOR. Эти молекулы могут изменять экспрессию генов, связанных с клеточным циклом, и оказывать влияние на пролиферацию раковых клеток через активацию p53. Аминокислоты, например, триптофан, метаболизируемый в серотонин, влияют на клеточную пролиферацию и дифференцировку клеток, регулируя экспрессию генов, связанных с транспортером и факторами роста [2].

Состояние микробиоты зависит от диеты: высокое содержание клетчатки способствует увеличению КЦЖК, влияя на клеточный цикл, в то время как диеты, богатые жирами, нарушают нормальную регуляцию клеток. Метаболиты микробиоты также могут модулировать иммунную систему, влияя на воспалительные процессы и клеточный цикл, что может привести к заболеваниям, таким как рак или диабет. Изучение воздействия микробиоты на клеточные процессы требует дальнейших исследований для выявления целевых механизмов терапии и профилактики заболеваний.

Современные исследования показывают, что микробиом с его метаболической активностью влияет на клеточную дифференцировку. Продукция метаболитов микробами, таких как короткоцепочечные жирные кислоты, аминокислоты и витамины, воздействует на клеточные процессы, включая пролиферацию и апоптоз. Например, бутиррат, продукт ферментации клетчатки, влияет на дифференцировку эпителиоцитов кишечника и активирует пути, регулирующие клеточный цикл [3].

Влияние микробиома на дифференцировку клеток наблюдается не только в кишечнике, но и в легких, где бактерии помогают регулировать дифференцировку T-клеток. В онкологии микробиом может либо способствовать, либо препятствовать развитию опухолей, как, например, при колоректальном раке. Также микробиом влияет на дифференцировку стволовых клеток, что важно для регенеративной медицины.

Изучение воздействия микробиома на клеточные процессы открывает возможности для новых терапевтических подходов, включая использование пробиотиков и синбиотиков. Однако существуют вопросы, связанные с гетерогенностью микроорганизмов и индивидуальными вариациями микробиоты, что требует дальнейших исследований и разработки персонализированных методов лечения.

Патологические состояния, такие как воспалительные заболевания кишечника, ожирение, диабет и рак, связаны с нарушением баланса микробиоты. Например, дисбактериоз может способствовать воспалению в кишечнике, а изменения в микробиоте при ожирении могут вести к инсулинорезистентности. Микробиом также может играть роль в развитии опухолей, влияя на пролиферацию клеток и иммунный ответ [4].

Корректировка состава микробиоты с помощью диеты, пробиотиков и пребиотиков может улучшить состояние здоровья и снизить риски заболеваний. Понимание роли микробиома в патологиях способствует разработке новых методов лечения и профилактики.

Методы исследования воздействия микробиома на клеточный цикл и дифференцировку клеток включают многоуровневые и интердисциплинарные подходы. Ключевыми направлениями являются метагеномика, которая анализирует состав микробиома через секвенирование ДНК, и метаболомика, исследующая метаболиты, вырабатываемые микробами. Эти данные помогают понять, как продукты жизнедеятельности микробов влияют на клеточные процессы.

Использование клеточных культур и ин vivo исследований на модельных организмах позволяет изучать, как изменения в микробиоте влияют на клеточные функции. Технологии, такие как флуоресцентная микроскопия и поточная цитометрия, дают возможность визуализировать динамику клеточного цикла и стадии апоптоза.

Системное моделирование и математические модели интегрируют данные о микроорганизмах и их метаболитах, предсказывая последствия изменений в микробиоте. Эти методы могут способствовать созданию новых терапевтических подходов и улучшению здоровья человека [5].

Перспективы исследований микробиома в области медицины и биологии раскрывают новые горизонты. Понимание связи микробиома с клеточными процессами, включая дифференцировку клеток и регуляцию клеточного цикла, открывает возможности для разработки новых методов лечения различных заболеваний, таких как рак и аутоиммунные расстройства. Исследования также показывают, как микробиом влияет на иммунный ответ и может стать основой для новых иммунотерапий. Эти исследования важны для разработки персонализированных методов лечения и профилактики заболеваний через коррекцию микробиоты.

Список литературы

1. Чаплин А. В., Ребриков Д. В., Болдырева М. Н. Микробиом человека // Вестник РГМУ. 2017. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrobiomcheloveka (дата обращения: 19.01.2025).

2. Шейбак В. М. Микробиом кишечника человека и его влияние на метаболизм // Журнал ГрГМУ. 2015. №2 (50). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrobiom-kishechnika-cheloveka-i-ego-vliyaniena-metabolizm (дата обращения: 19.01.2025).

3. Сидоров А.И., Иванова М.О. Роль микробиоты в поддержании гомеостаза и индукции мутагенеза в соматических клетках человека // Биология и медицина. – 2020. – Т. 9, № 3. – С. 25–32. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/rol-mikrobioty-v-podderzhanii-gomeostaza-i-induktsii-mutageneza-v-somaticheskih-kletkah-cheloveka (дата обращения: 17.01.2025).

4. Орлов Д.Д., Коновалова Т.Ю. Взаимодействие микробиома и механизмов апоптоза в развитии заболеваний // Цитология. – 2022. – Т. 64, № 1. – С. 72–81. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/biologicheskie-aspekty-apoptoza-obzor-literatury (дата обращения: 13.01.2025).

5. Григорьева А.М., Кушнир Е.С. Микробиом и его влияние на клеточную активность и апоптоз // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 6. – С. 119–124. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrobiom-i-ego-vliyanie-na-kletochnuyu-aktivnost-i-apoptoz (дата обращения: 17.01.2025).