Leem мікробіота
Про що ми говоримо ?
Мікробіота кишечника містить найбільшу бактеріальну спільноту в організмі людини, що складається з 10 13 бактерій, розташованих переважно в тонкому кишечнику та товстій кишці.
Кишкова мікробіота в цифрах
10 13 бактерій
віруси і особливо фаги (заражають лише бактерії), гриби
Від 300 до 500 видів
на одну особину серед 1500 до 2000 видів, зафіксованих у фекаліях людини
Від 500 000 до 600 000 генів
бактерія на одну особу в каталозі з понад 10 мільйонами бактеріальних генів (порівняно з 22000 генами в геномі людини)
Симбіотичні бактерії людського організму
Серед безлічі бактеріальних генів, кодованих мікробіотою, ядро генів, яке завжди присутнє, вважається необхідним для адаптації бактерій в травній екосистемі.
Але існує також дуже велика кількість генів, представлених по-різному між людьми.
Їхня точна індивідуальна роль залишається в основному загадковою, але зараз прийнято, що деякі виконують важливі для господаря функції.
Багаторазові експериментальні дослідження, засновані на викоріненні мікробіоти, справді показали, що вона має значний вплив на фізіологію свого господаря та розвиток численних патологій.
У кишечнику, крім того, що він діє як бар'єр проти патогенних мікробів, визнаних протягом шістдесяти років, мікробіота відіграє важливу роль у перетравленні не засвоюваних вуглеводів.
У кишечнику та поза ним мікробіота модулює функціонування імунної системи та метаболізм її господаря, впливаючи на численні органи (кишечник, печінку, легені, нирки, мозок), а також на кістки та організм. система, як було продемонстровано в декількох недавніх дослідженнях.
Тому пропонується, щоб хазяїн та його мікробіота утворювали надорганізм.
Все більше досліджень показують взаємозв'язок між різноманітністю мікробіоти, способом життя та виникненням запальних або хронічних метаболічних патологій.
Таким чином, різноманітність видів, а отже, і мікробних генів, зменшується у осіб з хронічною патологією порівняно із здоровими суб’єктами.
Зменшення різноманітності мікробіоти кишечника спостерігається також у людей, що живуть у промислово розвинутих країнах. Він більш різноманітний у тих, хто дотримується традиційного режиму харчування та способу життя.
Експериментальна робота, яка показує, що у тварин можна перенести хронічне захворювання або схильність до цього захворювання.
Експерименти з мікробіотою пацієнтів дозволяють припустити, що зміни мікробіоти, пов’язані з індустріалізацією, можуть бути причиною епідемії хронічних захворювань, що супроводжують цю зміну способу життя.
Господар і мікробіота: надорганізм
Сигнали кворуму - це молекулярні сигнали, що передаються бактеріями своїм спорідненим.
Абревіатури AMP, LPS, PGN, SCFA, TMA позначають метаболіти, тобто проміжні продукти, що утворюються в організмі в процесі обміну речовин.
Тому виникають два питання, що визначають поточні дослідження мікробіоти:
1. Які фактори впливають на склад мікробіоти: певні зміни протягом життя, дієта, антибіотики ?
2. Який вплив мікробіоти на господаря та які механізми задіяні ?
Що на горизонті до 2030 року
Перспективні терапевтичні шляхи, використовуючи дослідження щодо складу мікробіоти та її впливу на її господаря
• Таким чином, мікробіота кишечника, відіграючи ключову роль на відстані метаболізму та імунної системи, через його метаболіти може впливати на реакцію на лікування. Метаболізм деяких ліків, включаючи наперстянку, протипухлинні препарати та статини, може змінюватися складом мікробіоти. Тому ми можемо думати, що в довгостроковій перспективі терапевтичні втручання можуть визначатися відповідно до складу мікробіоти.
• Аналіз мікробіоти може стати інструментом для стратифікації пацієнтів, що дозволяє контролювати прогресування захворювання (наприклад, хронічне запальне захворювання кишечника) та стан здоров'я пацієнта. Ми також могли б стратифікувати тих, хто не реагував на лікування.
Нові способи розуміння та прогнозування ролі мікроорганізмів мікробіоти у здоров’ї та патології людини шляхом підходів штучного інтелекту, інтегруючи дані «мультиомічного» аналізу пацієнтів, з одного боку, та мікробіоти, з іншого боку.
Новий погляд на народження, на основі численних клінічних та експериментальних доказів, що показують, як спосіб імплантації мікробіоти в перші місяці життя є вирішальним для розвитку дитини та її майбутнього здоров'я. Затримка або модифікація цієї імплантації може пояснити появу пізніших хронічних патологій, таких як алергія, запальні захворювання кишечника, ожиріння та метаболічний синдром.
Що триває
Виявлення факторів, що впливають на склад мікробіоти
ЇЖА
Склад мікробіоти змінюється відповідно до дієти господаря, як це показує зміна складу мікробіоти миші після дієти, багатої цукром і жиром.
Зміни у складі мікробіоти у відповідь на зміну раціону у мишей
ПРИЙМАННЯ АНТИБІОТИКІВ
Він також варіюється залежно від споживання антибіотиків.
Зміни мікробіоти у відповідь на пероральні антибіотики у людей
Склад мікробіоти дуже динамічний і на нього впливає середовище, в якому живе господар, ґрунтова мікробіота, тварини.
Однак він зберігає «стабільну» частину, яку дають мікробні ніші, утворені між 0 і 3 роками.
Розвиток мікробіоти кишечника після народження
Точне визначення функцій мікробіоти
• Кишкова мікробіота сприяє перетравленню їжі та метаболізму. Бактерії товстої кишки особливо оснащені ферментами, здатними розщеплювати складні вуглеводи харчового походження, які не засвоюються кишковими ферментами.
Деградація кишковими бактеріями цих молекул, які зазвичай називають харчовими волокнами, призводить до утворення летких коротколанцюгових жирних кислот, найпоширенішими з яких є ацетат, пропіонат та бутират.
Бутират - це енергетичний субстрат, який використовують епітеліальні клітини, що вистилають стінку товстої кишки. Його використання клітинами товстої кишки супроводжується дуже високим споживанням кисню, що обмежує дифузію цього газу в просвіт кишечника, тим самим підтримуючи умови, сприятливі для росту бактерій, що виробляють бутират.
• Таким чином, він створює a доброчесне коло: бактерії перетравлюють складні цукри, що забезпечуються нашою їжею, вивільняючи бактеріальні метаболіти, які забезпечують виживання клітин товстої кишки.
У свою чергу, метаболізм цих клітин створює сприятливі умови для бактерій, що виробляють ці метаболіти. Це приклад симбіозу, встановленого між кишковими бактеріями та господарем.
• Кишкова мікробіота також здатна виробляти молекули, необхідні для нашого виживання., як вітаміни В12 або К, модулюють поглинання цукрів та ліпідів, перетворюють вторинні жовчні кислоти в метаболіти, які впливають на наш вуглеводно-ліпідний обмін. Було підраховано, що 10% нашої щоденної енергії забезпечується нашою мікробіотою в кишечнику.
• Наявність мікробіоти забезпечує ефективний захист від колонізації патогенними бактеріями. Цей бар'єрний ефект базується на наборі складних механізмів, включаючи конкуренцію між коменсальними бактеріями та патогенами за ті самі енергетичні субстрати, вироблення коменсальними бактеріями антибіотичних речовин, що блокують ріст інших бактерій, стимулювання коменсальними бактеріями.
• Дійсно, бактерії мікробіоти формують нашу імунну систему.. Вони одночасно індукують сигнали, що стимулюють нашу протиінфекційну захист, та інші сигнали, які запобігають надмірному втечі цих реакцій, джерелу запалення та руйнування тканин.
Ці ефекти мікробіоти проявляються в кишечнику, з якого вони посилюють функцію оплоту проти потрапляння кишкових бактерій. Вони також діють на імунну систему на відстані від кишечника, наприклад, посилюючи захист від бактеріальних та вірусних інфекцій в легенях, одночасно обмежуючи алергічні реакції, ефекти, які, тим не менше, змінюються. Відповідно до складу мікробіоти.
• Сигнальні шляхи, активовані мікробіотою, є предметом численних досліджень.. У кишечнику ці сигнали можуть бути результатом безпосереднього контакту між бактеріями та клітинами-господарями. Тим не менше, більшість коменсальних бактерій, що знаходяться в кишечнику, огорнуті плівкою слизу, яка утримує їх в стороні від епітелію.
З іншого боку, мікроорганізми в достатній мірі продукують багато метаболітів, які можуть індукувати сигнали локально в слизовій, але також і на відстані, після дифузії через кров і лімфу.
Деякі метаболіти можуть також діяти, активуючи реле в нервовій системі.
Суттєвою проблемою сьогодні є перелік серед метаболітів, що виробляються мікробіотою, тих, що впливають на господаря, ідентифікація викликаних сигналів та наслідків для господаря, а також визначення конкретних видів, що беруть участь у їх виробництві, та механізмів, що регулюють їх вироблення в кишечнику.
Біологічні ефекти, які вже спостерігаються, дійсно значні щодо регуляції запалення, обміну глюцидо-ліпідів, поведінки, ситості або болю, наприклад.
Ця робота дає можливість розглянути розробку нових біомаркерів, отриманих в результаті бактеріального обміну або заснованих на кількісному визначенні конкретних бактерій.
Отже, мікробіота, доступна у зразках калу, може бути джерелом нових діагностичних біомаркерів або видів бактерій, які можуть бути використані в терапевтичних цілях. Прикладом цих нових пробіотиків є бактерії Faecalibacterium prausnitzii та набір штамів Clostridium, здатних чинити протизапальну дію.
Нарешті, нещодавно трансплантація стільця була визнана наркотиком у Франції. Принцип полягає у прищепленні людського стільця від здорової людини (донора) до пацієнта (реципієнта).
Єдине прийняте в даний час показання стосується діареї стійкої до Clostridium difficile діареї, ефективність якої спочатку була продемонстрована голландською групою.
Проводиться кілька клінічних випробувань для перевірки трансплантації калу на інші патології, такі як хвороба Крона, синдром подразненого кишечника або захворювання печінки.
Результати перших опублікованих досліджень виразкового коліту, запального захворювання кишечника, обнадіюють, але далеко від рівня успіху, який спостерігається при інфекції Clostridium difficile.
• Сьогодні розробляються інші підходи у формі капсул.
Потрібно вирішити багато питань ефективності та безпеки. Хоча цілком імовірно, що трансплантовані штами зможуть імплантуватися в кишечнику пацієнту, у якого розвинувся Clostridium difficile через стійкість до антибіотиків, яка ліквідувала його власну флору, назавжди імплантувати нові штами людині з мікробіотою не просто операції.
Характеристика мікробіоти, пов’язаної зі здоров’ям або патологіями, а також наші знання про функції мікробіоти вимагають від нас комплексного розгляду господаря, людини чи тварини та розробки екологічного підходу до нашого здоров’я.
Що подолати
Мікробіота представляється екосистемою набагато більшої складності, ніж уявляли.
Не всі інструменти, необхідні для розуміння цієї складної екосистеми, мають бути зроблені, і для раціоналізації цієї інформації потрібно провести значну роботу.
Розробляються методи дослідження мікробіоти
Якість використовуваних методів та інструментів дасть змогу зрозуміти, як взаємодіють мікроби та клітини людини, щоб відкрити нові метаболіти, оригінальні молекулярні мішені та розпочати терапевтичні експерименти.
Гіпотези: мова йде про доведення причинно-наслідкового зв'язку між змінами мікробіоти та певними захворюваннями
Таким чином, роль мікробіоти широко згадується в ряді нервово-психічних захворювань: аутизм, тривога та депресія.
Інші дослідження свідчать про важливу роль мікробіоти при нейродегенеративних захворюваннях: вона бере участь у запаленні мозку при хворобі Альцгеймера, беручи участь у формуванні амілоїдних бляшок. Зовсім нещодавно опубліковані або тривають дослідження показують, що існують специфічні ліди, що включають метаболіти, що виробляються певними штамами бактерій.
Здатність мікробіоти протистояти змінам
Фактично це може перешкоджати спробам терапевтичних маніпуляцій. Ще потрібно провести дуже конкретну роботу, щоб зрозуміти механізми, що контролюють склад мікробіоти, щоб мати можливість маніпулювати нею, мінімізуючи ризики. Все більше дослідників розглядає це питання.
Недостатній розвиток екосистеми, присвяченої дослідженням та розробці нових методів лікування мікробіоти
Франція має хороші позиції завдяки певним спеціалізованим науково-дослідним лабораторіям, які зіграли вирішальну роль в описі мікробіоти в нормальних та патологічних станах та у визначенні цікавих штамів.
Тим не менше, все ще слід докласти значних зусиль для обміну базами даних та стандартизованими процедурами між учасниками досліджень, створити та раціоналізувати інструменти та платформи, необхідні для механістичних досліджень, створити підходи до біоінформатики, необхідні для інтеграції та інтерпретації маси даних, що генеруються і, нарешті, розробка стартапів, здатних кваліфікувати біомаркери та розробка контрольованих терапевтичних рішень, заснованих на імплантації конкретних бактерій та фекальних переносів.
Аркуш, вироблений за підтримки Надін Серф-Бенсуссан, директора з досліджень Inserm. UMR S1163. Лабораторія кишкового імунітету. Уявіть собі Інститут.
Витяг із Здоров’я 2030 - Частина 2: вектори інновацій.
Знайдіть все дослідження на сайті.