Пробиотики: научные основы и перспективы использования в лечении и профилактике заболеваний

В последние годы развитие современных методов исследования микробиоты предоставило новые возможности для изучения ее роли в различных аспектах здоровья и развития заболеваний.

Микробиота – уникальная экосистема, населенная десятью триллионами разнообразных симбиотических микроорганизмов, обитающих в кишечнике, площадь слизистой оболочки которого достигает 200–300 м². Эти микроорганизмы, включающие около 50 бактериальных типов и от 100 до 1000 различных видов бактерий, в совокупности называются микробиотой. Количество микроорганизмов, входящих в состав микробиоты, в десять раз превышает число соматических и зародышевых клеток человеческого организма. Совокупность генов, которые содержатся в микробиоте, известна как микробиом, и его объем примерно в 150 раз превышает размер человеческого генома [1, 2]. Микробиота кишечника представляет собой сложное сообщество микроорганизмов (бактерии, грибки, вирусы), среди которых преобладают 150–170 видов бактерий. Большинство принадлежит к двум основным филам – Firmicutes и Bacteroidetes, а другие значимые группы включают Actinobacteria, Proteobacteria и Verrucomicrobia.

Высокие отношения

Основными принципами взаимодействия организма хозяина и микробов являются симбиоз и стабильность, а также разнообразие и целостность. Микробное сообщество кишечника является динамичной системой, которая адаптировалась к колонизации желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Взаимоотношения между хозяином и микробами носят комменсальный характер, а гомеостаз кишечной микробиоты поддерживается механизмами обратной связи. В целом принципы естественного отбора поддерживают закон симбиоза и его стабильность. Взаимоотношения между хозяином и адаптацией микробного сообщества сохраняют экологическую нишу кишечника, способствуя его богатству и разнообразию [3].

Имеются различия состава микробиоты тонкой и толстой кишки. Тонкая кишка, участвующая в переваривании и усвоении питательных веществ и состоящая из двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок, отличается различным составом микрофлоры на протяжении всей своей длины. Так, микросреда двенадцатиперстной кишки подвергается воздействию желчных кислот, панкреатического секрета и антимикробных агентов, а более быстрый транзит пищи и большое количество кислорода ограничивают бактериальную плотность (10^3–4 КОЕ/мл). Преобладающими видами являются Firmicutes и Actinobacteria [4]. Тощая кишка поддерживает бактериальную колонизацию с точки зрения разнообразия и плотности (10^3–7 КОЕ/мл) и в основном обеспечивает рост грамположительных аэробов и факультативных анаэробов (10^3–7 КОЕ/мл), включая лактобациллы, энтерококки и стрептококки [5]. При переходе в подвздошную кишку преобладающим видом являются анаэробы, их бактериальная плотность достигает 10⁹ КОЕ/мл. Дистальная часть подвздошной кишки, близкая к илеоцекальному клапану, заселена анаэробами и грамотрицательными организмами, аналогичными таковым в толстой кишке. В толстой кишке микросреда формируется под воздействием более медленного транзита пищи и ее анаэробного состояния, поэтому количество анаэробов превышает количество аэробов в 100–1000 раз. Плотность бактерий достигает 10¹² КОЕ/мл и в основном доминируют Firmicutes и Bacteroidetes [6]. Соотношение этих двух бактериальных типов может меняться на разных стадиях жизни и даже при различных патофизиологических состояниях и считается прогностическим маркером здоровья и заболеваний [7]. В просвете толстой кишки преобладают такие роды бактерий, как Bacteroides, Bifidobacterium, Streptococcus, Enterobacteriaceae, Enterococcus, Clostridium, Lactobacillus и Ruminococcus, тогда как Clostridium, Lactobacillus, Enterococcus и Akkermansia связаны со слизистой оболочкой.

Микробиота кишечника участвует во множестве физиологических процессов, включая переваривание пищи, синтез витаминов, регуляцию иммунной системы и защиту от патогенов. Кишечные микробы имеют набор ферментов для утилизации этих разнообразных углеводов. Микробиота кишечника ферментирует все пищевые волокна, что приводит к высвобождению газов (метана, водорода и углекислого газа), короткоцепочечных жирных кислот (ацетат, пропионат, бутират, валерат, изовалерат), меньших количеств органических кислот (лактат и сукцинат) и спиртов (метанол и этанол). Среди короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) преобладают ацетат, пропионат и бутират. Бутират служит источником энергии для колоноцитов и производит кетоновые тела и углекислый газ [8].

ЖКТ выступает платформой взаимодействия кишечной микробиоты и кишечной иммунной системы [9]. Врожденный иммунный барьер состоит из слизи, антимикробных пептидов и секреторного IgA.

Микробиота кишечника участвует во множестве процессов, таких как переваривание пищи, синтез витаминов, регуляция иммунной системы и защита от патогенов

Микробиота влияет на проницаемость кишечного барьера. Совсем недавно было показано, что A. muciniphila улучшает барьерную функцию кишечника за счет восстановления толщины слоя слизи, белков плотных контактов и выработки специфических антимикробных и биоактивных липидов с противовоспалительными свойствами [10].

Еще одним важным регуляторным путем влияния микробиоты является связь с энтеральной нервной системой, участвующей в психоэмоциональных восприятиях [11].

Известно, что изменения рациона питания приводят к значительным сдвигам в составе микробиома кишечника. Дисбиоз определяется как сокращение количества полезных бактерий (например, Bifidobacterium и Lactobacillus) и увеличение количества потенциально патологических бактерий (некоторые штаммы Proteobacteria и Clostridium) [12]. Этот дисбаланс нарушает целостность кишечного барьера, способствует активации иммунной системы и вызывает воспаление низкой степени активности. Снижение потребления углеводов уменьшает количество бактерий, ферментирующих клетчатку, таких как Bacteroidetes, что приводит к снижению производства КЦЖК и увеличению риска развития воспалительных процессов. Вегетарианская или веганская диета увеличивает долю Bacteroidetes и уменьшает количество Firmicutes, что связано с улучшением метаболического здоровья. Напротив, диета, богатая клетчаткой, способствует росту бактерий, производящих КЦЖК, что улучшает барьерную функцию кишечника и снижает риск развития заболеваний ЖКТ.

Они это могут!

Существует ряд стратегий, позволяющих модулировать метаболическую/иммунологическую активность микробиоты кишечника человека либо ее состав: наиболее хорошо изученными являются пробиотики и пребиотики.

Пребиотики – особый тип пищевых волокон, которые при ферментации вызывают изменения в составе микробиоты кишечника – обычно увеличение количества бактерий, считающихся полезными (бифидобактерии и лактобактерии или определенные производители бутирата). Пребиотическая концепция проникла в глубинную структуру микробиоты кишечника, поскольку сообщество преимущественно сахаролитических и ферментативных микробов эволюционировало для работы в партнерстве с пищеварительной системой хозяина. Гибсон Г. и Роберфруа М. (1995) определили пребиотики как класс соединений, стимулирующих рост и/или активность ограниченного числа полезных бактерий (лактобацилл и/или бифидобактерий) в толстой кишке для улучшения здоровья хозяина. Однако теперь это определение расширено и включает углеводные и неуглеводные вещества, которые приносят пользу здоровью [13]. Европейский союз одобрил пребиотики (инулин, фруктоолигосахариды и галактоолигосахариды) в качестве безопасных пищевых ингредиентов. В ЖКТ они противостоят желудочной кислотности и могут достигать толстой кишки, где их селективное использование микробиотой приводит к образованию КЦЖК. Пребиотики, например фруктоолигосахариды и галактоолигосахариды, модулируют факторы роста нейронов, такие как нейротрофический фактор мозга, нейротрансмиттеры и синаптические белки [14]. Следовательно, использование пребиотиков кишечной микробиотой полезно при заболеваниях нервной системы.

Также пробиотики оказывают антимикробное действие, секретируя антибактериальные вещества – органические кислоты, перекись водорода и бактериоцины

Пробиотики в настоящее время определяются как «живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу здоровью хозяина» [15]. Коммерчески доступные пробиотики обычно относятся к родам Bifidobacterium, Lactobacillus и Streptococcus, а также дрожжам рода Saccharomyces, как по отдельности, так и в комбинациях. На сегодняшний день механизмы действия пробиотиков связаны с их адгезией к интерфейсу кишечно-просветного пространства, конкуренцией с патогенами за питательные вещества и связывание с рецепторами, укреплением слизистого барьера, со стимулированием врожденных и адаптивных иммунных реакций, продукции бактериоцинов, продукции сигнальных молекул через центральную нервную систему [16]. Пробиотики оказывают антимикробное действие против патогенов, секретируя ряд антибактериальных веществ, включающих органические кислоты, перекись водорода и бактериоцины. Эти соединения в основном помогают снизить жизнеспособное количество патогенов, а также их метаболизм и выработку токсинов за счет снижения люминального pH и выработки КЦЖК. Пробиотики вырабатывают лактазу, которая способствует перевариванию неабсорбированной лактозы [17]. Также они предотвращают сердечно-сосудистые заболевания, регулируя метаболизм липидов посредством следующих механизмов: снижение абсорбции холестерина, включение и ассимиляция холестерина в клеточной мембране, преобразование холестерина в копростанол и ингибирование экспрессии переносчика холестерина в энтероцитах. В последнее время исследователи изучают роль пробиотиков в модуляции воспалительных заболеваний, ожирения, сахарного диабета 2-го типа, сердечно-сосудистых заболеваний, аутоиммунного псориаза, артрита и рака. На основании более чем 38 исследований было установлено, что пробиотические бактерии Bifidobacterium и Lactobacillus улучшают течение психиатрических расстройств, включая тревогу, депрессию, расстройство аутистического спектра, обсессивно-компульсивное расстройство и когнитивные функции.

Врачам и пациентам

Один из таких пробиотиков, представленных на российском рынке, в состав которого входят пробиотические бактерии Bifidobacterium и Lactobacillus, – биологически активная добавка Бифитта®. Это активный комплекс пробиотиков для нормализации микрофлоры и укрепления иммунитета. В состав комплекса входит 8 штаммов пробиотических бактерий, включенных в практические рекомендации Научного сообщества по содействию клиническому изучению микробиома человека (НСОИМ) и Российской гастроэнтерологической ассоциации (РГА) по применению пробиотиков, пребиотиков, синбиотиков и обогащенных ими функциональных пищевых продуктов для лечения и профилактики заболеваний гастроэнтерологического профиля у детей и взрослых: L. rhamnosus, L. plantarum, L. acidophilus, L. reuteri, L. casei, B. infantis, B. lactis, S. thermophilus, каждый из которых оказывает полезное действие на организм [18, 19].

В одной растительной капсуле пробиотика содержится 4,5 млрд КОЕ микроорганизмов [18]. Благодаря такому составу Бифитта® способствует [18, 20–23]:

– восстановлению микрофлоры кишечника;

– улучшению пищеварения;

– нормализации обмена веществ и аппетита;

– укреплению иммунитета;

– улучшению состояния кожи.

Состав пробиотика Бифитта® разработан по европейским стандартам и не содержит [18]:

– лактозы, что дает возможность применять пробиотик Бифитта® даже людям с лактазной недостаточностью;

– желатина, что позволяет принимать капсулы пациентам, имеющим определенную религиозную направленность или соблюдающим ограничительную диету;

– глютена, что обеспечивает безопасное применение у пациентов с его непереносимостью.

Пробиотик Бифитта® удобен в применении и хранении. Для достижения полезного действия достаточно принимать препарат по одной капсуле в сутки в течение месяца. Бифитта® разрешена к применению у детей с 3 лет [18].

В последние годы изучается роль трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) для коррекции нарушений микрофлоры. По данным исследований, ТФМ более эффективна при клостридиальной инфекции. Было обнаружено, что показатель успешности ТФМ у пациентов с псевдомембранозным колитом, резистентным к терапии, составляет более 90% [24]. Исследование пациентов с клостридиальной инфекцией показало глубокий дисбактериоз, обычно характеризующийся полным исчезновением Bacteroidetes с заметным снижением Firmicutes и значительным увеличением относительной численности Proteobacteria. ТФМ увеличила численность семейств Bacteroidaceae, Rikenellaceae и Porphyromonadaceae в группе Bacteroidetes и Ruminococcaceae, Lachnospiraceae, Verrucomicrobiaceae и неклассифицированных Clostridiales в группе Firmicutes и снизила популяцию Proteobacteria у пациентов с клостридиальной инфекцией.

Микробиом кишечника является ключевым элементом здоровья человека, влияющим на пищеварение, иммунитет, метаболизм и даже психическое состояние. Резкие изменения в рационе питания могут привести к дисбиозу, что потребует своевременной коррекции с помощью диетотерапии, пробиотиков и других методов. Понимание роли микробиома открывает новые возможности для профилактики и лечения широкого спектра заболеваний.