Симбиоз микро- и макроорганизма достаточно сложен и реализуются на метаболическом, регуляторном, внутриклеточном и генетическом уровне. В связи с открытиями новых функций микрофлоры, особенно актуальным является изучение роли микробиома в этиопатогенезе самых различных заболеваний. Манипуляции этими взаимосвязями могут оказаться критическими как для профилактики, так и для лечения различных заболеваний человека. Механизм симбиоза очень сложен и требует дальнейшего изучения. В данной статье был произведен анализ литературного материала, посвященного изучению состава и функций кишечной микробиоты метаболических аспектов функционирование и фармакологических аспектов регуляции кишечной микробиоты.
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].
Библиографическая ссылка
Соловьева Я.А., Борочева А.С., Соколова А.В., Власова А.А. БИОХИМИЧЕСКИЕ И ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕГУЛЯЦИИ КИШЕЧНОЙ МИКРОБИОТЫ // Материалы МСНК "Студенческий научный форум 2024". – 2021. – № 8. – С. 34-36;URL: https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=441 (дата обращения: 20.04.2024).