09.11.2021

Трансплантация микробиоты ― важный тренд современной медицины, который активно используется для лечения метаболических заболеваний и расстройств пищеварительной системы. Процедура демонстрирует высокую эффективность, но сам механизм ее действия пока изучен недостаточно. Ученые ИТМО и Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА России провели масштабное геномное исследование пациентов после фекальной трансплантации. Исследователи изучили, как именно меняется состав микробиоты в кишечнике пациента и как он коррелирует с микробиотой донора. ки Петри с бактериальными колониями. Источник: depositphotos.com

Фекальная трансплантация в настоящее время используется для лечения целого ряда болезней, в особенности инфекционных. Более того, многие обращаются к этой процедуре как к профилактической и общеоздоровительной ― известно, что микробиота оказывает огромное влияние как на физическое, так и на психологическое самочувствие.

Для ученых этот метод представляет большой интерес еще и с биологической точки зрения: это уникальный шанс посмотреть на процессы колонизации кишечной среды бактериями, а также их взаимодействие друг с другом и с организмом-«хозяином».

Этой целью задались сотрудники международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО. С помощью специально созданного алгоритма RECAST они проанализировали большое число метагеномных данных кишечника пациентов до и после пересадки, а также доноров микробиоты.

Ученые использовали три вида данных: геномные анализы микробиоты здоровых людей, больных псевдомембранозным колитом (болезни, для которой чаще всего назначают процедуру пересадки микробиоты) и пациентов с метаболическим синдромом. В итоге у них получилось детально выяснить, какие бактерии донора приживаются после пересадки и как они вытесняют бактерии реципиента.

«Мы попытались ответить на вопросы: как в зависимости от состава микрофлоры донора и пациента происходит приживление бактерий и что влияет на то, какие бактерии приживаются. Мы нашли, что есть группа бактерий, которые вырабатывают естественные антибиотики ― они помогают им конкурировать между собой. Соответственно, те, которые лучше вырабатывают антибиотики, и побеждают. Но также это может быть связано и с внешним ответом ― ведь у здорового человека бактерии приспосабливаются бороться с различными патогенами, которые попадают в кишечник», ― рассказывает Артём Иванов, аспирант факультета информационных технологий и программирования ИТМО, один из авторов статьи.

Проще говоря, бактерии здорового человека (донора) чаще всего гораздо более сильны, чем родные бактерии пациента, страдающего различного рода заболеваниями кишечника. Именно на этом и основан такой сильный эффект от пересадки. К тому же такая процедура значительно обогащает микробный состав в кишечнике, делая человека более устойчивым к инфекционным заболеваниям ― скорее всего, из-за большого числа бактерий, способных вырабатывать антибиотики. Причем данный эффект наблюдается у всех пациентов, независимо от их болезни и клинического состояния.

Но все же микробиота приживается не всегда ― и это тоже одна из задач, которую можно решить с помощью метагеномных исследований. Если более тщательно подходить к выбору конкретного донора для конкретного пациента, можно значительно повысить эффективность пересадки.

«Мы выделили гены, которые являются "оружием" в войне бактерий между собой за ресурсы. Смысл нашего исследования в том, что это одна из немногих моделей, иллюстрирующих то, что происходит при пересадке на геномном уровне. Благодаря нему, теоретически, мы сможем подбирать для пересадки самые сильные бактерии, которые лучше других умеют "воевать". Если говорить глобально, то цель ― научиться управлять микробиотой человека. Конечно, эта цель еще очень далека. Наше исследование ― лишь маленький шаг в эту сторону», ― объясняет Владимир Ульянцев, руководитель лаборатории «Компьютерные технологии» ИТМО, один из авторов статьи.

Как подчеркивают исследователи, созданную ими модель необходимо уточнять на большей выборке ― сейчас в качестве данных использовалась база из открытых зарубежных источников, анализ проводился на 223 метагеномах. Но проблема в том, что такие данные стали появляться лишь несколько лет назад и в небольшом количестве. Поэтому для продолжения работы нужно больше подобных исследований.

«Данное исследование содержит, скорее, фундаментальные выводы. Их следует пронаблюдать в большем объеме и проверить на практике, а уже потом переходить к работе с персональной медициной, которая позволит подбирать определенного донора или как-то модифицировать донорские образцы, чтобы они лучше приживались у конкретного пациента. Мы пока что работаем с тем, что имеем. Если появится больше данных, будет заинтересованность у клиник, тогда можно будет двигаться и в сторону персонализированной медицины», ― заключает Владимир Ульянцев.

Подробнее об исследовании: Evgenii I. Olekhnovich, Artem B. Ivanov, Vladimir I. Ulyantsev, Elena N. Ilina. Separation of Donor and Recipient Microbial Diversity Allows Determination of Taxonomic and Functional Features of Gut Microbiota Restructuring following Fecal Transplantation, mSystems, Vol. 6, No. 4.