Ученые Российского национального исследовательского медицинского университета (РНИМУ) им. Н.И.Пирогова и Северо-Кавказской государственной гуманитарно-технологической академии завершили инициативный проект в рамках научной темы “Развитие микробиоты кишечника человека” кафедры микробиологии РНИМУ им. Н.И.Пирогова (эта научная тема в РНИМУ разрабатывается коллективом ученых под руководством Людмилы Кафарской).
О результатах проекта рассказывает один из исследователей, кандидат медицинских наук, доцент кафедры общегуманитарных и естественнонаучных дисциплин Медицинского института Северо-Кавказской государственной гуманитарно-технологической академии (г. Ставрополь) Владимир Смеянов.
Микрофлора кишечника (в настоящее время все чаще называемая “микробиотой”) имеет неоспоримое влияние на иммунную систему. Это давно выяснили ученые. Кишечник — что коммунальная квартира. В нем обитают многочисленные “жильцы”. Как во всякой коммуналке — хорошие и плохие. Когда первых больше, например бифидобактерий, то и всему “дому”, то есть организму, хорошо. Они на протяжении своей жизнедеятельности продуцируют органические кислоты (особое значение имеют молочная и уксусная кислоты), которые обеспечивают нормальное рН кишечной среды и микрофлоры. Предотвращают излишнее размножение болезнетворной, условно-патогенной кишечной флоры. Иными словами, бифидобактерии — это мощный природный “щит”, защищающий от инфекционных и неинфекционных заболеваний желудочно-кишечный тракт и организм человека в целом. Особое значение этот щит имеет, естественно, для детей. Однако информация о том, сколь долго живут бифидобактерии (как, впрочем, и другие микроорганизмы — представители нормальной микробиоты кишечника человека) у ученых до недавнего времени практически отсутствовала.
Микробный “пейзаж”
При нормальных, физиологических родах источником микробиоты новорожденного служат микроорганизмы родовых путей и кишечника матери. После рождения у ребенка начинает формироваться собственное, высокоиндивидуальное микробное сообщество. Этот процесс зависит от многих факторов, в частности от характера питания. Переход от грудного вскармливания к твердой пище вызывает значительное изменение состава микробиоты.
В случае бифидобактерий, например, с начала 80-х годов прошлого века считалось, что определенные их виды, характерные для детей, постепенно замещаются другими видами, характерными для взрослых. Однако тогда не существовало современных ДНК-методов идентификации и сравнения бактерий.
Как долго бифидобактерии в кишечнике ребенка, находящегося на грудном или смешанном вскармливании (в возрасте около одного года), будут занимать доминирующее положение в составе микробиоты? Действительно ли по мере роста ребенка происходит смена штаммов бифидобактерий? Если да, то по какой причине? Вопросы далеко не праздные. Дело в том, что виды и штаммы бифидобактерий значительно отличаются друг от друга биологическими свойствами, в частности способностью конкурировать с патогенными микробами, характером питательных веществ, которые они перерабатывают, участвуя, таким образом, в процессе пищеварения, а также, что очень важно, характером влияния на иммунную систему. Например, одни штаммы способны стимулировать воспалительные реакции, а другие — подавлять. В принципе, кратковременное усиление воспалительного ответа организма человека на инфекцию может быть выгодно для защиты от болезнетворных микробов, но излишнее и длительное стимулирование, как считается, не может являться благоприятным фактором для иммунной системы. Кроме того, информация о механизмах долговременной стабильности бифидофлоры кишечника незаменима для создания более эффективных препаратов-пробиотиков, включая рекомбинантные.
В конце 1990-х — начале 2000-х годов в Российском государственном медицинском университете (сейчас — Российский национальный исследовательский медицинский университет, РНИМУ), на кафедре микробиологии которого работал Владимир Смеянов, было проведено исследование состава микробиоты кишечника у группы детей возрастом около одного года с использованием ставших тогда доступными молекулярных методов. В результате был определен микробный “пейзаж” (то есть частота встречаемости различных видов и их количественные уровни) популяций бифидобактерий и бактероидов. Кроме того, удалось создать коллекцию штаммов, доминирующих в кишечнике детей. Эти штаммы были использованы для дальнейших исследований, в том числе для сравнения со штаммами, полученными от тех же самых детей спустя несколько лет.
Родственные связи
— В 2005 году мы провели повторное изучение видового состава бифидобактерий у 5-6-летних детей, которых в первый раз обследовали пятью годами ранее, — рассказывает Владимир Смеянов. — Каково же было наше удивление, когда выяснилось, что у большинства детей преобладал тот же самый вид бифидобактерий (Bifidobacterium longum), что и пять лет назад. Более того у некоторых (согласно данным ДНК-дактилоскопии) присутствовали те же самые штаммы.
Это наблюдение дало возможность ученым предположить существование “универсальных” штаммов бифидобактерий, которые благодаря своим уникальным генетическим (а значит, и биологическим) свойствам способны заселять (“колонизировать”) кишечник ребенка и сохраняться в нем на протяжении многих лет, несмотря на сдвиги в характере питания, физиологические изменения, связанные с процессом роста, другие воздействия.
Гипотеза требовала, естественно, проверки. Такая возможность представилась Владимиру Смеянову в 2010 году, во время работы в Университете штата Висконсин (США). Ученый установил партнерские отношения с коллегами Института Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute) и провел секвенирование геномов четырех штаммов (двух пар) бифидобактерий, полученных от двух детей в возрасте одного года и через пять лет. Геномные данные подтвердили близкое родство (хотя и не полную идентичность) пар бифидобактерий, что свидетельствовало об их общем происхождении от единых предков, возможно, от штаммов, переданных ребенку матерью. Кроме того, сравнение геномов исследуемых штаммов с геномами других бифидобактерий позволило предварительно идентифицировать набор генов, отвечающих за способность к долговременной колонизации кишечника.
Исследования в этом направлении Владимир Смеянов продолжил в 2013 году после того, как вернулся на свою родину в Карачаево-Черкесию и начал работать на кафедре общегуманитарных и естественнонаучных дисциплин Медицинского института Северо-Кавказской государственной гуманитарно-технологической академии. Совместно с давними коллегами и партнерами по РНИМУ было проведено геномное секвенирование еще восьми штаммов бифидобактерий, два из которых получены от тех же самых детей, но уже в возрасте 10-11 лет. Оказалось, что у первого ребенка один из этих штаммов по-прежнему является очень близким родственником тем штаммам, которые определялись у данного ребенка в возрасте одного года и пяти лет. У другого же ребенка к 10-летнему возрасту произошла замена доминирующего штамма на неродственный.
Кроме того, секвенирование дополнительных штаммов, выделенных у детей в возрасте пяти лет, привело ученых к важному выводу: по всей видимости, в кишечнике новорожденных детей существует некая популяция близкородственных бифидобактерий, из которой в процессе роста и развития ребенка, а также, возможно, под влиянием внешних факторов, происходит отбор наиболее подходящих для данных условий конкурентоспособных штаммов. Они-то и занимают в определенный момент доминирующее положение в микробиоте. Результаты этого исследования недавно опубликованы в журнале PLoS One.
С точки зрения практической значимости они подсказывают необходимость пересмотра действующей концепции пробиотикотерапии с использованием бифидобактерий (по крайней мере, бифидобактерий вида Bifidobacterium longum). В настоящее время в подавляющем большинстве доступных препаратов один и тот же штамм бифидобактерий применяется в качестве пробиотика и для детей всех возрастов, и для взрослых. При длительном восстановлении нормального баланса микробиоты кишечника имеет смысл, например, применять комбинированный пробиотик, содержащий несколько “универсальных” штаммов. Для детей конкретной возрастной группы возможно использование штаммов Bifidobacterium longum, полученных от детей той же группы. Это позволит учесть как физиологические изменения растущего организма, так и характер питания ребенка.
Провинциалы тоже могут
Владимиру Смеянову довелось поработать в крупных научных центрах. Было интересно узнать его мнение о возможности заниматься наукой на периферии страны, в Карачаево-Черкесии.
— Мы постепенно создаем в академии полноценную исследовательскую лабораторию. Конечно, с финансами здесь сложно, — делится доцент кафедры. — Несмотря на это, руководство вуза изыскивает возможности для поддержки исследований по этой тематике. Впрочем, ситуация с организацией новых лабораторий в вузах в принципе непростая. При выделении больших, как я понимаю, средств на вузовскую науку в предыдущие, докризисные годы был сделан упор на создание федеральных университетов, а также на поддержку крупных действующих вузов. Это понятно и, наверное, правильно. Были еще мегагранты, есть программы “Сколково”. Но вот про таких, как мы, слегка подзабыли, похоже, посчитав, что в небольших городах настоящей науки нет, быть не может, да и не должно, что на самом деле в корне не верно. Да, были грантовые программы по организации новых лабораторий, но предъявляемые в них требования к руководителю вновь создаваемой лаборатории, на наш взгляд, не вполне реалистичны. В частности, требуется значительное количество недавних публикаций. Наличие “ценза публикаций” (даже не индекса цитирования — у меня, например, индекс Хирша 12 при общем числе публикаций в реферируемых журналах порядка 30), насколько мне известно, не имеет аналогов в мировой практике. На мой взгляд, это отсекает потенциально очень интересные проекты, имеющие все шансы претендовать на грантовую поддержку, прежде всего с периферии. Кроме того, выдвигаются требования по немедленному привлечению коммерческого партнера. Эти условия делают практически невозможным получение финансирования по данному каналу. По моему мнению, назрела необходимость создать специальный фонд, который будет финансировать именно вузовскую науку независимо от статуса и местоположения вуза, числа публикаций, немедленной коммерциализации и других не совсем относящихся непосредственно к планируемому исследованию критериев. Оцениваться должна только научная значимость проекта. Кроме того, финансирование биомедицинских исследований, по всей видимости, должно осуществляться отдельной федеральной организацией, не зависимой от РАН, Минздрава, Минобр-науки и прочих ведомств, по примеру Национального института здоровья (NIH) в США. У меня были надежды на недавно созданное Министерство по делам Северного Кавказа, но, похоже, какой-либо поддержки региональной науки в функции этого ведомства не заложено.
Из хороших новостей можно было бы упомянуть о том, что одна из моих студенток получила финансирование по программе “УМНИК” Фонда поддержки малых форм предприятий в научно-технической сфере по микробиологическому проекту, а также о том, что в следующем году ожидается возобновление регионального конкурса РФФИ по Карачаево-Черкесской Республике, в котором мы обязательно будем участвовать. Есть также некоторые наметки по привлечению частных инвесторов к финансированию наших проектов. В общем, руки мы не опускаем, знаем, что делать и как делать. А самое главное — у нас есть талантливая молодежь, желающая и способная заниматься базовыми медицинскими исследованиями.
Станислав ФИОЛЕТОВ
Фотоснимки из архива В.Смеянова
Нет комментариев