В организме детей, начиная от рождения и практически до юношеского возраста, обитают штаммы бифидобактерий-«долгожителей», которые по мере взросления ребенка постепенно заменяются на возрастные, специфические. Ученые рассказали отделу науки, зачем человеку нужны бифидобактерии и почему применение пробиотиков может быть неэффективным.

Бифидобактерии были открыты французским врачом-исследователем Генри Тиссье в конце XIX века — именно тогда, работая в Институте Пастера, он описал бактерии необычной, Y-образной формы, которые в больших количествах присутствовали в стуле детей, находящихся на грудном вскармливании.

Тиссье предположил, что бифидобактерии защищают ребенка от инфекций, и уже в 1905 году описал применение культуры («биомассы») живых бифидобактерий для лечения диареи у детей, став, таким образом, одним из пионеров бактериотерапии, а именно — той ее разновидности, которая сейчас именуется «пробиотикотерапией».

Предположение Тиссье о полезной роли бифидобактерий в организме человека подтвердилось в последующих многочисленных, уже более чем вековых исследованиях: современные работы с применением молекулярных методов подтверждают, что бифидобактерии являются одними из основных бактерий-симбионтов кишечника человека. У новорожденных детей они составляют до 80% от всех бактерий, а их доля в микробиоте взрослых людей достигает 34%.

Это огромная цифра: если общее число микроорганизмов, сосуществующих с организмом человека, составляет около 100 трлн клеток, то количество бифидобактерий, имеющихся у одного человека, примерно равно количеству его собственных клеток.

Бифидобактерии играют важную роль в стимулировании работы иммунной системы организма, вырабатывают антибактериальные вещества, предотвращают прикрепление патогенных микробов к стенке кишечника, синтезируют витамины и участвуют в пищеварении за счет способности расщеплять сложные пищевые углеводы, которые не могут быть усвоены организмом. Именно поэтому в случае нарушения баланса микробиоты — например, после употребления антибиотиков — необходимо восстанавливать нормальный уровень бифидобактерий в организме.

Исследовательская группа ученых из Российского национального исследовательского института и Медицинского института Северо-Кавказской государственной гуманитарно-технологической академии опубликовала в журнале PLоS One статью, в которой представлены результаты исследования индивидуальной стабильности бифидобактерий на протяжении более чем десяти первых лет жизни детей.

В ходе исследования, используя методы сравнительной геномики, авторы установили, что по крайней мере

у некоторых детей в составе микробиоты кишечника начиная с возраста около 1 года и вплоть 11 лет действительно сохраняются чрезвычайно сходные и близкородственные (то есть имеющие общего недавнего предка) штаммы бифидобактерий с процентом идентичности геномов 99,7–99,8%.

Такие штаммы можно назвать штаммами-«долгожителями» или «универсальными», так как они способны обитать в организме конкретного ребенка в течение всего детства.

Кроме того, ученые выяснили, что в ходе развития ребенка штаммы бифидобактерий заменяются на неродственные: такая замена может происходить как в промежутке от 1 года до 5–6 лет, так и позднее, между 5–6 и 10–11 годами. По всей видимости, «возраст-специфические» штаммы обладают некоторыми генетическими особенностями, делающими их более конкурентоспособными по сравнению с их предшественниками, но для идентификации таких генов необходимы дополнительные исследования.

Авторы исследования рассказали отделу науки «Газеты.Ru» о деталях работы, а также о том, какое практическое применение могут найти сделанные ими выводы.

— Какие вопросы вы ставили перед собой во время начала работы?

Владимир Смеянов, доцент кафедры естественных наук Медицинского института (Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия):

— Прежде всего нас интересовало следующее: будут ли определенные штаммы бифидобактерий, передаваемые, как считается, ребенку от матери при рождении, существовать в кишечнике ребенка на протяжении нескольких лет? Если да, то какие генетические факторы определяют способность конкретных штаммов бифидобактерий формировать устойчивую связь с организмом человека? Будет ли происходить смена штаммов бифидобактерий? Если да, то по какой причине?

Эти вопросы чрезвычайно важны: дело в том, что виды и штаммы бифидобактерий значительно отличаются друг от друга по биологическим свойствам, в частности — по способности конкурировать с патогенными микробами, по характеру питательных веществ, которые они перерабатывают, а также по характеру влияния на иммунную систему.

Например, одни штаммы способны стимулировать воспалительные реакции, а другие — подавлять. Кроме того, информация о механизмах долговременной стабильности бифидофлоры кишечника является незаменимой для создания более эффективных препаратов-пробиотиков.

— Вы выяснили, что у детей в течение первого десятилетия жизни в организме сохраняются близкородственные штаммы бифидобактерий. Какую роль в организме они выполняют?

Андрей Шкопоров, старший научный сотрудник Лаборатории микробиологии и биологической безопасности (Российский национальный исследовательский медицинский университет): — Наши данные позволяют предположить, что в кишечнике новорожденных присутствует популяция весьма близких вариантов одного штамма бифидобактерий, выполняющая роль своеобразной «скамейки запасных» или адаптационного резерва, из которого в процессе роста и развития ребенка, а также под влиянием внешних факторов происходит селекция наиболее подходящих для данных условий, конкурентноспособных на данный момент вариантов.

Проведенный нами биоинформатический анализ позволил предварительно идентифицировать набор генов, наличие которого, возможно, и обуславливает способность упомянутых «универсальных» штаммов долговременно колонизировать кишечник детей. Тем не менее действительную роль этих генов в процессах долговременной приживляемости еще предстоит подтвердить экспериментально.

— Какое практическое применение могут иметь результаты вашей работы?

Людмила Кафарская,заведующая кафедрой микробиологии (Российский национальный исследовательский медицинский университет):

— Результаты исследования указывают на необходимость пересмотра действующей концепции пробиотикотерапии с использованием бифидобактерий (по крайней мере, бифидобактерий вида Bifidobacterium longum). В настоящее время один и тот же штамм бифидобактерий применяется в качестве пробиотика как для детей всех возрастов, так и для взрослых.

— А можно ли применять выделенные вами «долгоживущие» или «универсальные» штаммы при проведении пробиотикотерапии в случае с детьми?

Людмила Кафарская: Несмотря на то что «универсальные» штаммы действительно существуют, процесс их выживания носит коллективный характер, то есть обеспечивается группой близкородственных штаммов бифидобактерий. Возможно, в случае необходимости длительного восстановления нормального баланса микробиоты кишечника имеет смысл применять комбинированный пробиотик, содержащий несколько «универсальных» штаммов.

Для детей конкретной возрастной группы возможно использование штаммов Bifidobacterium longum, полученных от детей аналогичного возраста. Это позволит учесть как физиологические изменения растущего организма, так и характер питания ребенка.

— В чем состоит уникальность каждого штамма Bifidobacterium longum?

Андрей Чаплин, аспирант кафедры микробиологии (Российский национальный исследовательский медицинский университет): Впервые проведенный анализ всех доступных к началу 2015 года геномов вида Bifidobacterium longum позволил установить, что совокупность всех генов, имеющихся у бактерии, является «открытой». «Открытость генома» означает, что каждый неродственный штамм Bifidobacterium longum (например, тот, который существует в кишечнике конкретного человека) будет с огромной долей вероятности содержать новые гены, то есть являться в той или иной степени уникальным для данного человека.

Это дополняется достаточно высокой частотой так называемого горизонтального переноса генетической информации, который перемешивает гены в популяции бифидобактерий и даже иногда заимствует их от других микроорганизмов.

Есть надежда, что когда-нибудь исследователи смогут достаточно хорошо предсказывать свойства конкретного штамма бактерий, просто взглянув на ее геном. Только в этом случае будет возможно настоящее управление микрофлорой человека.

— Насколько эффективным вы можете назвать действие существующих сейчас пробиотиков?

Борис Ефимов, профессор кафедры микробиологии (Российский национальный исследовательский медицинский университет): Эффективность существующих пробиотиков, включая препараты бифидобактерий, неидеальна и подтверждается не в каждом исследовании. Дело в том, что для обеспечения выраженного эффекта от пробиотической терапии должен быть соблюден ряд условий, как технологических, так и биологических. Препарат должен содержать достаточное количество именно жизнеспособных бактерий, которые способны выживать при прохождении через кислую среду желудка и быть устойчивыми к другим агрессивным факторам, например к действию желчи.

И, наконец, в случае достижения выжившими бактериями основного места их действия — толстого кишечника они должны быть способны задержаться в этом органе на время, достаточное для оказания эффекта.

В связи с тем что пробиотические бактерии, как правило, не обладают способностью к долговременной колонизации кишечника, пробиотикотерапия должна проводиться длительными курсами и с использованием адекватных дозировок, подразумевающих содержание в препарате относительно высоких концентраций жизнеспособных бактериальных клеток.

Если проблемы с выживаемостью пробиотических бактерий могут быть, в принципе, решены технологическими подходами, механизмы долговременной колонизации кишечника бифидобактериями остаются практически неизученными. Это значит, что рутинно контролировать приживляемость пробиотических бифидобактерий у каждого конкретного пациента, а значит, и улучшить эффект от их использования с учетом нынешнего уровня знаний пока не представляется возможным.

— А как вы можете прокомментировать результаты некоторых исследований, в частности опубликованного в журнале Infection Control & Hospital Epidemiology, авторы которых уверяют, что пробиотики не обладают выраженным положительным воздействием на организм человека?

Владимир Смеянов: Действительно, периодически появляются публикации, в которых авторы не обнаруживают ожидаемых эффектов от применения пробиотиков. В данном случае речь идет об отсутствии статистически достоверных различий в обсеменении вызывающими внутрибольничные инфекции бактериями с множественной устойчивостью к антибиотикам между критически больными пациентами, получавшими или не получавшими препарат-пробиотик на основе лактобацилл, штамм L. rhamnosus GG.

Следует остановиться на самой идее проведения эксперимента. Представьте себе: человек попадает в больницу, его подключают, например, к аппарату искусственной вентиляции легких. В такой ситуации больной может получить целый «букет» различных внутрибольничных микробов. Ему, разумеется, назначат «букет №2» различных антибиотиков для предотвращения инфекций, что и делалось с большинством больных, описанных в статье.

И тут пациентам назначается препарат-пробиотик, который должен все и всех вылечить. Но разве кто-нибудь может представить себе антибиотик, который действует одинаково эффективно против всех бактерий? Нет, конечно, такого не существует, во всяком случае — пока.

Аналогично: противоинфекционное действие пробиотической бактерии основано на феномене бактериального антагонизма — одна бактерия может подавлять рост другой конкретной бактерии (или даже ее убить), но ничего не сделает с какой-либо еще.

Кроме того, исследователи вводили пациентам довольно низкую дозу пробиотиков — 1х10(10) клеток (не проверенную, кстати, непосредственно самими исследователями).

Столько же пробиотиков содержится, например, в бутылочке йогурта, который продается у нас в магазинах и предназначен для ежедневного питания детей.

Возможно, нужно было испытать различные дозировки LGG, ведь официальное определение пробиотика, данное в 2014 году ВОЗ и ООН, гласит: пробиотики — это живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах приносят пользу здоровью организма-хозяина. Впрочем, и сами авторы признают проблемы с экспериментальным дизайном их исследования. К самокритике авторов еще необходимо добавить, что пробиотики — это живые бактерии, и, конечно, трудно ожидать какого-либо эффекта от их применения у больных, находящихся на интенсивной антибактериальной терапии. Если, конечно, используемый пробиотик не обладает устойчивостью к используемым одновременно с ним антибиотикам, как, например, штамм бифидобактерий, который был разработан и успешно использован для лечения пациентов, в том числе критически больных, в 1980-е годы в нашей стране.