Разработване на микробиома на детето - Trillium GmbH Medizinischer Fachverlag
Развитие на микробиома на детето
Микробиотата на стомашно-чревния тракт играе важна роля в развитието на имунната система и метаболитните функции, както и по-късното развитие на заболявания. Майчините фактори в перинаталната фаза, както и промените в околната среда през първите три години от живота са решаващи.
Ключови думи: микробиом, микробиота, NGS
Разследването на възможни връзки между отделните профили на микроорганизмите в човешкото тяло и някои заболявания несъмнено е една от най-динамичните области на научните изследвания в момента. По-специално, пускането на пазара на високопроизводителни методи за секвениране на ДНК и РНК през 2005 г. направи възможен систематичен, независим от културата анализ на „микробиома". Този термин описва цялата генетична информация, съдържаща се в бактериите, археите и еукариотите - така наречената микробиота - на нашите черва, включени са кожата и другите части на тялото.
Пионерската работа по изучаване на здравия човешки микробиом стартира през 2008 г. в САЩ с Human Microbiome Project (HMP) и в Европа като част от консорциума MetaHIT. Все по-интензивни изследвания доведоха до осъзнаването, че взаимната връзка между хората и микроорганизмите е от основно значение за физиологичните, имунологичните и неврологичните процеси.
От алергии до депресия
Нарушение в състава на микроорганизмите се нарича дисбиоза. Потенциално е причина за голямо разнообразие от заболявания - от алергии и автоимунни заболявания до възпалителни заболявания на червата и рак на дебелото черво до затлъстяване и диабет тип 2.
Установени са значително променени микробни профили дори при пациенти, страдащи от депресия. Тази констатация е подкрепена от проучвания върху животински модели, при които прехвърлянето на фекалната микробиота на пациенти с депресия в мишки без микроби предизвиква депресивно поведение, докато чревното съдържание на здрави контролни лица няма ефект.
В кърмаческа и детска възраст организмът е особено податлив на развитието на дисбиоза, докато съставът на микроорганизмите в зряла възраст се оказва относително стабилен и устойчив. Как се развива микробиотата след раждането и какво влияние оказва нейният състав върху развитието на по-късни заболявания е обект на многобройни изследвания, включително здравното проучване KUNO-Kids, водено от учени от университета в Регенсбург (http://kunokids.de).
Развитие на микробиотата
Микробната колонизация на организма вероятно вече започва в матката и достига все по-голямо разнообразие в пери- и постнаталната фаза (фиг. 1).
Изследванията на мекониевия микробиом при специфично колонизирани мишки предполагат, че бактериите могат да проникнат в кръвта на плода чрез преместване на клетки от майчиното черво. Директното предаване на бактерии от матката на детето също е постулирано, но съществуването на жизнеспособна вътрематочна микробиота досега не е категорично доказано поради проблеми със замърсяването на кожата и вагиналните микроби [6] .
Пионери в колонизацията на стомашно-чревния тракт на детето са бактерии, които могат да се адаптират към първоначално богатата на кислород среда (Enterobacteriaceae). Поради метаболитната си активност червата става почти без кислород в рамките на няколко дни след раждането; Тогава доминират представители на майчината кожа и вагиналната микробиота (Bifidobacteriaceae, Clostridiaceae, Enterococcaceae, Lactobacillaceae).
Кърменето с майчиното мляко води до разпространение на млечнокисели бактерии (особено Bifidobacterium), които намаляват с въвеждането на пасираната диета, за да отстъпят място на видове с по-добра адаптация към променения въглехидратен спектър (Bacteroides, Clostridium и Ruminococcus).
Външните влияния, като контакт на кожата с майката и „хващане“ на предмети с ръце, крака и уста, оказват влияние върху постнаталната колонизация на кожата и червата с микроорганизми.Разбира се, инфекциите и антибиотичните терапии също играят важна роля в развитието на индивидуален спектър от микроби.
Влиянието на майчините фактори върху имунната система на детето вече започва по време на бременност: в проучване с мишки преходната колонизация на бременни майки с щам Е. coli показа, че неговите метаболитни продукти в потомството могат да изразят гени за антибактериални пептиди и насърчава метаболизма на бактериалните метаболити. Тук също играят роля антителата на майката, които насърчават трансфера на метаболитни продукти от майката към потомството [5] .
Бактериалните метаболити след раждането все още са от съществено значение за развитието на специфичната за червата бариерна функция и за диференциацията и пролиферацията на Т помощни клетки и регулаторни Т клетки (TReg) в контекста на имунната защита.
Днес се предполага, че продължителното нарушаване на съзвездието на микробиома през първите няколко години от живота може да доведе до цял набор от имунологични заболявания. Тези нарушения включват и постиженията на цивилизацията като хигиена, нарастващият брой цезарови сечения или употребата на антибиотици. Всички тези фактори са свързани със статистически доказаното увеличение на имунологичните заболявания в индустриализираните страни.
Но метаболитните и невробиологичните нарушения също могат да бъдат благоприятни от вътрематочна или ранна детска дисбиоза. Например майчиното затлъстяване по време на бременност е свързано с повишен риск от нарушения на нервното развитие и нарушения на аутистичния спектър. В модела на мишката дълготрайните промени в метаболизма на допамина в мезолимбичната система на потомството са показани от мастната диета на майките. Пероралното приложение на Lactobacillus reuteri елиминира както синаптичните дисфункции, така и социалните дефицити [2] .
В друго впечатляващо проучване микробиотата е прехвърлена от мишки на диета с високо съдържание на мазнини на животни, отглеждани по конвенционален начин. Видовете от различни фамилии на филумните се намаляват с висококалоричната диета с мазнини; Интересното е, че промененият микробен състав доведе до специфичен за пола различен фенотип: Докато женските животни развиват значително наднормено тегло, мъжките животни показват нарушения на когнитивните функции, както и променено изследователско и компулсивно поведение [1] .
При хората чревната дисбиоза преди и след раждането също е свързана с детска болест. Те включват некротизиращ ентероколит и възпалителни заболявания на червата, синдроми на затлъстяване и недохранване, както и астма и атопия [7] .
Според Федералната статистическа служба почти всяко трето дете в Германия сега се ражда чрез цезарово сечение. Този начин на раждане води до значителни разлики в микробиотата на новородените само няколко дни след раждането: Веднага след вагинално раждане, видове от рода Lactobacillus, основен представител на вагиналната микробиота, доминират в носната, устната, назофарингеалната и чревната пространства. Цезаровите сечения, от друга страна, са населени във всички местообитания от типични кожни комали от родовете Streptococcus, Staphylococcus и Propionibacterium. Дори една година след раждането разнообразието на микробиотата значително намалява след цезарово сечение.
До каква степен това води до по-късни здравословни проблеми на детето все още не е изяснено извън всякакво съмнение. В едно проучване децата са били инкубирани с вагинална течност на майката веднага след операцията, за да се симулира физиологичната микробиота. В края на краищата това позволи да се коригира микробният състав на цезарово сечение и естествено родени деца [4].
Влияние на диетата
Известно е, че децата с кърма обикновено са по-малко склонни да развият инфекции или алергии. Няколко проучвания с кърма в сравнение със заместващи препарати (преди храна) показват, че бебетата поглъщат милиони бактерии през майчиното мляко всеки ден, които формират имунната система в тази ранна фаза от живота. По-голямата част със сигурност идва от микробиотата на кожата на майката, но също така се обсъжда ентеро-млечен път. В допълнение, предаването на майчините антитела (IgA), лактоферин и други антимикробно активни фактори чрез кърменето може да бъде демонстрирано.
По-специално, сложните, несмилаеми въглехидрати в майчиното мляко (т.нар. Олигозахариди от човешко мляко, HMO) благоприятстват уреждането на здравословни коменсали. Някои бифидобактерии - интересно само от микробиотата на деца, но не и на възрастни - могат да ферментират такива НМО до млечна киселина и късоверижни мастни киселини (ацетат, пропионат и бутират).
Получената кисела среда предотвратява инвазията на ентерични патогенни бактерии. Освен това образуваните мастни киселини са важни доставчици на енергия за клетките на дебелото черво. Това може да е от клинично значение в развиващите се страни; Например в Малави е показана значителна корелация между намалено съдържание на сиалилирани HMO в кърмата и недохранване при деца. Тази констатация може да бъде доказана и при животински модели: храненето на сиалилирани HMO от говеда увеличава телесното тегло, подобрява морфологията на костите и води до положителни промени в метаболизма на анаболните мускули, мозъка и черния дроб [3] .
В детска възраст има повишена податливост към инфекции, но те могат да бъдат важни за узряването на имунната система. Лечението с антибиотици малко след раждането може трайно да наруши микробната колонизация на новороденото. В действителност, свързани с дисбиоза заболявания като диабет тип 2, хронично чревно възпаление или алергии се откриват значително по-често в зряла възраст, ако децата са получавали антибиотици през първите няколко години от живота. Освен това некротизиращият ентероколит при недоносени бебета и болестта на Crohn в детска възраст се наблюдават по-често, ако майките са били лекувани с антибиотици по време на бременност. При новородени гените на бактериална резистентност дори могат да бъдат открити с голяма честота в мекония.
Дори ако причинно-следствената връзка между приложението на антибиотици в ранна детска възраст и споменатите симптоми не е сигурна във всички подробности, индикацията за кърмачета и малки деца трябва да бъде особено строга, тъй като микробиотата все още е много чувствителна на тази възраст. Рестриктивна регулация защитава тяхното стабилизиране на развитието и по този начин допринася за здравето в зряла възраст.