Секвенирование микробиоты: методика, действительно отражающая потребности организма
- 10 мин
- 522
Хроническая усталость, необъяснимые колебания веса, снижение уровня энергии и кожные проявления часто воспринимаются как самостоятельные нарушения и корректируются изолированно. При этом, как правило, удается достичь только временных результатов, поскольку такие симптомы часто связаны с функциональным состоянием микробиоты кишечника.
Существуют разные методы анализа микробиоты, но одним из самых информативных считается 16S рРНК-секвенирование. В этой статье мы разберем, чем оно отличается от других методик, как проводится, в каких случаях показано и какую информацию дает.
Что такое микробиота
Микробиотой называют сложнейшую экосистему, которая насчитывает триллионы микроорганизмов: бактерий, архей, грибов, вирусов и простейших [1]. Состав бактерий так же уникален, как отпечаток пальца, — он формируется под влиянием генетики, питания, образа жизни, принимаемых лекарств и перенесенных инфекций.
Микробиота — это полноценная метаболическая система. Она перерабатывает клетчатку, которую не могут расщепить ферменты нашего организма, и выделяет короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) — уксусную, пропионовую и масляную [2]:
- Масляная кислота служит основным источником энергии для колоноцитов — эпителиальных клеток толстой кишки, обеспечивая до 70% их энергетических потребностей.
- Пропионовая кислота транспортируется в печень, где участвует в глюконеогенезе, а уксусная кислота поступает в системный кровоток и метаболизируется в периферических тканях.
- КЦЖК связываются со специфическими G-белок-сопряженными рецепторами, расположенными на адипоцитах, энтероэндокринных и иммунных клетках. В результате запускается каскад реакций, влияющих на выработку пептидов, липолиз и иммунный ответ.
Помимо продукции КЦЖК, бактерии участвуют в синтезе витаминов, особенно группы B и K2, которые участвуют практически во всех клеточных реакциях и которые организм человека не производит самостоятельно [3].
Здоровая, разнообразная микробиота также выполняет функцию естественного щита: полезные бактерии конкурируют с патогенными за питательные вещества и места прикрепления к стенке кишечника. Когда полезной флоры достаточно, потенциально вредная не может закрепиться и размножиться [4].
Кишечник считается самым крупным иммунным органом человека, так как в нем сосредоточено около 70–80% всех иммунных клеток организма [5]. Микробиота «обучает» эти клетки, помогая им отличать безобидные антигены от опасных.
Кроме того, современные исследования показывают, что состав микробиоты влияет на выработку нейромедиаторов — от них зависит настроение, уровень тревоги и когнитивные способности. Около 90% серотонина и примерно 50% дофамина синтезируются в кишечнике [6].
Как могут проявляться нарушения состава микробиоты
Изменения в экосистеме кишечника не имеют конкретного набора признаков. Как правило, они влияют на состояние всех тканей и органов, вызывая симптомы, которые трудно связать между собой:
- Снижение уровня энергии
- Набор или резкое снижение массы тела
- Нестабильное пищеварение
- Акне
- Сниженная устойчивость к стрессу
- Дебют аллергических, аутоиммунных и хронических воспалительных процессов — астмы, экземы, ревматоидного артрита и воспалительных заболеваний кишечника
Из-за отсутствия специфических симптомов затруднена своевременная диагностика: хроническая усталость, ощущение «тумана в голове», увеличение веса и другие признаки могут быть следствием множества факторов — от дефицита витаминов до изменения гормонального фона.
Разобраться в истинных причинах нарушений позволяет специализированный анализ состава микробиоты. Именно на его основе можно выстроить точную стратегию восстановления.
Почему недостаточно пройти бакпосев
До недавнего времени стандартным методом оценки кишечной микрофлоры был анализ кала на дисбактериоз. Ранее этот способ был инновацией: он позволял врачам увидеть, есть ли в кишечнике основные группы микроорганизмов — бифидо- и лактобактерии, кишечная палочка, клебсиелла и другие. Метод помогал диагностировать явный дисбаланс и назначать лечение.
Однако у этого подхода есть объективные ограничения. Многие бактерии кишечника анаэробны и нередко погибают при контакте с кислородом [7]. В итоге из сотен видов микроорганизмов кишечника классический анализ отражает лишь 10–15. Он не оценивает общее микробное разнообразие — ключевой показатель здоровья экосистемы, непосредственно связанный с устойчивостью организма к неблагоприятным факторам.
Что не менее важно, бактериологический посев не дает информации о метаболическом потенциале микробиоты: какие метаболиты образуются — полезные или провоспалительные.
Современный подход: секвенирование 16S рРНК
Методика считается золотым стандартом исследования микробиоты кишечника. Поскольку у всех бактерий есть небольшой, но уникальный для каждого вида участок ДНК, можно определить последовательность нуклеотидов и проанализировать:
- Полный состав микробиоты
- Разнообразие микроорганизмов — главный показатель здоровья всей экосистемы
- Соотношение полезных, нейтральных и потенциально вредных бактерий
- Метаболический потенциал: способность микрофлоры производить витамины, короткоцепочечные жирные кислоты и другие полезные вещества
Секвенирование не только отражает перечень населяющих кишечник бактерий, но и предлагает «структурную модель» всей экосистемы. Технически метод выстроен так: секвенирование отдельного участка 16S рРНК использует современные алгоритмы биоинформатики и позволяет идентифицировать уникальные генетические последовательности бактерий:
- OTU — операционные таксономические единицы. Группируют похожие последовательности с небольшими погрешностями.
- ASV — варианты ампликонных последовательностей. Различают последовательности с точностью до одного нуклеотида.
Исследование микробиоты методом секвенирования особенно актуально при восстановлении после курса антибиотиков, а также при длительном стрессе, когда организм работает в режиме повышенной нагрузки.
Ранняя диагностика как метод профилактики заболеваний
Большинство стандартных исследований фиксируют последствия, такие как изменение ключевых показателей и структурные изменения. Тогда как секвенирование микробиоты позволяет:
- Выявить изменения состава микробиоты до появления выраженных клинических проявлений.
- Оценить устойчивость экосистемы к внешним факторам
- Определить функциональные дефициты
Исследование может использоваться как дополнительный инструмент при разработке персонализированных рекомендаций по питанию и помогает определить, какие группы микроорганизмов преобладают и какие метаболические функции нужно восстановить в первую очередь.
Результатом такого анализа становятся персонализированные рекомендации. С их помощью возможно снизить риск перехода нарушений в хроническую форму, предотвратить закрепление воспаления и ускорить восстановление организма после влияния внешних факторов.
Как проходит исследование в MAYRVEDA
Сдать анализ можно в рамках медицинской программы MAYRVEDA. Исследование проводит наш партнер — российская технологическая компания Novabiom, которая специализируется на цифровых исследованиях микробиоты с использованием секвенирования и искусственного интеллекта.
Биоматериал собирается в специальный контейнер, который затем отправляется в лабораторию. С помощью ИИ и машинного обучения специализированная система сопоставляет образец с собственной базой данных Novabiom, включающей более 35 тысяч референсных профилей микробиоты.
В результате анализа гость получает:
- Персонализированный отчет с ключевыми показателями здоровья микробиоты, такими как биологический возраст, воспалительный потенциал, сходство с профилями людей с различными заболеваниями
- Индивидуальный план питания с конкретными продуктами и блюдами, подобранными под ваш профиль
- Персональный подбор мер поддержки микробиоты на основе данных о состоянии конкретных штаммов
На основании данных диагностики специалисты MAYRVEDA корректируют протокол восстановления, назначают рацион, при необходимости подбирают БАДы, пробиотики и пребиотики.
По каким причинам может возникать дисбаланс микробиоты
Секвенирование позволяет определить нарушения в составе кишечной микрофлоры, что очень важно, поскольку это одна из самых адаптивных систем организма.
В первую очередь, разнообразие микроорганизмов зависит от рациона: умеренное потребление клетчатки способствует росту бактерий Bifidobacterium и Lactobacillus, которые производят короткоцепочечные жирные кислоты — вещества, обладающие противовоспалительным действием и поддерживающие здоровье кишечного барьера [8]. Диета, богатая переработанными продуктами, сахаром и насыщенными жирами, напротив, создает условия для размножения бактерий, ассоциированных с воспалением и метаболическими нарушениями.
На микробиоту влияет стресс: исследования показывают, что даже кратковременное ограничение сна или повышенный уровень кортизола могут снижать разнообразие кишечных бактерий и увеличивать проницаемость кишечной стенки. Это, в свою очередь, может запускать системное воспаление и влиять на общее самочувствие [9].
Зависит функция микробиоты и от приема антибиотиков. Широко известно, что бактерицидные препараты уничтожают не только патогенные бактерии, но и полезную микрофлору.
Курс антибиотиков, даже завершившийся много лет назад, может оставить след в виде изменений состава микробиоты. Восстановление после препаратов происходит не всегда до исходного состояния — этот феномен называют «памятью микробиоты» [10].
Регулярная диагностика с помощью секвенирования позволяет отслеживать эти изменения и своевременно корректировать образ жизни и рацион до развития устойчивых нарушений.
