Микробиота кишечника

Микробиота кишечника , микробиом кишечника или флора кишечника — это микроорганизмы , включая бактерии , археи , грибы и вирусы , которые живут в пищеварительном тракте животных . ^{[1] [2]} Метагеном желудочно-кишечного тракта представляет собой совокупность всех геномов микробиоты кишечника . [ ^{3] [4]} Кишечник является основным местом обитания микробиома человека . ^[5] Микробиота кишечника оказывает широкое влияние, включая влияние на колонизацию , устойчивость к патогенам , поддержание эпителия кишечника , метаболизм пищевых и фармацевтических соединений, контроль иммунной функции и даже поведение через ось кишечник-мозг . ^[4]

Микробный состав микробиоты кишечника различается в зависимости от области пищеварительного тракта. Толстая кишка содержит самую высокую микробную плотность из всех изученных до сих пор сообществ микробов, связанных с человеком, представляя от 300 до 1000 различных видов . ^[6] Бактерии являются крупнейшим и на сегодняшний день наиболее изученным компонентом, и 99% бактерий кишечника происходят из примерно 30 или 40 видов. ^[7] Около 55% сухой массы фекалий составляют бактерии. ^[8] Более 99% бактерий в кишечнике являются анаэробами , но в слепой кишке аэробные бактерии достигают высокой плотности. ^[5] Подсчитано, что микробиота кишечника человека имеет примерно в сто раз больше генов , чем в геноме человека .

У людей микробиота кишечника имеет наибольшее количество и виды бактерий по сравнению с другими частями тела. ^[9] Приблизительное количество бактерий, составляющих микробиоту кишечника, составляет около 10 ¹³ –10 ¹⁴ (от 10 000 до 100 000 миллиардов). ^[10] У людей флора кишечника формируется при рождении и постепенно переходит в состояние, напоминающее таковое у взрослых, к двум годам, ^[11] совпадающее с развитием и созреванием кишечного эпителия и кишечного слизистого барьера . Этот барьер необходим для поддержания симбиотических отношений с флорой кишечника, обеспечивая при этом защиту от патогенных организмов. ^{[12] [13]}

Отношения между некоторыми видами кишечной микробиоты и людьми не просто комменсальные (безвредное сосуществование), а скорее мутуалистические отношения. ^{[5] : 700} Некоторые микроорганизмы кишечника человека приносят пользу хозяину, ферментируя пищевые волокна в короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA), такие как уксусная кислота и масляная кислота , которые затем усваиваются хозяином. ^{[9] [14]} Кишечные бактерии также играют роль в синтезе некоторых витаминов группы В и витамина К , а также в метаболизме желчных кислот , стеринов и ксенобиотиков . ^{[5] [14]} Системное значение SCFA и других соединений, которые они производят, подобно гормонам , а сама кишечная флора, по-видимому, функционирует как эндокринный орган . ^[14] Нарушение регуляции кишечной флоры коррелирует с множеством воспалительных и аутоиммунных состояний. ^{[9] [15]}

Состав микробиоты кишечника человека меняется со временем, при изменении рациона питания и общего состояния здоровья. ^{[9] [15]} Систематический обзор 2016 года изучил доклинические и небольшие испытания на людях, которые были проведены с определенными коммерчески доступными штаммами пробиотических бактерий, и выявил те, которые имели наибольший потенциал быть полезными при определенных расстройствах центральной нервной системы . ^[16] Следует также подчеркнуть, что средиземноморская диета, богатая овощами и клетчаткой, стимулирует активность и рост полезных для мозга бактерий. ^[17]

Микробный состав микробиоты кишечника варьируется в зависимости от пищеварительного тракта. В желудке и тонком кишечнике обычно присутствует относительно небольшое количество видов бактерий. ^{[6] [18]} Грибы , простейшие , археи и вирусы также присутствуют в кишечной флоре, но об их активности известно меньше. ^[19]

Многие виды в кишечнике не были изучены вне их хозяев, поскольку их невозможно культивировать . ^{[18] [7] [20]} Хотя существует небольшое количество основных видов микроорганизмов, общих для большинства людей, популяции микробов могут сильно различаться. ^[21] Внутри человека их популяции микроорганизмов остаются довольно постоянными с течением времени, некоторые изменения происходят из-за изменений в образе жизни, диете и возрасте. ^{[6] [22]} Проект «Микробиом человека» был направлен на более точное описание микробиоты кишечника человека и других частей тела. ^{[ необходима ссылка ]}

Четыре доминирующих типа бактерий в кишечнике человека — это Bacillota (Firmicutes), Bacteroidota , Actinomycetota и Pseudomonadota . ^[23] Большинство бактерий относятся к родам Bacteroides , Clostridium , Faecalibacterium , ^{[6] [7]} Eubacterium , Ruminococcus , Peptococcus , Peptostreptococcus и Bifidobacterium . ^{[6] [7]} Другие роды, такие как Escherichia и Lactobacillus , присутствуют в меньшей степени. ^[6] Виды только из рода Bacteroides составляют около 30% всех бактерий в кишечнике, что позволяет предположить, что этот род особенно важен для функционирования хозяина. ^[18]

Роды грибов, которые были обнаружены в кишечнике, включают Candida , Saccharomyces , Aspergillus , Penicillium , Rhodotorula , Trametes , Pleospora , Sclerotinia , Bullera и Galactomyces , среди прочих. ^{[24] [25]} Rhodotorula чаще всего встречается у людей с воспалительным заболеванием кишечника , тогда как Candida чаще всего встречается у людей с циррозом гепатита B и хроническим гепатитом B. ^[24]

Археи составляют еще один большой класс кишечной флоры, играющий важную роль в метаболизме бактериальных продуктов брожения.

Индустриализация связана с изменениями в микробиоте, а сокращение разнообразия может привести к вымиранию некоторых видов; в 2018 году исследователи предложили создать биобанк, хранящий микробиоту человека. ^[26]

Энтеротип — это классификация живых организмов, основанная на их бактериологической экосистеме в микробиоме кишечника человека, не зависящая от возраста, пола, массы тела или национальных различий. ^[27] Имеются данные о том, что долгосрочная диета влияет на энтеротип. ^[28] Было предложено три человеческих энтеротипа, ^{[27] [29],} но их ценность была поставлена ​​под сомнение. ^[30]

Из-за высокой кислотности желудка большинство микроорганизмов не могут там выжить. Основные бактерии желудочной микробиоты принадлежат к пяти основным типам: Firmicutes , Bacteroidetes , Actinobacteria , Fusobacteriota и Proteobacteria . Доминирующими родами являются Prevotella , Streptococcus , Veillonella , Rothia и Haemophilus . ^[31] Взаимодействие между уже существующей желудочной микробиотой и введением H. pylori может влиять на прогрессирование заболевания . ^[31] При наличии H. pylori она становится доминантой микробиоты. ^[32]

Тонкий кишечник содержит следовое количество микроорганизмов из-за близости и влияния желудка. Грамположительные кокки и палочковидные бактерии являются преобладающими микроорганизмами, обнаруженными в тонком кишечнике. ^[5] Однако в дистальной части тонкого кишечника щелочные условия поддерживают грамотрицательные бактерии Enterobacteriaceae . [ ^5] Бактериальная флора тонкого кишечника помогает в широком спектре кишечных функций. Бактериальная флора обеспечивает регуляторные сигналы, которые обеспечивают развитие и полезность кишечника. Избыточный рост бактерий в тонком кишечнике может привести к кишечной недостаточности. ^[34] Кроме того, толстый кишечник содержит самую большую бактериальную экосистему в организме человека. ^[5] Около 99% флоры толстого кишечника и фекалий состоят из облигатных анаэробов, таких как Bacteroides и Bifidobacterium. ^[35] Факторы, которые нарушают популяцию микроорганизмов толстого кишечника, включают антибиотики, стресс и паразитов. ^[5]

Бактерии составляют большую часть флоры толстой кишки [ ^36] и отвечают за 60% фекального азота. ^[6] Этот факт делает фекалии идеальным источником кишечной флоры для любых тестов и экспериментов путем извлечения нуклеиновой кислоты из образцов фекалий, а последовательности генов бактериальной 16S рРНК генерируются с помощью бактериальных праймеров. Эта форма тестирования также часто предпочтительнее более инвазивных методов, таких как биопсия.

В кишечной микробиоте доминируют пять типов : Bacteroidota , Bacillota (Firmicutes), Actinomycetota , Pseudomonadota и Verrucomicrobiota  , при этом Bacteroidota и Bacillota составляют 90% состава. ^[37] В кишечнике обитает от 300 ^[6] до 1000 различных видов , ^[18] по большинству оценок их около 500. ^{[38] [39]} Однако вполне вероятно, что 99% бактерий относятся к 30 или 40 видам, причем Faecalibacterium prausnitzii (тип firmicutes) является наиболее распространенным видом у здоровых взрослых. ^{[7] [40]}

Исследования показывают, что отношения между кишечной флорой и людьми не просто комменсальные (безвредное сосуществование), а скорее мутуалистические , симбиотические отношения. ^[18] Хотя люди могут выживать без кишечной флоры, ^[38] микроорганизмы выполняют множество полезных функций, таких как ферментация неиспользованных энергетических субстратов, тренировка иммунной системы с помощью конечных продуктов метаболизма, таких как пропионат и ацетат , предотвращение роста вредных видов, регулирование развития кишечника, выработка витаминов для хозяина (таких как биотин и витамин К ) и выработка гормонов, направляющих хозяина на запасание жиров. ^[5] Обширные изменения и дисбалансы кишечной микробиоты и ее микробиома или набора генов связаны с ожирением. ^[41] Однако при определенных условиях считается, что некоторые виды способны вызывать заболевания , вызывая инфекцию или увеличивая риск рака у хозяина. ^{[6] [36]}

Грибы и простейшие также составляют часть кишечной флоры, но об их деятельности известно меньше. ^[42]

Из-за распространенности грибков в естественной среде сложно определить, какие роды и виды являются постоянными членами кишечной микобиомы . ^{[43] [44]} Ведутся исследования относительно того, является ли Penicillium постоянным или временным членом кишечной флоры, получаемым из пищевых источников, таких как сыр , хотя известно, что несколько видов этого рода выживают при температуре около 37 °C, что примерно соответствует температуре тела . ^{[44] Известно, что} Saccharomyces cerevisiae , пивные дрожжи, попадают в кишечник после попадания в организм и могут быть ответственны за состояние синдрома автопивоварни в случаях, когда они переизбыточны, ^{[44] [45] [46]} в то время как Candida albicans , вероятно, является постоянным членом и, как полагают, приобретается при рождении посредством вертикальной передачи . ^{[47] [ необходима медицинская ссылка ]}

Человеческий виром в основном состоит из бактериофагов . ^[48]

Существуют общие закономерности эволюции состава микробиома в течение жизни. ^[49] В целом, разнообразие состава микробиоты фекальных образцов значительно выше у взрослых, чем у детей, хотя межличностные различия у детей выше, чем у взрослых. ^[50] Большая часть созревания микробиоты до конфигурации, подобной взрослой, происходит в течение первых трех лет жизни. ^[50]

По мере изменения состава микробиома меняется и состав бактериальных белков, вырабатываемых в кишечнике. В микробиомах взрослых обнаружено высокое распространение ферментов, участвующих в ферментации , метаногенезе и метаболизме аргинина , глутамата , аспартата и лизина . Напротив, в микробиомах младенцев доминирующие ферменты участвуют в метаболизме цистеина и путях ферментации. ^[50]

Состав микробиома кишечника зависит от географического происхождения популяций. Изменения в компромиссе Prevotella , представленности гена уреазы и представленности генов, кодирующих глутаматсинтазу/деградацию или другие ферменты, участвующие в деградации аминокислот или биосинтезе витаминов, показывают значительные различия между популяциями из США, Малави или индейского происхождения. ^[50]

Население США имеет высокую представленность ферментов, кодирующих деградацию глутамина , и ферментов, участвующих в биосинтезе витаминов и липоевой кислоты ; тогда как население Малави и индейцев имеет высокую представленность ферментов, кодирующих глутаматсинтазу, а также у них в микробиомах наблюдается повышенная представленность α-амилазы . Поскольку население США имеет рацион, более богатый жирами, чем население индейцев или малавийцев, которые имеют рацион, богатый кукурузой, рацион, вероятно, является основным фактором, определяющим состав бактерий кишечника. ^[50]

Дальнейшие исследования показали большую разницу в составе микробиоты между европейскими и сельскими африканскими детьми. Фекальные бактерии детей из Флоренции сравнивались с бактериями детей из небольшой сельской деревни Бульпон в Буркина-Фасо . Рацион типичного ребенка, живущего в этой деревне, в значительной степени лишен жиров и животных белков и богат полисахаридами и растительными белками. Фекальные бактерии европейских детей были представлены Firmicutes и показали заметное снижение биоразнообразия, в то время как фекальные бактерии детей Бульпона были представлены Bacteroidetes . Возросшее биоразнообразие и другой состав микробиома кишечника в африканских популяциях могут способствовать перевариванию обычно неперевариваемых растительных полисахаридов, а также могут привести к снижению частоты неинфекционных заболеваний толстой кишки. ^[51]

В меньшем масштабе было показано, что совместное использование многочисленных общих экологических воздействий в семье является сильным фактором, определяющим индивидуальный состав микробиома. Этот эффект не имеет генетического влияния и постоянно наблюдается в культурно различных популяциях. ^[50]

У недоедающих детей микробиота кишечника менее зрелая и менее разнообразная, чем у здоровых детей, а изменения в микробиоме, связанные с дефицитом питательных веществ, могут, в свою очередь, быть патофизиологической причиной недоедания. ^{[52] [53]} У недоедающих детей также обычно больше потенциально патогенной кишечной флоры и больше дрожжей во рту и горле. ^[54] Изменение рациона питания может привести к изменениям в составе и разнообразии микробиоты кишечника. ^[55]

Исследователи из American Gut Project и Human Microbiome Project обнаружили, что двенадцать семейств микробов различаются по численности в зависимости от расы или этнической принадлежности человека. Сила этих связей ограничена небольшим размером выборки: American Gut Project собрал данные от 1375 человек, 90% из которых были белыми. ^[56] Исследование Healthy Life in an Urban Setting (HELIUS) в Амстердаме показало, что у людей голландского происхождения самый высокий уровень разнообразия микробиоты кишечника, в то время как у людей южноазиатского и суринамского происхождения — самый низкий уровень разнообразия. Результаты исследования показали, что у людей одной расы или этнической принадлежности микробиомы более схожи, чем у людей разного расового происхождения. ^[56]

По состоянию на 2020 год, по крайней мере, два исследования продемонстрировали связь между социально-экономическим статусом человека (SES) и его микробиотой кишечника. Исследование в Чикаго показало, что у людей в районах с более высоким SES было большее разнообразие микробиоты. У людей из районов с более высоким SES также было больше бактерий Bacteroides . Аналогичным образом, исследование близнецов в Соединенном Королевстве показало, что более высокий SES также был связан с большим разнообразием кишечника. ^[56]

По состоянию на 2023 год исследование показывает, что антибиотики, особенно те, которые используются для лечения бактериальных инфекций широкого спектра, оказывают негативное воздействие на микробиоту кишечника. ^[57] В исследовании также говорится, что многие эксперты по здоровью кишечника обеспокоены тем, что использование антител привело к снижению разнообразия микробиоты кишечника, многие штаммы были утрачены, а если и происходит повторное появление бактерий, то оно является постепенным и долгосрочным. ^[58]

Формирование кишечной флоры имеет решающее значение для здоровья взрослого человека, а также для функционирования желудочно-кишечного тракта. ^[59] У людей кишечная флора, похожая на взрослую, формируется в течение одного-двух лет после рождения, поскольку микробиота приобретается путем передачи от родителя к ребенку и передается через пищу, воду и другие источники окружающей среды. ^{[60] [12]}

Традиционное представление о желудочно-кишечном тракте нормального плода заключается в том, что он стерилен, хотя в последние несколько лет это представление было оспорено. ^{[ временные рамки? ] [61]} Начали появляться многочисленные линии доказательств, которые предполагают, что во внутриутробной среде могут быть бактерии. У людей исследования показали, что микробная колонизация может происходить у плода ^[62] при этом одно исследование показало, что виды Lactobacillus и Bifidobacterium присутствовали в биопсиях плаценты. ^[63] Несколько исследований на грызунах продемонстрировали присутствие бактерий в амниотической жидкости и плаценте, а также в меконии детей, рожденных путем стерильного кесарева сечения. ^{[64] [65]} В другом исследовании исследователи вводили культуру бактерий перорально беременным мышам и обнаружили бактерии у потомства, вероятно, в результате передачи между пищеварительным трактом и амниотической жидкостью через кровоток. ^[66] Однако исследователи предупреждают, что источник этих внутриутробных бактерий, живые ли они и их роль пока не изучены. ^{[67] [63]}

Во время родов и вскоре после этого бактерии от матери и окружающей среды колонизируют кишечник младенца. ^[12] Точные источники бактерий не полностью изучены, но могут включать родовые пути, других людей (родителей, братьев и сестер, работников больницы), грудное молоко, пищу и общую среду, с которой взаимодействует младенец. ^[68] Исследования показали, что микробиом детей, рожденных вагинально, значительно отличается от микробиома детей, рожденных с помощью кесарева сечения , и что дети, рожденные вагинально, получили большую часть своих кишечных бактерий от своей матери, в то время как микробиота детей, рожденных с помощью кесарева сечения, содержала больше бактерий, связанных с больничной средой. ^[69]

В течение первого года жизни состав кишечной флоры, как правило, прост и сильно меняется со временем, а также не одинаков у разных людей. ^[12] Первоначальная бактериальная популяция, как правило, представляет собой факультативные анаэробные организмы ; исследователи полагают, что эти первоначальные колонизаторы снижают концентрацию кислорода в кишечнике, что, в свою очередь, позволяет облигатным анаэробным бактериям, таким как Bacteroidota , Actinomycetota и Bacillota , закрепляться и развиваться. ^[12] У грудных детей преобладают бифидобактерии , возможно, из-за содержания факторов роста бифидобактерий в грудном молоке, а также из-за того, что грудное молоко содержит пребиотические компоненты, обеспечивающие здоровый рост бактерий. ^{[63] [70]} Грудное молоко также содержит более высокий уровень иммуноглобулина А (IgA), который помогает с толерантностью и регуляцией иммунной системы ребенка. ^[71] Напротив, микробиота детей, находящихся на искусственном вскармливании , более разнообразна и содержит большое количество Enterobacteriaceae , энтерококков , бифидобактерий, бактероидов и клостридий. ^[72]

Кесарево сечение, антибиотики и искусственное вскармливание могут изменить состав микробиома кишечника. ^[63] Дети, леченные антибиотиками, имеют менее стабильные и менее разнообразные цветочные сообщества. ^[73] Было показано, что кесарево сечение нарушает передачу бактерий от матери к потомству, что влияет на общее состояние здоровья потомства, повышая риск таких заболеваний, как целиакия , астма и диабет 1 типа  . ^[63] Это еще раз подтверждает важность здорового микробиома кишечника. Изучаются различные методы восстановления микробиома, обычно включающие воздействие на младенца содержимого влагалища матери и пероральных пробиотиков. ^[63]

Когда в 1995 году началось изучение кишечной флоры, ^[74] считалось, что она играет три ключевые роли: прямая защита от патогенов , укрепление защиты хозяина за счет своей роли в развитии и поддержании кишечного эпителия и индукции выработки антител там, а также метаболизм в противном случае неперевариваемых соединений в пище. Последующие исследования обнаружили ее роль в обучении развивающейся иммунной системы, и еще одна работа была сосредоточена на ее роли в оси кишечник-мозг . ^[75]

Сообщество кишечной флоры играет прямую роль в защите от патогенов, полностью колонизируя пространство, используя все доступные питательные вещества и секретируя соединения, известные как цитокины, которые убивают или подавляют нежелательные организмы, которые будут конкурировать с ним за питательные вещества. ^[76] Различные штаммы кишечных бактерий вызывают выработку различных цитокинов. Цитокины — это химические соединения, вырабатываемые нашей иммунной системой для инициирования воспалительного ответа на инфекции. Нарушение кишечной флоры позволяет конкурирующим организмам, таким как Clostridioides difficile, закрепляться, которые в противном случае остаются в состоянии бездействия. ^[76]

У людей кишечная флора, похожая на взрослую, формируется в течение одного-двух лет после рождения. ^[12] По мере того, как кишечная флора формируется, слизистая оболочка кишечника — кишечный эпителий и секретируемый им слизистый барьер кишечника — также развиваются таким образом, что становятся толерантными и даже поддерживающими комменсалистические микроорганизмы в определенной степени, а также обеспечивают барьер для патогенных микроорганизмов. ^[12] В частности, бокаловидные клетки , которые производят слизистую оболочку, размножаются, и слизистый слой утолщается, обеспечивая внешний слизистый слой, в котором могут закрепляться и питаться «дружественные» микроорганизмы, и внутренний слой, в который даже эти организмы не могут проникнуть. ^{[12] [13]} Кроме того, развитие лимфоидной ткани, ассоциированной с кишечником (GALT), которая является частью кишечного эпителия и которая обнаруживает и реагирует на патогены, появляется и развивается в то время, когда развивается и закрепляется кишечная флора. ^[12] Развивающаяся GALT толерантна к видам кишечной флоры, но не к другим микроорганизмам. ^[12] GALT также обычно становится толерантной к пище, которой подвергается младенец, а также к продуктам переваривания пищи и метаболитам кишечной флоры (молекулам, образующимся в результате метаболизма), вырабатываемым из пищи. ^[12]

Иммунная система человека вырабатывает цитокины , которые могут заставить иммунную систему вызывать воспаление, чтобы защитить себя, и которые могут подавлять иммунный ответ для поддержания гомеостаза и обеспечения заживления после инсульта или травмы. ^[12] Было показано, что различные виды бактерий, которые появляются в кишечной флоре, способны заставлять иммунную систему избирательно вырабатывать цитокины; например, Bacteroides fragilis и некоторые виды Clostridia, по-видимому, вызывают противовоспалительную реакцию, в то время как некоторые сегментированные нитчатые бактерии стимулируют выработку воспалительных цитокинов. ^{[12] [77]} Кишечная флора также может регулировать выработку антител иммунной системой. ^{[12] [78]} Одна из функций этой регуляции заключается в том, чтобы заставить В-клетки переключиться на IgA . В большинстве случаев В-клетки нуждаются в активации от Т-хелперных клеток , чтобы вызвать переключение класса ; однако в другом пути кишечная флора вызывает сигнализацию NF-kB кишечными эпителиальными клетками, что приводит к секреции дополнительных сигнальных молекул. ^[79] Эти сигнальные молекулы взаимодействуют с В-клетками, чтобы вызвать переключение класса на IgA. ^[79] IgA является важным типом антител, который используется в слизистых оболочках, таких как кишечник. Было показано, что IgA может помочь разнообразить сообщество кишечника и помогает избавиться от бактерий, вызывающих воспалительные реакции. ^[80] В конечном счете, IgA поддерживает здоровую среду между хозяином и кишечными бактериями. ^[80] Эти цитокины и антитела могут оказывать действие за пределами кишечника, в легких и других тканях. ^[12]

Иммунная система также может быть изменена из-за способности кишечных бактерий производить метаболиты , которые могут влиять на клетки иммунной системы. Например, короткоцепочечные жирные кислоты (SCFA) могут вырабатываться некоторыми кишечными бактериями посредством ферментации . ^[81] SCFA стимулируют быстрое увеличение производства врожденных иммунных клеток, таких как нейтрофилы , базофилы и эозинофилы . ^[81] Эти клетки являются частью врожденной иммунной системы, которая пытается ограничить распространение инфекции.

Метаболизм триптофана микробиотой кишечника человека ( в т е ) триптофан Клостридии спорогены Лакто- бациллы Бактерии , экспрессирующие триптофаназу ИПА И3А индол Печень Мозг ИПА И3А индол Индоксилсульфат ​ АСТ-120 ААР Кишечные иммунные клетки Кишечный эпителий ПХР Гомеостаз слизистой оболочки: ↓ TNF-α ↑ мРНК , кодирующие соединительный белок L-ячейка ГПП-1 ТДж Нейропротектор : ↓ Активация глиальных клеток и астроцитов ↓ Уровень 4-гидрокси-2-ноненаля ↓ Повреждение ДНК – Антиоксидант – Ингибирует образование β-амилоидных фибрилл Поддерживает реактивность слизистой оболочки: ↑ выработка ИЛ-22 Связано с сосудистыми заболеваниями : ↑ Окислительный стресс ↑ Пролиферация гладкомышечных клеток ↑ Толщина стенки аорты и кальцификация Связано с хроническим заболеванием почек : ↑ Почечная дисфункция – Уремический токсин Почки На этой диаграмме показан биосинтез биологически активных соединений ( индола и некоторых других производных) из триптофана бактериями в кишечнике. [82] Индол вырабатывается из триптофана бактериями, которые экспрессируют триптофаназу . [82] Clostridium sporogenes метаболизирует триптофан в индол и впоследствии в 3-индолпропионовую кислоту (IPA), [83] высокоэффективный нейропротекторный антиоксидант , который удаляет гидроксильные радикалы . [82] [84] [85] IPA связывается с прегнановым X-рецептором (PXR) в клетках кишечника, тем самым способствуя гомеостазу слизистой оболочки и барьерной функции . [82] После абсорбции из кишечника и распределения в мозг IPA оказывает нейропротекторное действие против церебральной ишемии и болезни Альцгеймера . [82] Виды Lactobacillaceae ( Lactobacillus s.l. ) метаболизируют триптофан в индол-3-альдегид (I3A), который действует на арильный углеводородный рецептор (AhR) в кишечных иммунных клетках, в свою очередь, увеличивая выработку интерлейкина-22 (IL-22). [82] Сам индол запускает секрецию глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1) в кишечных L-клетках и действует как лиганд для AhR. [82] Индол также может метаболизироваться печенью в индоксилсульфат , соединение, которое является токсичным в высоких концентрациях и связано с сосудистыми заболеваниями и почечной дисфункцией . [82] AST-120 ( активированный уголь ), кишечный сорбент , который принимается внутрь , адсорбирует индол, в свою очередь, снижая концентрацию индоксилсульфата в плазме крови. [82]

Без кишечной флоры организм человека не смог бы использовать некоторые непереваренные углеводы, которые он потребляет, потому что некоторые типы кишечной флоры имеют ферменты , которых не хватает человеческим клеткам для расщепления определенных полисахаридов . ^[14] Грызуны, выращенные в стерильной среде и лишенные кишечной флоры, должны потреблять на 30% больше калорий , чтобы оставаться того же веса, что и их нормальные сородичи. ^[14] Углеводы, которые человек не может переварить без помощи бактерий, включают определенные крахмалы , клетчатку , олигосахариды и сахара , которые организм не смог переварить и усвоить, такие как лактоза в случае непереносимости лактозы и сахарные спирты , слизь , вырабатываемая кишечником, и белки. ^{[9] [14]}

Бактерии превращают углеводы, которые они ферментируют, в короткоцепочечные жирные кислоты с помощью формы ферментации, называемой сахаролитической ферментацией. ^[39] Продукты включают уксусную кислоту , пропионовую кислоту и масляную кислоту . ^{[7] [39]} Эти материалы могут использоваться клетками-хозяевами, обеспечивая основной источник энергии и питательных веществ. ^[39] Газы (которые участвуют в передаче сигналов ^[86] и могут вызывать метеоризм ) и органические кислоты , такие как молочная кислота , также производятся путем ферментации. ^[7] Уксусная кислота используется мышцами , пропионовая кислота способствует выработке АТФ печенью , а масляная кислота обеспечивает энергией клетки кишечника. ^[39]

Кишечная флора также синтезирует витамины, такие как биотин и фолат , и способствует усвоению пищевых минералов , включая магний, кальций и железо. ^{[6] [22]} Methanobrevibacter smithii уникален, поскольку он не является видом бактерий, а скорее членом домена Archaea и является наиболее распространенным видом архей, продуцирующих метан, в микробиоте желудочно-кишечного тракта человека. ^[87]

Микробиота кишечника также служит источником витаминов K и B ₁₂ , которые не вырабатываются организмом или вырабатываются в небольших количествах. ^{[88] [89]}

Бактерии, которые разлагают целлюлозу (например, Ruminococcus ), распространены среди человекообразных обезьян , древних человеческих обществ, сообществ охотников-собирателей и даже современных сельских популяций. Однако они редки в индустриальных обществах. Штаммы, связанные с человеком, приобрели гены, которые могут разлагать определенные растительные волокна, такие как кукуруза , рис и пшеница . Бактериальные штаммы, обнаруженные у приматов, также могут разлагать хитин , полимер, в изобилии встречающийся в насекомых, которые являются частью рациона многих нечеловеческих приматов . Сокращение этих бактерий в кишечнике человека, вероятно, было обусловлено переходом на западный образ жизни. ^[90]

Человеческий метагеном (т. е. генетический состав человека и всех микроорганизмов, которые находятся на теле человека или внутри него) значительно различается у разных людей. ^{[91] [92]} Поскольку общее количество микробных клеток в организме человека (более 100 триллионов) значительно превосходит количество клеток Homo sapiens (десятки триллионов), ^{[примечание 1] [91] [93]} существует значительный потенциал для взаимодействия между лекарственными средствами и микробиомом человека, включая: лекарственные средства, изменяющие состав микробиома человека , метаболизм лекарственных средств микробными ферментами, изменяющими фармакокинетический профиль лекарственного средства , и микробный метаболизм лекарственных средств, влияющий на клиническую эффективность и профиль токсичности лекарственного средства . ^{[91] [92] [94]}

Помимо углеводов, кишечная микробиота может также метаболизировать другие ксенобиотики , такие как лекарства, фитохимические вещества и пищевые токсиканты. Было показано, что более 30 лекарств метаболизируются кишечной микробиотой. ^[95] Микробный метаболизм лекарств иногда может инактивировать лекарство. ^[96]

Микробиота кишечника представляет собой обогащенное сообщество, содержащее разнообразные гены с огромными биохимическими возможностями для модификации лекарств, особенно тех, которые принимаются внутрь. ^[97] Микробиота кишечника может влиять на метаболизм лекарств через прямые и косвенные механизмы. ^[98] Прямой механизм опосредован микробными ферментами, которые могут изменять химическую структуру вводимых лекарств. ^[99] Наоборот, косвенный путь опосредован микробными метаболитами, которые влияют на экспрессию ферментов метаболизма хозяина, таких как цитохром P450 . ^{[100] [98]} Влияние микробиоты кишечника на фармакокинетику и биодоступность лекарств было исследовано несколько десятилетий назад. ^{[101] [102] [103]} Эти эффекты могут быть различными; они могут активировать неактивные лекарства, такие как ловастатин, ^[104] инактивировать активное лекарство, такое как дигоксин ^[105] или вызывать токсичность лекарств, как в случае с иринотеканом . ^[106] С тех пор активно изучалось влияние микробиоты кишечника на фармакокинетику многих лекарственных препаратов. ^{[107] [97]}

Микробиота кишечника человека играет решающую роль в модулировании эффекта вводимых лекарств на человека. Непосредственно микробиота кишечника может синтезировать и высвобождать ряд ферментов, способных метаболизировать лекарства, такие как микробная биотрансформация L-допы ферментами декарбоксилазы и дегидроксилазы. ^[99] Напротив, микробиота кишечника может также изменять метаболизм лекарств, модулируя метаболизм лекарств хозяина. Этот механизм может быть опосредован микробными метаболитами или путем модификации метаболитов хозяина, которые, в свою очередь, изменяют экспрессию ферментов, метаболизирующих хозяина. ^[100]

Большое количество исследований продемонстрировало метаболизм более 50 препаратов микробиотой кишечника. ^{[107] [98]} Например, ловастатин (средство для снижения уровня холестерина), который является пролекарством лактона, частично активируется микробиотой кишечника человека, образуя активные гидроксилированные кислотные метаболиты. ^[104] Напротив, дигоксин (препарат, используемый для лечения застойной сердечной недостаточности) инактивируется членом микробиоты кишечника (то есть Eggerthella lanta ). ^[108] Eggerthella lanta имеет оперон, кодирующий цитохром, который активируется дигоксином и связан с инактивацией дигоксина. ^[108] Микробиота кишечника также может модулировать эффективность и токсичность химиотерапевтических агентов, таких как иринотекан. ^[109] Этот эффект обусловлен ферментами β-глюкуронидазы, кодируемыми микробиомом, которые восстанавливают активную форму иринотекана, вызывая желудочно-кишечную токсичность. ^[110]

Это микробное сообщество в кишечнике обладает огромной биохимической способностью производить различные вторичные метаболиты, которые иногда производятся в результате метаболического преобразования диетических продуктов, таких как волокна , эндогенные биологические соединения, такие как индол или желчные кислоты . ^{[111] [112] [113]} Микробные метаболиты, особенно короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и вторичные желчные кислоты (ВЖК), играют важную роль для человека в состоянии здоровья и при заболеваниях. ^{[114] [115] [116]}

Одним из важнейших бактериальных метаболитов, продуцируемых микробиотой кишечника, являются вторичные желчные кислоты (BAs). ^[113] Эти метаболиты продуцируются путем бактериальной биотрансформации первичных желчных кислот, таких как холевая кислота (CA) и хенодезоксихолевая кислота (CDCA), во вторичные желчные кислоты (BAs), литохолевую кислоту (LCA) и дезоксихолевую кислоту (DCA) соответственно. ^[117] Первичные желчные кислоты, которые синтезируются гепатоцитами и хранятся в желчном пузыре, обладают гидрофобными свойствами. Эти метаболиты впоследствии метаболизируются микробиотой кишечника во вторичные метаболиты с повышенной гидрофобностью. ^[117] Гидролазы желчных солей (BSH), которые сохраняются во всех типах микробиоты кишечника, таких как Bacteroides , Firmicutes и Actinobacteria , отвечают за первый этап метаболизма вторичных желчных кислот. ^[117] Было показано, что вторичные желчные кислоты (BAs), такие как DCA и LCA, подавляют как прорастание, так и рост Clostridioides difficile . ^[116]

Микробиота кишечника важна для поддержания гомеостаза в кишечнике. Развитие рака кишечника связано с дисбалансом естественной микрофлоры (дисбактериозом). ^[118] Вторичная желчная кислота — дезоксихолевая кислота — связана с изменениями микробного сообщества, которые приводят к усилению канцерогенеза в кишечнике. ^[118] Повышенное воздействие вторичных желчных кислот на толстую кишку в результате дисбактериоза может вызвать повреждение ДНК , а такое повреждение может привести к канцерогенным мутациям в клетках толстой кишки. ^[119] Высокая плотность бактерий в толстой кишке (около 10 ¹² на мл), которые подвержены дисбактериозу, по сравнению с относительно низкой плотностью в тонкой кишке (около 10 ² на мл), может объяснить более чем 10-кратную более высокую заболеваемость раком в толстой кишке по сравнению с тонкой кишкой. ^[119]

Микробиота кишечника способствует пищеварению и иммунной модуляции, поскольку она играет роль в оси кишечник-мозг, где микробные метаболиты, такие как короткоцепочечные жирные кислоты и нейротрансмиттеры, влияют на функцию и поведение мозга. Ось кишечник-мозг представляет собой биохимическую сигнализацию, которая происходит между желудочно-кишечным трактом и центральной нервной системой . ^[75] Этот термин был расширен, чтобы включить роль кишечной флоры во взаимодействии; термин «ось микробиом–мозг» иногда используется для описания парадигм, явно включающих кишечную флору. ^{[75] [120] [121]} В широком смысле ось кишечник-мозг включает центральную нервную систему, нейроэндокринную и нейроиммунную системы, включая гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ось (ось HPA), симпатическую и парасимпатическую ветви автономной нервной системы , включая энтеральную нервную систему , блуждающий нерв и микробиоту кишечника . ^{[75] [121]} Исследования показывают связь между дисбактериозом кишечника и психическими заболеваниями, указывая на сложное взаимодействие, которое влияет на настроение и когнитивные функции.

Систематический обзор 2016 года изучил доклинические и небольшие испытания на людях, которые были проведены с некоторыми коммерчески доступными штаммами пробиотических бактерий, и обнаружил, что среди протестированных роды Bifidobacterium и Lactobacillus ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarum и L. casei ) имели наибольший потенциал для использования при некоторых расстройствах центральной нервной системы . ^[16]

Изменение количества кишечных бактерий, например, путем приема антибиотиков широкого спектра действия , может повлиять на здоровье хозяина и его способность переваривать пищу. ^[122] Антибиотики могут вызывать диарею, связанную с антибиотиками, путем непосредственного раздражения кишечника , изменения уровня микробиоты или позволяя патогенным бактериям расти. ^[7] Другим вредным эффектом антибиотиков является увеличение количества устойчивых к антибиотикам бактерий, обнаруживаемых после их использования, которые, попадая в организм хозяина, вызывают заболевания, которые трудно поддаются лечению антибиотиками. ^[122]

Изменение количества и видов кишечной микробиоты может снизить способность организма ферментировать углеводы и метаболизировать желчные кислоты, а также может вызвать диарею . Углеводы, которые не расщепляются, могут поглощать слишком много воды и вызывать жидкий стул, или недостаток короткоцепочечных жирных кислот, вырабатываемых кишечной микробиотой, может вызвать диарею. ^[7]

Снижение уровня местных видов бактерий также нарушает их способность подавлять рост вредных видов, таких как C. difficile и Salmonella Kedougou, и эти виды могут выйти из-под контроля, хотя их чрезмерный рост может быть случайным и не быть истинной причиной диареи. ^{[6] [7] [122]} Новые протоколы лечения инфекций C. difficile включают трансплантацию фекальной микробиоты донорских фекалий (см. Трансплантация фекалий ). ^[123] Первоначальные отчеты о лечении описывают показатели успешности в 90% с небольшим количеством побочных эффектов. Предполагается, что эффективность является результатом восстановления бактериального баланса классов бактерий Bacteroides и Firmicutes. ^[124]

Состав микробиома кишечника также меняется при тяжелых заболеваниях, не только из-за использования антибиотиков, но и из-за таких факторов, как ишемия кишечника, отказ от еды и иммунодефицит . Отрицательные эффекты этого привели к интересу к селективной деконтаминации пищеварительного тракта, лечению, направленному на уничтожение только патогенных бактерий и позволяющему восстановить здоровые. ^[125]

Антибиотики изменяют популяцию микробиоты в желудочно-кишечном тракте , и это может изменить внутрисообщественные метаболические взаимодействия, изменить потребление калорий за счет использования углеводов и в целом повлиять на метаболический, гормональный и иммунный гомеостаз хозяина. ^[126]

Имеются обоснованные доказательства того, что прием пробиотиков, содержащих виды Lactobacillus, может помочь предотвратить диарею, связанную с приемом антибиотиков, а прием пробиотиков с Saccharomyces (например, Saccharomyces boulardii ) может помочь предотвратить инфекцию Clostridioides difficile после системного лечения антибиотиками. ^[127]

Микробиота кишечника женщины меняется по мере развития беременности , причем изменения аналогичны тем, что наблюдаются при метаболических синдромах, таких как диабет. Изменение микробиоты кишечника не вызывает никаких побочных эффектов. Микробиота кишечника новорожденного напоминает образцы микробиоты матери в первом триместре. Разнообразие микробиома уменьшается от первого к третьему триместру, так как количество определенных видов увеличивается. ^{[63] [128]}

Пробиотики содержат живые микроорганизмы . Считается, что при употреблении они приносят пользу здоровью, изменяя состав микробиома. ^{[129] [130] [131]} Текущие исследования изучают использование пробиотиков как способ восстановления микробного баланса кишечника путем стимуляции иммунной системы и ингибирования провоспалительных цитокинов . ^[129]

Что касается микробиоты кишечника, пребиотики, как правило, представляют собой неперевариваемые волокнистые соединения, которые проходят непереваренными через верхнюю часть желудочно-кишечного тракта и стимулируют рост или активность полезной кишечной флоры, выступая для них в качестве субстрата . ^{[39] [132]}

Синбиотики относятся к пищевым ингредиентам или диетическим добавкам, объединяющим пробиотики и пребиотики в форме синергизма . ^[133]

Термин «фармабиотики» используется в различных значениях, для обозначения: фармацевтических формул (стандартизированное производство, которое может получить одобрение регулирующих органов в качестве лекарственного средства) пробиотиков, пребиотиков или синбиотиков ; ^[134] пробиотиков, которые были генетически модифицированы или иным образом оптимизированы для лучшей эффективности (срок хранения, выживаемость в пищеварительном тракте и т. д.); ^[135] и натуральных продуктов метаболизма кишечной флоры (витамины и т. д.). ^[136]

Есть некоторые доказательства того, что лечение некоторыми пробиотическими штаммами бактерий может быть эффективным при синдроме раздраженного кишечника , ^{[137] [138]} вздутии живота ^[139] и хроническом идиопатическом запоре . К числу организмов, которые с наибольшей вероятностью приведут к уменьшению симптомов, относятся:

• Бифидобактерии бреве
• Бифидобактерии инфантис
• Энтерококк фаэциум
• Lactobacillus плантарум
• Lactobacillus reuteri
• Лактобацилла рамнозус
• Lactobacillus salivarius
• Пропионибактерия freudenreichii
• Сахаромицеты Буларди
• Escherichia coli Ниссле 1917
• Термофильный стрептококк ^{[140] [141] [142]}

Фекалии примерно 10–15% людей постоянно плавают в туалетной воде («плавающие»), в то время как остальные производят фекалии, которые тонут («тонущие»), и выработка газа заставляет фекалии плавать. ^[143] В то время как обычные мыши часто производят «плавающие», гнотобиотические стерильные мыши без микробиоты кишечника (выращенные в стерильном изоляторе) производят «тонущих», а колонизация микробиоты кишечника у стерильных мышей приводит к преобразованию пищи в микробную биомассу и обогащению множественными газообразующими видами бактерий, что превращает «тонущих» в «плавающих». ^[144]

Тесты на то, могут ли неантибиотические препараты влиять на кишечные бактерии человека, проводились с помощью анализа in vitro более 1000 продаваемых препаратов против 40 штаммов кишечных бактерий, показывая, что 24% препаратов подавляли рост по крайней мере одного из штаммов бактерий. ^[145]

Бактерии в пищеварительном тракте могут способствовать возникновению и поражаться болезнями различными способами. Наличие или избыток некоторых видов бактерий может способствовать возникновению воспалительных заболеваний, таких как воспалительное заболевание кишечника . ^[6] Кроме того, метаболиты некоторых представителей кишечной флоры могут влиять на сигнальные пути хозяина, способствуя возникновению таких заболеваний, как ожирение и рак толстой кишки . ^[6] Некоторые кишечные бактерии также могут вызывать инфекции и сепсис , например, когда им позволяют проникать из кишечника в остальную часть тела . ^[6]

Инфекция Helicobacter pylori может инициировать образование язв желудка, когда бактерии проникают в эпителиальную оболочку желудка, вызывая затем воспалительную фагоцитарную реакцию . ^[146] В свою очередь, воспаление повреждает париетальные клетки, которые выделяют избыточное количество соляной кислоты в желудок и производят меньше защитной слизи. ^[147] Повреждение слизистой оболочки желудка, приводящее к язвам , развивается, когда желудочная кислота подавляет защитные свойства клеток и подавляет синтез эндогенных простагландинов , снижает секрецию слизи и бикарбоната, снижает кровоток в слизистой оболочке и снижает устойчивость к травмам. ^[147] Снижение защитных свойств слизистой оболочки желудка увеличивает уязвимость к дальнейшему повреждению и образованию язв желудочной кислотой, пепсином и желчными солями. ^{[146] [147]}

Обычно комменсальные бактерии могут нанести вред хозяину, если они выталкиваются из кишечного тракта. ^{[12] [13]} Транслокация, которая происходит, когда бактерии покидают кишечник через его слизистую оболочку, может происходить при ряде различных заболеваний. ^[13] Если кишечник перфорирован, бактерии проникают в интерстиций , вызывая потенциально смертельную инфекцию . ^{[5] : 715}

Два основных типа воспалительных заболеваний кишечника , болезнь Крона и язвенный колит , являются хроническими воспалительными расстройствами кишечника; причины этих заболеваний неизвестны, и проблемы с кишечной флорой и ее взаимоотношениями с хозяином были связаны с этими состояниями. ^{[15] [148] [149] [150]} Кроме того, по-видимому, взаимодействие кишечной флоры с осью кишечник-мозг играет роль в ВЗК, при этом физиологический стресс, опосредованный через гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ось, приводит к изменениям в эпителии кишечника, а кишечная флора, в свою очередь, высвобождает факторы и метаболиты, которые запускают сигнализацию в энтеральной нервной системе и блуждающем нерве . ^[4]

Разнообразие кишечной флоры, по-видимому, значительно снижено у людей с воспалительными заболеваниями кишечника по сравнению со здоровыми людьми; кроме того, у людей с язвенным колитом, по-видимому, доминируют Proteobacteria и Actinobacteria; у людей с болезнью Крона, по-видимому, преобладают Enterococcus faecium ^{и несколько Proteobacteria. [4]}

Имеются обоснованные доказательства того, что коррекция дисбаланса кишечной флоры путем приема пробиотиков с лактобациллами и бифидобактериями может уменьшить висцеральную боль и воспаление кишечника при ВЗК. ^[127]

Синдром раздраженного кишечника является результатом стресса и хронической активации оси HPA; его симптомы включают боль в животе, изменения в дефекации и увеличение провоспалительных цитокинов. В целом, исследования показали, что люминальная и слизистая микробиота изменены у людей с синдромом раздраженного кишечника, и эти изменения могут быть связаны с типом раздражения, таким как диарея или запор . Кроме того, наблюдается снижение разнообразия микробиома с низким уровнем фекальных лактобацилл и бифидобактерий, высоким уровнем факультативных анаэробных бактерий, таких как Escherichia coli , и повышенным соотношением Firmicutes: Bacteroidetes. ^[121]

Что касается астмы, то для объяснения ее растущей распространенности в развитых странах были выдвинуты две гипотезы. Гигиеническая гипотеза утверждает, что дети в развитых странах не подвергаются воздействию достаточного количества микробов и, таким образом, могут содержать более низкую распространенность определенных бактериальных таксонов, которые играют защитные роли. ^[151] Вторая гипотеза фокусируется на западной модели питания , в которой отсутствуют цельные зерна и клетчатка и имеется переизбыток простых сахаров . ^[15] Обе гипотезы сходятся во мнении о роли короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) в иммуномодуляции . Эти метаболиты бактериальной ферментации участвуют в иммунной сигнализации, которая предотвращает возникновение астмы, а более низкие уровни SCFA связаны с заболеванием. ^{[151] [152]} Отсутствие защитных родов, таких как Lachnospira , Veillonella , Rothia и Faecalibacterium , было связано со снижением уровней SCFA. ^[151] Кроме того, SCFA являются продуктом бактериальной ферментации клетчатки, которая низкая в западной модели питания. ^{[15] [152]} SCFAs предлагают связь между кишечной флорой и иммунными расстройствами, и по состоянию на 2016 год это было активной областью исследований. ^[15] Аналогичные гипотезы также были выдвинуты относительно роста пищевой и других аллергий. ^[153]

Связь между микробиотой кишечника и сахарным диабетом 1 типа также была связана с короткоцепочечными жирными кислотами, такими как бутират и ацетат. Диеты, дающие бутират и ацетат в результате бактериальной ферментации, показывают повышенную экспрессию T _reg . ^[154] Клетки T _reg подавляют эффекторные Т-клетки , что, в свою очередь, снижает воспалительную реакцию в кишечнике. ^[155] Бутират является источником энергии для клеток толстой кишки. Таким образом, диеты, дающие бутират, снижают проницаемость кишечника , обеспечивая достаточно энергии для образования плотных соединений . ^[156] Кроме того, было показано, что бутират снижает резистентность к инсулину, что позволяет предположить, что кишечные сообщества с низким содержанием микробов, продуцирующих бутират, могут повышать вероятность приобретения сахарного диабета 2 типа . ^[157] Диеты, дающие бутират, также могут иметь потенциальные эффекты подавления колоректального рака . ^[156]

Кишечная флора вовлечена в ожирение и метаболический синдром из-за ключевой роли в процессе пищеварения; диета западного образца, по-видимому, стимулирует и поддерживает изменения во флоре кишечника, которые, в свою очередь, изменяют количество энергии, получаемой из пищи, и то, как эта энергия используется. ^{[150] [158]} Одним из аспектов здорового питания , которого часто не хватает в диете западного образца, являются волокна и другие сложные углеводы, которые необходимы для процветания здоровой кишечной флоры; изменения кишечной флоры в ответ на диету западного образца, по-видимому, увеличивают количество энергии, вырабатываемой кишечной флорой, что может способствовать ожирению и метаболическому синдрому. ^[127] Также есть доказательства того, что микробиота влияет на пищевое поведение, основанное на предпочтениях микробиоты, что может привести к тому, что хозяин будет потреблять больше пищи, что в конечном итоге приведет к ожирению. В целом было замечено, что при более высоком разнообразии микробиома кишечника микробиота будет тратить энергию и ресурсы на конкуренцию с другой микробиотой и меньше на манипулирование хозяином. Противоположность наблюдается при меньшем разнообразии микробиома кишечника, и эти микробиоты могут работать вместе, создавая пищевые пристрастия хозяина. ^[55]

Кроме того, печень играет доминирующую роль в гомеостазе глюкозы в крови , поддерживая баланс между поглощением и хранением глюкозы через метаболические пути гликогенеза и глюконеогенеза . Липиды кишечника регулируют гомеостаз глюкозы, включающий ось кишечник–мозг–печень. Прямое введение липидов в верхний отдел кишечника увеличивает уровни длинноцепочечного жирного ацил-кофермента А (LCFA-CoA) в верхнем отделе кишечника и подавляет выработку глюкозы даже при поддиафрагмальной ваготомии или деафферентации блуждающего нерва кишечника . Это прерывает нейронную связь между мозгом и кишечником и блокирует способность липидов верхнего отдела кишечника ингибировать выработку глюкозы. Ось кишечник–мозг–печень и состав микробиоты кишечника могут регулировать гомеостаз глюкозы в печени и обеспечивать потенциальные терапевтические методы лечения ожирения и диабета. ^[159]

Так же, как кишечная флора может функционировать в цикле обратной связи, который может способствовать развитию ожирения, есть данные, что ограничение потребления калорий (т. е. диета ) может приводить к изменениям в составе кишечной флоры. ^[150]

Состав микробиома кишечника человека похож на состав микробиома других человекообразных обезьян. Однако, с момента нашего эволюционного отделения от Pan, разнообразие и состав кишечной биоты человека уменьшились . ^[160] У людей наблюдается увеличение Bacteroidetes, бактериального типа, связанного с рационом с высоким содержанием животного белка и жира, и уменьшение Methanobrevibacter и Fibrobacter, групп, которые ферментируют сложные растительные полисахариды. ^[160] Эти изменения являются результатом комбинированных диетических, генетических и культурных изменений, которые претерпели люди с момента эволюционного расхождения с Pan . ^{[ требуется ссылка ]}

Помимо людей и позвоночных, некоторые насекомые также имеют сложную и разнообразную микробиоту кишечника, которая играет ключевую роль в питании. ^[2] Микробные сообщества, связанные с термитами, могут составлять большую часть веса особей и выполнять важные роли в переваривании лигноцеллюлозы и фиксации азота . ^[161] Известно, что нарушение микробиоты кишечника термитов с использованием таких агентов, как антибиотики ^[162] или борная кислота ^[163] (распространенное средство, используемое при профилактическом лечении), вызывает серьезные нарушения пищеварительной функции и приводит к росту оппортунистических патогенов. ^[163] Эти сообщества являются специфичными для хозяина, и близкородственные виды насекомых имеют сопоставимые сходства в составе микробиоты кишечника. ^{[164] [165]} Было показано, что у тараканов микробиота кишечника собирается детерминированным образом, независимо от инокулята ; ^[166] причина этой специфичной для хозяина сборки остается неясной. Бактериальные сообщества, связанные с насекомыми, такими как термиты и тараканы, определяются комбинацией факторов, в первую очередь диетой, но есть некоторые указания на то, что филогения хозяина также может играть роль в выборе линий. ^{[164] [165]}

Уже более 51 года известно, что введение низких доз антибактериальных препаратов способствует росту сельскохозяйственных животных и увеличению набора веса. ^[126]

В исследовании, проведенном на мышах, соотношение Firmicutes и Lachnospiraceae было значительно повышено у животных, получавших субтерапевтические дозы различных антибиотиков. Анализируя калорийность фекалий и концентрацию короткоцепочечных жирных кислот (SCFA) в желудочно-кишечном тракте, был сделан вывод, что изменения в составе микробиоты приводят к повышению способности извлекать калории из неперевариваемых компонентов и к повышению продукции SCFA. Эти результаты свидетельствуют о том, что антибиотики нарушают не только состав микробиома ЖК, но и его метаболические возможности, особенно в отношении SCFA. ^[126]

• Сопротивление колонизации
• Список человеческой флоры
• Список видов микробиоты нижних отделов репродуктивного тракта женщин
• Кожная флора
• Escherichia coli , продуцирующая веротоксин