Анализ метагенома позволяет понять роль кишечных микробов в болезни Крона

Исследование кишечного метагенома пациентов с болезнью Крона помогло установить, как она влияет на видовой и функциональный состав микробиоты кишечника.

Среди распространенных у пациентов изменений: снижение разнообразия полезных микробов, повышение в микробиоте доли кишечной палочки и других микробов, связанных с воспалением. Собранные данные помогут лучше понять причины и ход заболевания, а также подобрать более эффективное лечение. Работа опубликована в журнале BMC Genomics.

Болезнь Крона – это тяжелое хроническое воспалительное заболевание желудочно-кишечного тракта, распространенное в развитых странах. Причину ее возникновения можно лишь отчасти объяснить генетической склонностью: другими факторами являются окружающая среда и образ жизни. Болезнь связана с нарушенной реакцией иммунитета на собственные кишечные микробы человека. Часто наблюдается дисбаланс кишечной микробиоты. Чтобы понять, как развивается болезнь, научиться точнее диагностировать и лечить ее, ученые исследуют роль бактерий человека в патологическом процессе.

Одним из наиболее перспективных инструментов для этого является анализ метагенома: совокупности генетического материала кишечной микрофлоры. Недавно исследовательская команда, в которую вошли сотрудники Университета ИТМО и специалисты из ФНКЦ ФХМ совместно с врачами нескольких клинических центров, изучила кишечный метагеном пациентов с болезнью Крона. Выяснилось, что состав микробиоты у пациентов существенно меняется, в нем снижается доля нормальной флоры и начинают доминировать патогенные виды, почти отсутствующие у здоровых людей.

Несмотря на то, что смещения состава варьировали от пациента к пациенту, общим наблюдением было повышение доли бактерии Escherichia coli, или кишечной палочки, в несколько раз. Ученые решили разобраться, какими именно генами кишечная палочка, развивающаяся при болезни Крона, отличается от своей родственницы, которая живет у здоровых людей. Сравнение с микробиотой российской популяции показало, что таких универсальных отличий нет. Это было подтверждено анализом опубликованных данных по населению других стран мира: здоровому и с болезнью Крона.

“Кишечная палочка считается наиболее изученным в мире и одним из первых открытых кишечных микробов. Повышение ее численности у человека наблюдается при ряде заболеваний. Интересным образом, метагеном показал, что генная “начинка” кишечной палочки у пациентов с болезнью Крона может существенно варьировать, хотя многие исследователи считали, что существуют лишь специфические подтипы. Это свидетельствует о том, что болезнь Крона носит характер синдрома, когда разный набор причин приводит к схожим симптомам”, – комментирует Александр Тяхт, научный сотрудник Университета ИТМО.

Исследование показало, что в кишечнике одного человека может сосуществовать несколько штаммов кишечной палочки. Поскольку штаммы с различающимися геномами могут иметь совершенно разные экологические роли в кишечнике, на них будут по разному воздействовать одни и те же схемы лечения. Это открытие в перспективе позволит более эффективно балансировать кишечную микробиоту индивидуального пациента при болезни Крона. Через анализ генотипа бактерии для конкретного пациента можно индивидуально выбирать соответствующие лекарства, пробиотики или даже донора для пересадки микробиоты.

Полученные данные согласуются с тем, что удалось выяснить группе ученых до этого, при исследовании отдельных геномов штаммов E. coli, полученных от пациентов. Новые результаты помогают понять, как микробиота меняется при болезни Крона и какие виды и штаммы бактерий участвуют в развитии болезни. Такие сведения нужны, чтобы улучшить диагностику, лучше понять причины и ход заболевания, а также подобрать более эффективное лечение.

Статья
Genetic diversity of Escherichia coli in gut microbiota of patients with Crohn’s disease discovered using metagenomic and genomic analyses
A. Tyakht et al.
BMC Genomics. 27 December, 2018