nogrЭкспериментальная и клиническая гастроэнтерологияExperimental and Clinical Gastroenterology1682-8658«Global Media Technologies»10.31146/1682-8658-ecg-209-1-47-59GRGLKWnogr-2261Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЯCLINICAL GASTROENTEROLOGYМикробиом кишечника как предиктор развития метаболического синдрома у детей раннего возраста, рожденных от матерей с гестационным сахарным диабетомGut microbiome as predictor of metabolic syndrome in young children born to mothers with gestational diabetes mellitushttps://orcid.org/0000-0003-2298-7427ХаритоноваЛ. А.KharitonovaL. A.

Харитонова Любовь Алексеевна, д. м. н., проф., зав. кафедрой педиатрии с инфекционными болезнями у детей 

 ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117997, Россия 

Lyubov A. Kharitonova, MD, Professor, Head of the Department of Pediatrics with infectious diseases in children of the Faculty of Continuing Professional Education

Scopus Author ID: 7004072783 

1, Ostrovitianova str. Moscow, 117997, Russia

luba2k@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8760-3231МаяцкаяТ. А.MayatskayaT. A.

Маяцкая Татьяна Александровна, ассистент кафедры педиатрии с инфекционными болезнями у детей 

ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117997, Россия 

Tatiana A. Mayatskaya, Аssistant of the Department of Pediatrics with infectious diseases in children of the Faculty of Continuing Professional Education

Scopus: 57212526804 

1, Ostrovitianova str. Moscow, 117997, Russia

ЗатеваловА. М.ZatevalovA. M.

Затевалов Александр Михайлович, Гл. н. с. лаборатории Диагностики и профилактики инфекционных заболеваний 

ул. Адмирала Макарова, д. 10, Москва, Россия 

Alexander M. Zatevalov, Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher of Laboratory of diagnostics and prophylaxis of infectious diseases

ORCID: 0000–0002–1460–4362, Scopus ID: 57192157894 

10 Admiral Makarov street, Moscow, 125212, Russia 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPirogov Russian National Research Medical UniversityRussian FederationФедеральное бюджетное учреждение науки “Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им Г. Н. Габричевского” Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияGabrichevsky Moscow research Institute of epidemiology and MicrobiologyRussian Federation202321052023114759Copyright © Харитонова Л.А., Маяцкая Т.А., Затевалов А.М., 20232023Харитонова Л.А., Маяцкая Т.А., Затевалов А.М.Kharitonova L.A., Mayatskaya T.A., Zatevalov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nogr.org/jour/article/view/2261Актуальность

Актуальность. В статье приведены результаты исследований микробиоценоза кишечника у детей раннего возраста, рожденных от матерей с гестационным сахарным диабетом. Представлены показатели функциональной активности мкиробиома кишечника у исследуемой когорты детей. Статья заставляет обратить внимание специалистов на возможность влияния дисбиотически измененного микробиома кишечника на метаболизм и здоровье организма ребенка в целом.

Цель исследования

Цель исследования. Совершенствовать раннюю диагностику нарушений микроэкологии кишечника у детей, рожденных от матерей с гестационным сахарным диабетом, путем изучения видового состава и состояния функциональной активности микробиома кишечника.

Материал и методы исследования. Исследование микробиома кишечника (МК) проведено у 105 детей в возрасте 1–3лет, из них 33 ребенка от матерей с гестационным сахарным диабетом на инсулинотерапии (ГСД ИТ), 42 ребенка от матерей с гестационным сахарным диабетом на диетотерапии (ГСД ДТ), 30 детей от матерей без ГСД (контрольная группа — КГ).С этой целью были использованы методы: стандартного исследования кала на дисбактериоз, функциональное состояние микрофлоры кишечника по определению концентрации короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) методом газо-жидкостной хроматографии подкисленного супернатанта кала, оценка количественного распределения основных типов микроорганизмов кишечника у детей исследуемых групп при помощи метода секвенирования 16s рРнк бактерий.

За меру дисбиоза кишечника было принято биоразнообразие микробного сообщества, которое в биологии количественно определяется индексом Шеннона, соответствует числу видов микроорганизмов в микробном сообществе кишечника и рассчитывается по формуле: = − ∑ 2 = 1, где = ∑ = 1

Нормированный индекс Шеннона имеет разброс значений от 0 до 1, что подходит для интерпретации состояния микробиоценоза. Полученные данные в ходе исследования были статистически обработаны с использованием программных пакетов Statistica 8.0. и MS Office Exсel 2010.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. При помощи метода NGS секвенирования кала было выявлено распределение типов микроорганизмов в кишечнике: в группах ГСД ИТ, ГСД ДТ и КГ Actinobacteria и Firmicutes — доминирующие типы бактерий, что является закономерным распределением для микробного сообщества в данном возрасте. Но для того, чтобы бактерии не реализовывали свои патогенные свойства важны их внутривидовая представленность и соотношение между собой. Выявлено, что у детей, рожденных от матерей с ГСД в целом, наблюдается тенденция к снижению представленности Actinobacteria по отношению к Firmicutes, в отличие от КГ. Что может свидетельствовать о нарушении баланса внутри микробиома кишечника у детей от матерей с ГСД и приводить к дисбиозу. Так Actinobacteria, являющиеся представителями МК в норме, у детей от матерей с ГСД ИТ представлены в достоверно более низком диапазоне значений, чем у детей из КГ (р=0,033). А у детей от матерей с ГСД ДТ Firmicutes представлены в большем количестве, чем в КГ (р=0,039). Преобладание данных бактерий в старшем возрасте играет решающую роль в развитии метаболических нарушений. Согласно данным настоящего исследования выявлено, что у детей от матерей с ГСД в целом достоверно более высокая степень биоразнообразия МК, по сравнению с таковой в КГ. Так в группе ГСД ИТ выявлено 9 доминирующих видов микроорганизмов, в группе ГСД ДТ — 7 видов, в КГ — 3 вида. При этом у детей от матерей с ГСД ИТ отмечается повышенная представленность сапрофитной флоры (Clostridium hiranonis (р=0,023), Actinomyces spp. (р=0,023) и некоторых представителей резидентной флоры (Coprococcus catus (р=0,045), Veillonellaceae (р=0,04) и Blautia producta (р=0,049)) по сравнению с КГ, что может свидетельствовать о конкурентной среде для патогенов, но и не исключать вероятность неблагоприятных изменений в иммунной системе организма. У детей от матерей с ГСД ДТ выявлено повышение уровня Cl. hiranonis, по сравнению с КГ (р=0,041), а также представителей рода Eggerthella (р=0,029), участвующих в смешанных инфекциях, что может приводить к хроническому воспалению слизистой кишечника и нарушениям со стороны метаболической системы организма. Выявленные изменения МК у детей раннего возраста от матерей с ГСД сопровождаются особенностями метаболической активности. У детей от матерей с ГСД ИТ и ДТ показатели метаболической активности достоверно не отличались между собой. Но суммарный уровень КЦЖК характерный для нормально функционирующей микробиоты встречается чаще у детей в ГСД ИТ — 29 (88,0%), чем в КГ — 18 (60,0%), р=0,036. Также у детей от матерей с ГСД в целом выявлены метаболические пути, схожие с таковыми в МК у детей КГ, но имеющие сильные корреляционные связи и с патогенными типами бактерий. Вероятно, не смотря на дисбиоз, происходит формирование компенсаторных метаболических путей между МК и организмом хозяина. Но данные процессы нельзя назвать устойчивыми, т. к. МК детей данных групп может управлять своим видовым и численным составом без участия макроорганизма.

Заключение

Заключение. Состав МК у детей раннего возраста, рожденных от матерей с ГСД в целом, достоверно отличается от МК у детей из КГ и носит дисбиотический характер. У детей, рожденных от матерей с ГСД ДТ, МК представлен в основном условно- патогенными и патогенными бактериями. В группе ГСД ИТ индигенная микрофлора выражена сильнее. Метаболическая активность МК у данной когорты детей высокая, но достигается за счет активности как индигенной, так и сапрофитной флоры, что в будущем может привести к срыву компенсаторных механизмов и запуску метаболических нарушений в организме ребенка.

Relevance. The article presents the results of research of intestinal microbiocenosis in young children born from mothers with gestational diabetes. Indicators of functional activity of intestinal microbiome in the studied cohort of children are presented. The article forces the attention of specialists to the possibility of influence of the biochemically altered microbiome of the intestine on metabolism and health of the child in general.Research objective. To improve the early diagnosis of intestinal microecology disorders in children born to mothers with gestational diabetes by studying the species composition and state of functional activity of intestinal microbiome.Material and methods. Intestinal microbiome study (MK) conducted in 105 children aged 1–3, of whom 33 children from mothers with gestational diabetes mellitus insulin therapy (GDМ IT), 42 children from mothers with gestational diabetes mellitus on diet therapy (GDМ DT), 30 children from mothers without GDМ (control group — СG). To this end, methods were used: a standard stool study for dysbacteriosis, a functional state of intestinal microflora to determine the concentration of short-chain fatty acids (SHFA) by gas-liquid chromatography of acidified stool supernatant. Estimation of quantitative distribution of the main types of intestinal microorganisms in children of the studied groups using the method of sequencing 16s rRnk of bacteria. The measure of intestinal dysbiosis was the biodiversity of the microbial community, which in biology is quantified by the Shannon index, corresponds to the number of microbial species in the intestine microbial community and is calculated by the formula: = - ∑ 2= 1, where =∑ = 1The normalized Shannon index has a range of values from 0 to 1, which is suitable for interpreting the state of microbiome. The results were statistically processed using Statistica 8.0. and MS Office Excel 2010.Results and discussion. The NGS method of stool sequencing identified the distribution of types of microorganisms in the intestine: in the GDМ IT, GDМ DT and CG Actinobacteria and Firmicutes are the dominant types of bacteria, which is a regular distribution for the microbial community at this age. But in order for bacteria not to realize their pathogenic properties, it is important their intraspecific representation and relationship. It has been found that in children born to mothers with GDМ in general, there is a tendency to decrease the representation of Actinobacteria relative to Firmicutes, in contrast to CG. This may indicate an imbalance within the microbiome of the intestine in children from mothers with GDМ and lead to dysbiosis. So Actinobacteria, which are representatives of MK in the norm, in children from mothers with GDМ IT are represented in a reliably lower range of values than in children from CG (p=0,033). And in children from mothers with DSS DT Firmicutes are represented in greater quantities than in CG (p=0,039).The predominance of these bacteria in old age plays a crucial role in the development of metabolic disorders. According to this study, it has been found that children of GDМ mothers generally have a reasonably higher degree of MK biodiversity than children with GDS. Thus, in the group of GDМ IT 9 dominant types of micro- organisms were identified, in the group of GDМ DT — 7 species, in CG — 3 species. At the same time, children from mothers with GDМ IT have an increased representation of saprophyte flora (Clostridium hiranonis (р=0,023), Actinomyces spp. (р=0,023) and some representatives of resident fl ora (Coprococcus catus (р=0,045), Veillonellaceae (р=0,04) и Blautia producta (р=0,049)) compared to CG, which may indicate a competitive environment for pathogens, but also do not exclude the possibility of adverse changes in the body’s immune system. Children from mothers with GDМ DT found an increase in the level of Cl. hiranonis, compared to CG (p=0,041), as well as members of the genus Eggerthella (p=0,029) involved in mixed infections, which can lead to chronic inflammation of the intestine mucous and disorders of the body’s metabolic system. Revealed changes in MK in young children from mothers with GDМ are accompanied by peculiarities of metabolic activity. In children from mothers with GDМ IT and GDМ DT metabolic activity did not differ reliably. But the total level of SHFA characteristic for a well-functioning microbiota is more common in children in GDМ IT — 29 (88.0%) than in CG — 18 (60.0%), p=0.036. Also, children with GDМ mothers generally have metabolic pathways similar to those found in MK in children of CG, but have strong correlation and pathogenic types of bacteria. Probably, despite dysbiosis, there is the formation of compensatory metabolic pathways between the MK and the host organism. But these processes can not be called stable, because the MK children of these groups can manage their species and size without the participation of macroorganism.Conclusion. The composition of the MC for young children born to GDМ mothers in general diff ers reliably from the MC for CG children and is dysbiotic.In children born to GDМ mothers, MK is represented mainly by opportunistic and pathogenic bacteria. In the group of GDМ IT indigenic microflora is stronger.Metabolic activity of MK in this cohort of children is high, but is achieved due to the activity of both individual and saprophytic fl ora, which in the future may lead to the breakdown of compensatory mechanisms and the start of metabolic disorders in the child.

микробиом кишечникагестационный сахарный диабетдети раннего возрастаметаболизммасляная кислотауксусная кислотафункциональная активностьmicrobiome of the intestinegestational diabetesearly childhoodmetabolismhydrochloric acidacetic acidfunctional activityReferencesNatividad J.M., Verdu E. F. Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: pathological and therapeutic implications. Pharmacol Res. 2013 Mar;69(1):42–51. doi: 10.1016/j.phrs.2012.10.007.Natividad J.M., Verdu E. F. Modulation of intestinal barrier by intestinal microbiota: pathological and therapeutic implications. Pharmacol Res. 2013 Mar;69(1):42–51. doi: 10.1016/j.phrs.2012.10.007.Shafquat A., Joice R., Simmons S. L., Huttenhower C. Functional and phylogenetic assembly of microbial communities in the human microbiome. Trends Microbiol. 2014 May;22(5):261–6. doi: 10.1016/j.tim.2014.01.011.Shafquat A., Joice R., Simmons S. L., Huttenhower C. Functional and phylogenetic assembly of microbial communities in the human microbiome. Trends Microbiol. 2014 May;22(5):261–6. doi: 10.1016/j.tim.2014.01.011.Xu Z., Malmer D., Langille M. G., Way S. F., Knight R. Which is more important for classifying microbial communities: who’s there or what they can do? ISME J. 2014 Dec;8(12):2357–9. doi: 10.1038/ismej.2014.157.Xu Z., Malmer D., Langille M. G., Way S. F., Knight R. Which is more important for classifying microbial communities: who’s there or what they can do? ISME J. 2014 Dec;8(12):2357–9. doi: 10.1038/ismej.2014.157.Martiny J.B., Jones S. E., Lennon J. T., Martiny A. C. Microbiomes in light of traits: A phylogenetic perspective. Science. 2015 Nov 6;350(6261): aac9323. doi: 10.1126/science.aac9323.Martiny J.B., Jones S. E., Lennon J. T., Martiny A. C. Microbiomes in light of traits: A phylogenetic perspective. Science. 2015 Nov 6;350(6261): aac9323. doi: 10.1126/science.aac9323.Brown J., de Vos W. M., DiStefano P.S., Doré J., Hut tenhower C., Knight R., Lawley T. D., Raes J., Turnbaugh P. Translating the human microbiome. Nat Biotechnol. 2013 Apr; 31(4): 304–8. doi: 10.1038/nbt.2543.Brown J., de Vos W. M., DiStefano P.S., Doré J., Hut tenhower C., Knight R., Lawley T. D., Raes J., Turnbaugh P. Translating the human microbiome. Nat Biotechnol. 2013 Apr; 31(4): 304–8. doi: 10.1038/nbt.2543.Rudge M.V., Calderon I. M., Ramos M. D., Peraçoli J. C., Pim A. Hypertensive disorders in pregnant women with diabetes mellitus. Gynecol Obstet Invest. 1997;44(1):11–5. doi: 10.1159/000291401.Rudge M.V., Calderon I. M., Ramos M. D., Peraçoli J. C., Pim A. Hypertensive disorders in pregnant women with diabetes mellitus. Gynecol Obstet Invest. 1997;44(1):11–5. doi: 10.1159/000291401.Ehrenberg H.M., Durnwald C. P., Catalano P., Mercer B. M. The influence of obesity and diabetes on the risk of cesarean delivery. Am J Obstet Gynecol. 2004 Sep;191(3):969–74. doi: 10.1016/j.ajog.2004.06.057.Ehrenberg H.M., Durnwald C. P., Catalano P., Mercer B. M. The influence of obesity and diabetes on the risk of cesarean delivery. Am J Obstet Gynecol. 2004 Sep;191(3):969–74. doi: 10.1016/j.ajog.2004.06.057.Урсова Н. И. Микробиоценоз открытых биологических систем организма в процессе адаптации к окружающей среде. Русский медицинский журнал. – 2004. – № 16. – С. 957.Ursova N. I. Microbiocene biological system in the process of adaptation to environmental environments. RMJ. 2004;16:957. (in Russ.)Ley R. E. Obesity and the human microbiome. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Jan;26(1):5–11. doi: 10.1097/MOG.0b013e328333d751.Ley R. E. Obesity and the human microbiome. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Jan;26(1):5–11. doi: 10.1097/MOG.0b013e328333d751.Yutin N., Galperin M. Y. A genomic update on clostridial phylogeny: Gram-negative spore formers and other misplaced clostridia. Environ Microbiol. 2013 Oct;15(10):2631–41. doi: 10.1111/1462-2920.12173.Yutin N., Galperin M. Y. A genomic update on clostridial phylogeny: Gram-negative spore formers and other misplaced clostridia. Environ Microbiol. 2013 Oct;15(10):2631–41. doi: 10.1111/1462-2920.12173.Сергеева А. Г., Куимова Н. Г. Актиномицеты как продуценты биологически активных веществ. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. –2006. – № S22. – C. 88–90.Sergeeva A. G., Kuimova N. G. Aktinomycetes as producers of biologically active substances. Bulletin of Physiology and Pathology of Respiration. 2006;(S22):88–90. (in Russ.)Cho G.S., Ritzmann F., Eckstein M., Huch M., Briviba K., Behsnilian D., Neve H., Franz C. M. Quantification of Slackia and Eggerthella spp. in Human Feces and Adhesion of Representatives Strains to Caco-2 Cells. Front Microbiol. 2016 May 9;7:658. doi: 10.3389/fmicb.2016.00658.Cho G.S., Ritzmann F., Eckstein M., Huch M., Briviba K., Behsnilian D., Neve H., Franz C. M. Quantification of Slackia and Eggerthella spp. in Human Feces and Adhesion of Representatives Strains to Caco-2 Cells. Front Microbiol. 2016 May 9;7:658. doi: 10.3389/fmicb.2016.00658.Jiang S., E J., Wang D., Zou Y., Liu X., Xiao H., Wen Y., Chen Z. Eggerthella lenta bacteremia successfully treated with ceftizoxime: case report and review of the literature. Eur J Med Res. 2021 Sep 20;26(1):111. doi: 10.1186/s40001-021-00582-y.Jiang S., E J., Wang D., Zou Y., Liu X., Xiao H., Wen Y., Chen Z. Eggerthella lenta bacteremia successfully treated with ceftizoxime: case report and review of the literature. Eur J Med Res. 2021 Sep 20;26(1):111. doi: 10.1186/s40001-021-00582-y.Reichardt N., Duncan S. H., Young P., Belenguer A., McWilliam Leitch C., Scott K. P., Flint H. J., Louis P. Phylogenetic distribution of three pathways for propionate production within the human gut microbiota. ISME J. 2014 Jun;8(6):1323–35. doi: 10.1038/ismej.2014.14.Reichardt N., Duncan S. H., Young P., Belenguer A., McWilliam Leitch C., Scott K. P., Flint H. J., Louis P. Phylogenetic distribution of three pathways for propionate production within the human gut microbiota. ISME J. 2014 Jun;8(6):1323–35. doi: 10.1038/ismej.2014.14.Campbell C., Adeolu M., Gupta R. S. Genome- based taxonomic framework for the class Negativicutes: division of the class Negativicutes into the orders Selenomonadales emend., Acidaminococcales ord. nov. and Veillonellales ord. nov. Int J Syst Evol Microbiol. 2015 Sep;65(9):3203–3215. doi: 10.1099/ijs.0.000347.Campbell C., Adeolu M., Gupta R. S. Genome- based taxonomic framework for the class Negativicutes: division of the class Negativicutes into the orders Selenomonadales emend., Acidaminococcales ord. nov. and Veillonellales ord. nov. Int J Syst Evol Microbiol. 2015 Sep;65(9):3203–3215. doi: 10.1099/ijs.0.000347.Liu X., Guo W., Cui S., Tang X., Zhao J., Zhang H., Mao B., Chen W. A Comprehensive Assessment of the Safety of Blautia producta DSM 2950. Microorganisms. 2021 Apr 23;9(5):908. doi: 10.3390/microorganisms9050908.Liu X., Guo W., Cui S., Tang X., Zhao J., Zhang H., Mao B., Chen W. A Comprehensive Assessment of the Safety of Blautia producta DSM 2950. Microorganisms. 2021 Apr 23;9(5):908. doi: 10.3390/microorganisms9050908.Карпеева Ю. С., Новикова В. П., Хавкин А. И., Ковтун Т. А., Макаркин Д. В., Федотова О. Б. Микробиота и болезни человека: возможности диетической коррекции. Рос вестн перинатол и педиатр. 2020;-65:(5):116–125. doi: 10.21508/1027-4065-2020-65-5-116-125.Karpeeva Yu.S., Novikova V. P., Khavkin A. I., Kovtun T. A., Makarkin D. V., Fedotova O. B. Microbiota and human diseases: dietary correction. Ros Vestn Perinatol i Pediatr. 2020; 65:(5): 116–125. (in Russ.) doi: 10.21508/1027-4065-2020-65-5-116-125.Huang C.B., Alimova Y., Myers T. M., Ebersole J. L. Shortand medium- chain fatty acids exhibit antimicrobial activity for oral microorganisms. Arch Oral Biol. 2011 Jul;56(7):650–4. doi: 10.1016/j.archoralbio.2011.01.011.Huang C.B., Alimova Y., Myers T. M., Ebersole J. L. Shortand medium- chain fatty acids exhibit antimicrobial activity for oral microorganisms. Arch Oral Biol. 2011 Jul;56(7):650–4. doi: 10.1016/j.archoralbio.2011.01.011.Затевалов А. М., Селькова Е. П., Афанасьев С. С., Алешкин А. В., Миронов А. Ю., Гусарова М. П., Гудова Н. В. Оценка степени микробиологических нарушений микрофлоры ротоглотки и кишечника с помощью методов математического моделирования. Клиническая лабораторная диагностика. – 2016. – 61 (2): 117–121. doi: 10.18821/0869-2084-2016-61-2-117-121.Zatevalov A.V., Selkova E. P., Afanasiev S. S., Aleshkin A. V., Mironov A. Yu., Gusarova M. P., Gudova N. V. The evaluation of microbiological disorders of micro-flora of oropharinx and intestine using mathematical modeling technique. Klinicheskaya Laboratornaya Diagnostika = Russian Clinical Laboratory Diagnostics. 2016; 61 (2): 117–121. (in Russ.) doi: 10.18821/0869-2084-2016-61-2-117-121.Ардатская М. Д., Минушкин О. Н. Пробиотики в лечении функциональных заболеваний кишечника // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2012. № 3:106–113.Ardatskaya, M. D., Minushkin, O.N. [Probiotics in the treatment of functional bowel disease]. Experimental and clinical gastroenterology. 2012. (3), 106–113. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.