nogrЭкспериментальная и клиническая гастроэнтерологияExperimental and Clinical Gastroenterology1682-8658«Global Media Technologies»10.31146/1682-8658-ecg-217-9-49-55nogr-2446Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЯCLINICAL GASTROENTEROLOGYСтруктура микробного сообщества при деменции и депрессии как зеркало старения оси «микробиота кишечника - иммунная система - мозг»Microbial community structure in dementia and depression as a mirror of ageing “intestinal microbiota - immune system - brain” axishttps://orcid.org/0000-0001-6462-9500БурмистроваА. Л.BurmistrovaA. L.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5683-0597КазоМ. Е.CazauxM. E.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5041-6440ФилипповаЮ. Ю.FilippovaYu. Yu.julse@rambler.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Челябинский государственный университет»РоссияChelyabinsk State UniversityRussian Federation202317012024094955Copyright © Бурмистрова А.Л., Казо М.Е., Филиппова Ю.Ю., 20242024Бурмистрова А.Л., Казо М.Е., Филиппова Ю.Ю.Burmistrova A.L., Cazaux M.E., Filippova Y.Y.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/2446

Цель. Оценить изменения структуры микробного сообщества тонкой кишки в контексте оси «микробиота кишечника - иммунная система - мозг» при здоровом старении, депрессии позднего возраста и деменции. Материалы и методы. Обследовано 74 человека старческого возраста, включенных в группы: «Здоровая старость», «Депрессия», «Деменция». Оценку 5 основных типов микроорганизмов тонкой кишки (Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria) проводили методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии микробных маркеров. Для статистической обработки данных применяли иерархический кластерный анализ с построением тепловой карты. Результаты. Для микробного сообщества тонкой кишки при нейродегенеративных нарушениях старости (группы «Деменция» и «Депрессия») было характерно изменение численности 15 из 30 изученных видов бактерий, относящихся к типам: Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, по отношению к группе «Здоровая старость». При депрессии позднего возраста увеличено количество всех видов бактерий, участвующих в ферментации пищевых полисахаридов, по отношению к группе «Здоровая старость». При деменции показан низкий уровень Clostridium spp., Eubacterium spp., Bifidobacterium spp., по отношению к депрессии, на фоне повышенного, как и при депрессии, количества C. perfringens, С. difficile и факультативных анаэробов: Streptococcus spp., Enterococcus spp., Lactobacillus spp., S. aureus, S. epidermidis. Заключение. Показатели систем, входящих в ось «микробиота кишечника - иммунная система - мозг», свидетельствовали о выраженной дезинтеграции оси при деменции по отношению к депрессии и здоровой старости. Полученные результаты могут использоваться в качестве биологических маркеров в дифференциальной диагностике указанных патологий (деменция/депрессия), имеющих общие факторы риска и общность клинических симптомов.

Aim. To assess changes in the structure of the small intestine microbial community in the context of the “gut microbiota-immune system-brain axis” in healthy aging, depression and dementia. Materials and methods. 74 elderly people included in the groups: “Healthy ageing”, “Depression”, “Dementia” were investigated. Evaluation of 5 main types of microorganisms of the small intestine (Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria) by method of gas chromatography - mass spectrometry of microbial markers was carried out. For statistics, hierarchical cluster analysis with the construction of a heat map was used. Results. Reconstruction affected 15 out of 30 studied bacterial species of the phylums Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria in the “Dementia” and “Depression” groups in relation to the “Healthy ageing” group. In depression, the number of all types of bacteria involved in the fermentation of food polysaccharides increased in relation to the “Healthy ageing” group. In dementia, low levels of Clostridium spp., Eubacterium spp., Bifidobacterium spp. was shown, in relation to depression, but number of C. perfringens, С. difficile and facultative anaerobes: Streptococcus spp., Enterococcus spp., Lactobacillus spp., S. aureus, S. epidermidis was increased, compared to “Healthy ageing” group. Conclusions. The indicators of the systems included in the axis “intestinal microbiota - immune system - brain” indicated a pronounced disintegration of the axis in dementia in relation to depression and healthy ageing. The results can be used as biological markers in the differential diagnosis of these pathologies (dementia/depression), which have common risk factors and clinical symptoms.

микробиота тонкой кишкиось «микробиота кишечника - иммунная система - мозг»старениедеменциядепрессияsmall intestine microbiota“gut - immune - brain” axisagingdementiadepressionReferencesLópez-Otín C., Galluzzi L., Freije J. M.P., et al. Metabolic Control of Longevity. Cell. 2016; 166(4): 802-821. doi: 10.1016/j.cell.2016.07.031.López-Otín C., Galluzzi L., Freije J. M.P., et al. Metabolic Control of Longevity. Cell. 2016; 166(4): 802-821. doi: 10.1016/j.cell.2016.07.031.Watanabe H., Fujisawa T., Holstein T. W. Cnidarians and the evolutionary origin of the nervous system. Dev Growth Differ. 2009; 51(3): 167-83. doi: 10.1111/j.1440-169X.2009.01103.x.Watanabe H., Fujisawa T., Holstein T. W. Cnidarians and the evolutionary origin of the nervous system. Dev Growth Differ. 2009; 51(3): 167-83. doi: 10.1111/j.1440-169X.2009.01103.x.Cani P.D., Knauf C. How gut microbes talk to organs: the role of endocrine and nervous routes. Mol Metab. 2016; 5(9): 743-52. doi: 10.1016/j.molmet.2016.05.011.Cani P.D., Knauf C. How gut microbes talk to organs: the role of endocrine and nervous routes. Mol Metab. 2016; 5(9): 743-52. doi: 10.1016/j.molmet.2016.05.011.Sampson T.R., Mazmanian S. K. Control of brain development, function, and behavior by the microbiome. Cell Host Microbe. 2015; 17(5): 565-76. doi: 10.1016/j.chom.2015.04.011.Sampson T.R., Mazmanian S. K. Control of brain development, function, and behavior by the microbiome. Cell Host Microbe. 2015; 17(5): 565-76. doi: 10.1016/j.chom.2015.04.011.Dominguez-Bello M.G., Godoy-Vitorino F., Knight R., Blaser M. J. Role of the microbiome in human development. Gut. 2019; 68(6): 1108-1114. doi: 10.1136/gutjnl-2018-317503.Dominguez-Bello M.G., Godoy-Vitorino F., Knight R., Blaser M. J. Role of the microbiome in human development. Gut. 2019; 68(6): 1108-1114. doi: 10.1136/gutjnl-2018-317503.Osipov G.A., Boyko N. B., Novikova V. P., et al. Method of mass spectrometry of microbial markers as a method for assessing the intestinal parietal microbiota in diseases of the digestive system. St. Petersburg. 2013. (In Russ.)@@ Осипов Г. А., Бойко Н. Б., Новикова В. П., и др. Методика масс-спектрометрии микробных маркеров как способ оценки пристеночной кишечной микробиоты при заболеваниях органов пищеварения. Санкт-Петербург. 2013.Osipov G.A., Boyko N. B., Novikova V. P., et al. Method of mass spectrometry of microbial markers as a method for assessing the intestinal parietal microbiota in diseases of the digestive system. St. Petersburg. 2013. (In Russ.)@@ Осипов Г. А., Бойко Н. Б., Новикова В. П., и др. Методика масс-спектрометрии микробных маркеров как способ оценки пристеночной кишечной микробиоты при заболеваниях органов пищеварения. Санкт-Петербург. 2013.Burmistrova A.L., Cazaux M. E., Alekseeva A. S., Filippova Yu. Yu. Peripheral molecular messages - cytokines and stress hormones - in the context of cognitive aging phenotypes: healthy ageing-depression-dementia.Russian Journal of Immunology. 2021; 24(4): 215-222. (in Russ.) doi: 10.46235/1028-7221-1061-PMM.@@ Бурмистрова А. Л., Казо М. Е., Алексеева А. С., Филиппова Ю. Ю. Молекулярные месседжи периферии - цитокины и гормоны стресса - в контексте фенотипов когнитивного старения: здоровая старость/депрессия/деменция. Российский иммунологический журнал, 2021; Т. 24(4): 215-222. doi: 10.46235/1028-7221-1061-PMM.Burmistrova A.L., Cazaux M. E., Alekseeva A. S., Filippova Yu. Yu. Peripheral molecular messages - cytokines and stress hormones - in the context of cognitive aging phenotypes: healthy ageing-depression-dementia.Russian Journal of Immunology. 2021; 24(4): 215-222. (in Russ.) doi: 10.46235/1028-7221-1061-PMM.@@ Бурмистрова А. Л., Казо М. Е., Алексеева А. С., Филиппова Ю. Ю. Молекулярные месседжи периферии - цитокины и гормоны стресса - в контексте фенотипов когнитивного старения: здоровая старость/депрессия/деменция. Российский иммунологический журнал, 2021; Т. 24(4): 215-222. doi: 10.46235/1028-7221-1061-PMM.Rampelli S., Candela M., Turroni S., et al. Functional metagenomic profiling of intestinal microbiome in extreme ageing. Aging (Albany NY). 2013; 5(12): 902-912. doi: 10.18632/aging.100623.Rampelli S., Candela M., Turroni S., et al. Functional metagenomic profiling of intestinal microbiome in extreme ageing. Aging (Albany NY). 2013; 5(12): 902-912. doi: 10.18632/aging.100623.Morrison D.J., Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes. 2016; 7(3): 189-200. doi: 10.1080/19490976.2015.1134082.Morrison D.J., Preston T. Formation of short chain fatty acids by the gut microbiota and their impact on human metabolism. Gut Microbes. 2016; 7(3): 189-200. doi: 10.1080/19490976.2015.1134082.Riaz Rajoka M. S., Zhao H., Li N., et al. Origination, change, and modulation of geriatric disease-related gut microbiota during life. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018; 102(19): 8275-8289. doi: 10.1007/s00253-018-9264-2.Riaz Rajoka M. S., Zhao H., Li N., et al. Origination, change, and modulation of geriatric disease-related gut microbiota during life. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2018; 102(19): 8275-8289. doi: 10.1007/s00253-018-9264-2.Biagi E., Candela M., Turroni S., et al. Ageing and gut microbes: perspectives for health maintenance and longevity. Pharmacol. Res. 2013; 69(1): 11-20. doi: 10.1016/j.phrs.2012.10.005.Biagi E., Candela M., Turroni S., et al. Ageing and gut microbes: perspectives for health maintenance and longevity. Pharmacol. Res. 2013; 69(1): 11-20. doi: 10.1016/j.phrs.2012.10.005.Quigley E.M., Abu-Shanab A. Small intestinal bacterial overgrowth. Infect Dis. Clin. North. Am. 2010; 24(4): 943-959. doi: 10.1016/j.idc.2010.07.007.Quigley E.M., Abu-Shanab A. Small intestinal bacterial overgrowth. Infect Dis. Clin. North. Am. 2010; 24(4): 943-959. doi: 10.1016/j.idc.2010.07.007.Ramsey M.M., Freire M. O., Gabrilska R. A., et al. Staphylococcus aureus shifts toward commensalism in response to Corynebacterium species. Front. Microbiol. 2016; 7: 1230. doi: 10.3389/fmicb.2016.01230.Ramsey M.M., Freire M. O., Gabrilska R. A., et al. Staphylococcus aureus shifts toward commensalism in response to Corynebacterium species. Front. Microbiol. 2016; 7: 1230. doi: 10.3389/fmicb.2016.01230.Thorburn A.N., Macia L., Mackay C. R. Diet, metabolites, and “western-lifestyle” inflammatory diseases. Immunity. 2014; 40(6): 833-842. doi: 10.1016/j.immuni.2014.05.014.Thorburn A.N., Macia L., Mackay C. R. Diet, metabolites, and “western-lifestyle” inflammatory diseases. Immunity. 2014; 40(6): 833-842. doi: 10.1016/j.immuni.2014.05.014.Cornforth D.M., Foster K. R.Competition sensing: the social side of bacterial stress responses. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11(4): 285-93. doi: 10.1038/nrmicro2977.Cornforth D.M., Foster K. R.Competition sensing: the social side of bacterial stress responses. Nat. Rev. Microbiol. 2013; 11(4): 285-93. doi: 10.1038/nrmicro2977.Faust K., Sathirapongsasuti J. F., Izard J., et al. Microbial co-occurrence relationships in the human microbiome. PLoS Comput. Biol. 2012; 8(7): e1002606. doi: 10.1371/journal.pcbi.1002606.Faust K., Sathirapongsasuti J. F., Izard J., et al. Microbial co-occurrence relationships in the human microbiome. PLoS Comput. Biol. 2012; 8(7): e1002606. doi: 10.1371/journal.pcbi.1002606.Koh A., De Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F. From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell. 2016; 165(6): 1332-1345. doi: 10.1016/j.cell.2016.05.041.Koh A., De Vadder F., Kovatcheva-Datchary P., Bäckhed F. From dietary fiber to host physiology: short-chain fatty acids as key bacterial metabolites. Cell. 2016; 165(6): 1332-1345. doi: 10.1016/j.cell.2016.05.041.Lopetuso L.R., Scaldaferri F., Petito V., Gasbarrini A.Commensal Clostridia: leading players in the maintenance of gut homeostasis. Gut Pathog. 2013; 5(1): 23. doi: 10.1186/1757-4749-5-23.Lopetuso L.R., Scaldaferri F., Petito V., Gasbarrini A.Commensal Clostridia: leading players in the maintenance of gut homeostasis. Gut Pathog. 2013; 5(1): 23. doi: 10.1186/1757-4749-5-23.Adair K.L., Douglas A. E. Making a microbiome: the many determinants of host-associated microbial community composition. Curr Opin Microbiol. 2017; 35:23-29. doi: 10.1016/j.mib.2016.11.002.Adair K.L., Douglas A. E. Making a microbiome: the many determinants of host-associated microbial community composition. Curr Opin Microbiol. 2017; 35:23-29. doi: 10.1016/j.mib.2016.11.002.Tsavkelova E.A., Klimova S. Iu., Cherdyntseva T. A., Netrusov A. I. Hormones and hormone-like substances of microorganisms: a review. Prikl Biokhim Mikrobiol. 2006; 42(3): 261-268. doi: 10.1134/S000368380603001X.Tsavkelova E.A., Klimova S. Iu., Cherdyntseva T. A., Netrusov A. I. Hormones and hormone-like substances of microorganisms: a review. Prikl Biokhim Mikrobiol. 2006; 42(3): 261-268. doi: 10.1134/S000368380603001X.Bukharin O.V., Perunova N. B. [Microsymbiocenosis]. Ekaterinburg; 2014. 260 P. (in Russ.)@@ Бухарин О. В., Перунова Н. Б. Микросимбиоценоз. Екатеринбург: УрО РАН, 2014. 260 с.Bukharin O.V., Perunova N. B. [Microsymbiocenosis]. Ekaterinburg; 2014. 260 P. (in Russ.)@@ Бухарин О. В., Перунова Н. Б. Микросимбиоценоз. Екатеринбург: УрО РАН, 2014. 260 с.

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