Микробиом кишечника как предиктор развития метаболического синдрома у детей раннего возраста, рожденных от матерей с гестационным сахарным диабетом

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. 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. 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. 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Урсова Н. И. Микробиоценоз открытых биологических систем организма в процессе адаптации к окружающей среде. Русский медицинский журнал. – 2004. – № 16. – С. 957.

9. Ley R. E. Obesity and the human microbiome. Curr Opin Gastroenterol. 2010 Jan;26(1):5–11. doi: 10.1097/MOG.0b013e328333d751.

10. 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.

11. Сергеева А. Г., Куимова Н. Г. Актиномицеты как продуценты биологически активных веществ. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. –2006. – № S22. – C. 88–90.

12. 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.

13. 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.

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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Ардатская М. Д., Минушкин О. Н. Пробиотики в лечении функциональных заболеваний кишечника // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2012. № 3:106–113.