К вопросу о качественных методах оценки микробиоты человека в искусственной среде обитания

Цель исследования. Изучить динамику микробиоты кишечника человека в условиях искусственной изоляции (моделирующей космические полеты) с использованием нового эубиотического индекса I, оценивающего баланс условно-протективных и условно-патогенных микроорганизмов. Материалы и методы. Данные: архивные материалы советских космических программ (1960-1980 гг.) и современные изоляционные эксперименты («Сфинкс»: 60 суток; «Сириус»: 120/240 суток; «Марс-500»: 520 суток). Методика: классический посев на питательные среды для подсчета колоний микроорганизмов. Эубиотический Индекс I: рассчитан на основе приоритетности колонизации бактерий. Статобработка: критерии Шапиро-Уилка, Краскела-Уоллиса, ANOVA, Dunn test (программы StatTech v3.0.9 и R). Результаты. Короткая изоляция (до 15 суток): Пик эубиотического индекса на 8-11 сутки с последующим снижением (аппроксимация: R² = 0.9986). Длительная изоляция (60-520 суток): Устойчивое снижение эубиотического индекса I, с достижением минимум на 150-300 сутки (I <1 - доминирование условно-патогенной микрофлоры). Пробиотики замедляют, но не предотвращают дисбиоз. Верификация модели: хорошее согласование с экспериментом «Сфинкс». Заключение. Изоляция вызывает снижение разнообразия микробиоты и смещение баланса в сторону условно-патогенных микроорганизмов. Для длительных космических миссий рекомендованы: интеграция пребиотиков в рацион; персонализированные пробиотики.

микробиота человека, кишечник, искусственная среда обитания

1. Ilyin V.K., Orlov O.I., Morozova Yu.A. et al. Prognostic model for bacterial drug resistance genes horizontal spread in space-crews. Acta Astronaut. 2022; 190: 388-394. doi: 10.1016/j.actaastro.2021.10.016.

2. Ilyin V., Orlov O., Skedina M. et al. Mathematical model of antibiotic resistance determinants’ stability under space flight conditions. Astrobiology. 2023; 23(4): 407-414. doi: 10.1089/ast.2022.0076.

3. Zuo T., Wu Xi., Wen W. et. al. Gut Microbiome alterations in COVID-19. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2021; 19(5): 679-688. doi: 10/1013/j.gpb.2021.09.004.

4. Yamamoto S., Saito M., Tamuro A. et.al. The human microbiome and COVID-19: A systemic review. PLoS One. 2021; 16(6): e0253293 doi: 10.1371/journal.pone,0253293.

5. Segal J.P., Mak J.W.Y., Mullish B.H. et.al. The gut microbiome: an under-recognised contributor to the COVID-19 pandemic. Therap. Adv.Gastroenterol. 2020; 13 doi: 10/1177/1756284820974914.

6. Baud D., Agry V.D., Gibson G.R. et.al. Using probiotics to flatten the curve of coronavirus disease COVID-19 pandemic. Front. Public Health. 2020; 8 doi: 10.3389/fpubh.2020.00186.

7. Rampelli S., Turroni S., Mallol C. et. al.Components of a Neanderthal gut microbiome recovered from fecal sediments from el salt.Commun Biol. 2021: 4(1):169 doi: 10/1038/s42003-021-01689-y.

8. Sonnenburg J.L., Sonnenburg E.D. Vulnerability of the industrialized microbiota. Science. (1979). 2019; 366(6464). doi: 10.1126/science. aaw9255.

9. Sistiaga A., Mallol C., Galván B., Summons R.E. The Neanderthal meal: a new perspective using faecal biomarkers. PLoS One. 2014 Jun 25;9(6): e101045. doi: 10.1371/journal.pone.0101045.

10. Sun Y., Zuo T., Cheung C.P. et. al. Population-level configurations of gut mycobiome across 6 ethnicities in urban and rural China. Gastroentroenterology. 2021; 160(1): 272-286.e11. doi: 10.10531/j.gastro.2020.09.014.

11. Wei S., Bahl M., Baunwall S.M.D. et. al. Determining gut microbial dysbiosis: a review of applied indexes for assessment of intestinal microbiota imbalances. Appl Environ Microbiol. 2021; 87 (11): e00395-21. doi: 10.1128/AEM.00395-21.

12. Gupta V.K., Kim M., Bukshi U. et al. A predictive index for health status using species-level gut microbiome profiling. Nat Commun. 2020; 11(1): 4635. doi: 10.1038/s41467-020-18476-8.

13. Chen L., Wang D., Garmaeva S. at al. The long-term genetic stability and individual specificity of the human gut microbiome. Cell. 2021; 184 (9):2302-2315.e12. doi: 10.1016/j.cell.2021.03.024.

14. Shiroma H., Darzi Y., Terajima E. et. al. Enteropathway: the metabolic pathway database for the human gut microbioma. Brief Bioinform. 2024; 25(5): bbae419. doi: 10/1093/bib/bbae419.

15. Schmidt T.S.B., Raes J., Bork P. The human gut microbiome: from association to modulation. Cell. 2018; 172(6):1198-1215. doi: 10.1016/j.cell.2018.02.044.

16. Bogomolov V.V., Grigoriev A.I., Koslovskaya I.B. The Russian experience in medical care and health maintenance of the International space station crews. Acta astronaut. 2007; 60 (4-7): 237-246. doi: 10.1016/j.actaastro.2006.08.014.

17. Bäckhed F., Fraser C.M., Ringel Y. et. al. Defining a healthy human gut microbiome: current concepts, future directions and clinical applications. Cell Host Microbe. 2012; 12(5): 611-622. doi: 10.1016/j.chom.2012.10.012.

18. Lane H.W., Schulz L.O. Nutritional questions relevant to space flight. Annu Rev Nutr. 1992; 12 (1): 257-278. doi: 10.1146/annurev.nu.12.070192/001353.

19. Schroeder G.S. Spaceflight nutritional support //Handbook of life support system for spacecraft and extraterrestrial habitat. Cham; Springer International Publishing. 2021. p. p.1-23.

20. Supolkina N., Yusupopva A., Shved D. et al. External communication of autonomous crews under simulation of interplanetary missions. Front Physiol. 2021; 12: 751170. doi: 10.3359/fphy.2021.751170.