МЕТАБИОТИКИ - НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОФИЛАКТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ, СВЯЗАННЫХ С МИКРОЭКОЛОГИЧЕСКИМИ НАРУШЕНИЯМИ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Взаимодействие между организмом и его симбиотической микробиотой связано с низкомолекулярными микробными соединениями, способными активировать, ингибировать, модифицировать процессы, функции и реакции различных органов и тканей. Дефицит или нарушение их состава приводит к дисбалансу митохондриальных, микробных и клеточных метаболитов, что может явиться фактором риска метаболических заболеваний. Наиболее распространенным приемом сохранения и восстановления микробиоценозов человека являются пробиотики и пребиотики. К сожалению, благоприятные эффекты пробиотиков, изготовленных на основе живых микроорганизмов, часто кратковременны, неопределенные или отсутствуют полностью; традиционные пробиотики могут также вызывать различные побочные эффекты при их применении. В последние годы в качестве новых приемов поддержания и восстановления микробной экологии человека начинают использовать метабиотики (М). М являются структурными компонентами пробиотических микроорганизмов, и/или их метаболитов, и/или сигнальных молекул с определенной (известной) химической структурой, которые способны оптимизировать специфичные для организма-хозяина физиологические функции, метаболические, эпигенетические, информационные, регуляторные, транспортные и/или поведенческие реакции, связанные с деятельностью симбиотической микробиоты. М могут выступать как самостоятельные средства, так и в качестве обогащающих добавок функциональных продуктов питания. Последующие генерации полусинтетических, синтетических и гибридных М могут стать аналогами или улучшенными копиями природных микробных низкомолекулярных соединений.

пробиотические микроорганизмы, низкомолекулярные биоактивные молекулы, микробные структурные компоненты, метаболиты, сигнальные молекулы, простые и сложные гибридные метабиотики

1. Ugolev A. M. Teoriya adekvatnogo pitaniya i Trofologiya- L. Nauka, 1991. - 372 s.

2. Lederberg J. Infectious history. Science 2000; 288: 287-289.

3. Tkachenko E. I. Paradigma disbioza v sovremennoy gastroenterologii. Rol’ mikrobioty v lechenii i profilaktike zabolevaniy v XXI veke. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya. 2014; 105(5):4-7.

4. Prescott SL. History of medicine: Origin of the term microbiome and why it matterns. Human Microbiome Journal 2017; 4: 24-25.

5. Shenderov B. A., Sinitsa A. V., Zakharchenko M. M. Metabiotiki: vchera, segodnya, zavtra. Sankt-Peterburg. OOO “Kraft”, 2017. - 80 s.

6. Shenderov B. A. Modern condition and prospective host microecology investigations. Microb Ecol Health Dis 2007; 19: 145-149.

7. Shenderov B. A. Mikrobnaya ekologiya cheloveka i yeye rol’ v podderzhanii zdorov’ya. METAFORMOZY. 2014; № 5:72-80.

8. Shenderov B. A. Metabiotiki - novaya tekhnologiya profilaktiki zabolevaniy, svyazannykh s mikroekologicheskim disbalansom cheloveka. Vestnik vosstanovitel’noy meditsiny 2017; № 4: 40-49.

9. Li J, Jia H, Cai X, Zhong H, Feng Q, Sunagawa S. et al. An Integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. Nat Biotechnol 2014; 32: 834-41.

10. Gaci N., mBorrel G., Tottey W., O’Toole PW, Brugere J-F. Archaea and the human gut: New beginning of an old story. World Journal of Gastroenterology 2014; 20(43): 16062-16078.

11. Ardatskaya M. D., Bel’mer S. V., Dobritsa V. P., Zakharenko S. M., Lazebnik L. B., Minushkin O. N., Oreshko L. S, Sitkin S. I., Tkachenko E. I., Suvorov A. N., Khavkin A. I., Shenderov B. A. Disbioz (disbakterioz) kishechnika: sovremennoye sostoyaniye problemy, kompleksnaya diagnostika i lechebnaya korrektsiya. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya 2015; 117 (5):13-50.

12. Falony G., Joossens M., Viera-Silva S., Wang J., Darzi Y., Faust K., Kurilshikov A., Bonder M. J., Valles-Colomer M., Vandeputte D, Tito RY, Chaffron S., Rymenans L. et al. Population-level analysis of gut microbiome variation. Science 2016; 352 (6285): 560-564; DOI: 10.1126/science.aad3503.

13. Zhernakova A, Kurilshikov A, Bonder M. J., Tigchelaar EF, Schirmer M, Vatanen T. et al. Population-based metagenomics analysis reveals markers for gut microbiome composition and diversity. Science 2016; 352: 565-569.

14. Proal A. D., Lindseth I.A, Marshall T. G. Microbe-Microbe and Host- Microbe Interactions Drive Microbiome Dysbiosis and Inflammatory Processes. Discovery Medicine 2017; 23(124): 51-60.

15. Blum HE. The human microbiome. Advance in Medical Sciences 2017;62:414-20.http://dx.doi.org/10.1016/j.advms.2017.04.005.

16. Bik E. M., Ugalde J. A., Cousins J., Goddard A. D., Richman J., Apte Z. S. Microbial biotransformations in the human distal gut. British J Pharmacology 2017. DOI:10.1111/bph.14085.

17. Sonnenburg JL, Backhed F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature 2016; 536: 56-64.

18. Badretdinova L. M., Batregdinova R. R., Shenderov B. A. Sanatorno-kurortnoye lecheniye osteoartroza. Sovremennoye sostoyaniye i perspektivy. Yekaterinborg.: Izdatel’stvo AMB, 2012. - S. 99-117.

19. Shenderov B. A. Probiotic (symbiotic) bacterial languages. Anaerobe 2011; 17: 490-495.

20. Shenderov BA. PROBIOTICS AND FUNCTIONAL FOODS, in Food Engineering, [Eds. UNESCO-EOLSS Joint Committee], in Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford, UK, [http://www.eols.net]. 2011; 33p.

21. Shenderov BA, Midtvedt T. Epigenomic programing: a future way to health? Microbial ecology in Health & Disease 2014, 25: 24145 - http://dx.doi.org/10.3402/mehd.v25.24145.

22. Stilling, R.M., Dinan, T.G., Cryan, J. F. Microbial genes, brain & behavior - epigenetic regulation of the gut-brain axis. Genes Brain Behav. 2014; 13 (1): 69-86. doi: 10.1111/gbb.12109.

23. Galand, L. The gut microbiome and the brain. J Med Food. - 2014. - Dec. - Vol. 17 (12): 1261-72. - doi: 10.1089/jmf.2014.7000.

24. Sampson, T.R., Mazmanitan, S. K. Control of brain development, function, and behavior by the microbiome. Cell Host Microbe 2015; 17 (5): 565-576. doi: 0.1016/j.chom.2015.04.011.

25. Paul B., Barnes S., S. Demark-Wahnefried S, Morrow C, Salvador C, Skibola C, Tollrfboll OT. Influences of diet and the gut microbiome on epigenetic modulation in cancer and other diseases. Clinical Epigenetics 2015; 7.112. Doi:10.1186/s13148-015-0144-7.

26. Oleskin A. V., El’-Registan G.I., Shenderov B. A. Mezhmikrobnyye khimicheskiye vzaimodeystviya i dialog mikrobiota-khozyain: rol’ neyromediatorov. Mikrobiologiya 2016; 85(1): 1-24.

27. Oleskin AV, Shenderov BA, Rogovsky VS. Role of Neurochemicals in the Interaction between the Microbiota and the Immune and the Nervous System of the Host Organism. Probiotics and Antimicrobial Proteins, February 2017. DOI: 10.1007/s12602-017-9262-1.

28. Shenderov BA. Metabiotics: novel idea or natural development of probiotic conception. Microb Ecol Health Dis 2013; 24: 20399-http:// dx.doi. org/10.3402/mehd.v24i0.20399.

29. Sharma M, Shukla G. Metabiotics: One Step ahead of Probiotics; an Insight into Mechanisms Involved in Anticancerous Effect in Colorectal Cancer. Front Microbiol 7:1940. Doi: 10.3389/fmicb.2016.01940.

30. Beloborodova NV, Osipov GA. Small molecules originating from microbes (SMOM) and their role in microbes-host relationship. Microb Ecol Health Dis 2000; 12:12e21.

31. Nicolson G. L., Mattos de G.F., Settineri R., Costa C., Ellithorpe R., Rosenblatt S., Valle La J., Jimenez A., Ohta S. Clinical effects of hydrogen administration: from animal and human diseases to exercise medicine. Intern J Clin Medicine 2016; 7: 32-76. doi.org/10.4236/ijcm.2016.71005

32. Lazebnik L. B., Konev Yu. V. Mikrobiota tolstoy kishki i sostavlyayushchiye metabolicheskogo sindroma // Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya. - 2014. - № 5. - S. 33-39.

33. Ardatskaya M. D. Probiotiki, prebiotiki i metabiotiki v korrektsii mikroekologicheskikh narusheniy kishechnika. Meditsinskiy Sovet 2015; № 3: 94-9.

34. Gibson GR, Hutkins R, Sanders ME, Prescott SL, Reimer RA, Salminen SJ. et al. The nternational scientific association for probiotics and prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of prebiotics. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. Published online 14 Jun 2017. Doi: 10.1038/nrgast6ro. 2017.75.

35. Nguen H-T, Truong D-H, Kouhonde S, Ly S, Razafindralambo H, Delvigne F. Biochemical engineering approaches for increasing viability and functionality of probiotic bacteria. Int J Mol Sci 2016 Jun 2; 17(6). pii: E867. Doi: 10.3390/ijms17060867.

36. Katan A. Why the European Food Safety Authority was right to reject health claims or probiotics. Benefitial Microbes; 2012. 3(2): 85-89.

37. Hill C, Guarner F, Reid G, Gibson G, Merenstein D, Pot B, Morelli L. et al. The International scientific association for probiotics and prebiotics consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2014; 11(8): 506-514. Doi: 10.1038/nrgastro.2014.66.

38. Vakhitov T. Ya., Sitkin S. I. Kontseptsiya superorganizma v biologii i meditsine. Eksperimental’naya i klinicheskaya gastroenterologiya 2014; № 107 (7): 72-85.

39. Vakhitov T. Yu., Petrov L. N., Bondarenko V. M. Kontseptsiya probioticheskogo preparata, soderzhashchego original’nyye mikrobnyye metabolity ZHMEI 2005; № 5: 108-114.

40. Neish AS. Microbes in gastrointestinal health and disease.Gastroenterology 2009; 136: 65-80.

41. Sonnenburg JL, Fischbach MA. Community Health care: therapeutic opportunities in the human microbiome. Sci Transl Med 2011 Apr 13; 3(78): 78ps12. doi: 10.1126/scitranslmed. 3001626.

42. Caselli M, Vaira G, Calo G, Papini F, Holton J, Vaira D. Structural bacterial molecules as potential candidates for an evolution of the classical concept of probiotics. Adv Nutr 2011; 2: 372-376.

43. Thompson J. A., Oliveira R. A., Djukovic A., Ubeda C., Xavier K. B. Manipulation of the Quorum-Sensing Signal AI-2 Affects the Antibiotic-Treated Gut Microbiota. Cell Reports 2015; 10.

44. Verbeke F, De Craemer S, Debunne N, Janssens Y, Wynendaele E, Van de Wiele C, De Spiegeleer B. Peptides as Quorum Sensing Molecules: Measurement Techniques and Obtained Levels In vitro and In vivo. Front. Neurosci. 2017;11:183. doi: 10.3389/fnins.2017.00183.

45. Kamada N, Nunez G. Regulation of the immune system by the resident intestinal bacteria. Gastroenterology 2014; 146(6): 1477-88.

46. Karczewski J, Poniedzialek B, Adamski Z, Rzymski P. The effects of the microbiota on the host immune system. Autoimmunity 2014. DOI: 10.3109/08916934.2014.938322.

47. Blander J. M., Longman R. S., Iliev I. D., Sonnenberg G. F., Artis D. Regulation of inflammation by microbiota interactions with the host. Nature Immunology 2017; 18(6): 851-860.

48. Lebeer S., Bron P. A., Marco ML., Van Pijkeren J-P., O’Conell Motherway M., Hill C., Pot B., Roos S., Klaenhammer T. Identification of probiotic effector molecules: present state and future perspectives. Current Opinion in Biotechnology 2018; 49: 217-223.

49. Wallace DC. The epigenome and the mitochondrion: bioenergetics and the environment. Gen Dev 2010; 24:1571-1573.

50. Wallace B. D., Redinbo MT. The Human Microbiome is a Source of Therapeutic Drug Targets. Curr Opin Chem Biol 2013; 17(3):379-384. Doi:10.1016/j.cbpa.2013.04.011.

51. Gao D., Gao Z., Zhu G. Antioxidant effects of Lactobacillus plantarum via activation of transcription factor Nrf2. Food Funct 2013; 4:982-989.

52. Mishra V, Shah C, Mokashe N, Chavan R, Yadav H, Prajapati J. Probiotics as potential antioxidants: A systematic review. J. Agric Food Chem. 2015; 63: 3615-3626.

53. Prosekov A., Dyshlyuk L., Milentyeva I, Sukhish S, Babich O, Ivanova S, Pavskyi V., Shishin M., Matskova L. Antioxidant, antimicrobial and antitumor activity of bacteria of the genus bifidobacterium, selected from the gastrointestinal tract of human. Integr Mol Med 2015; 2(5): 295-303.

54. Jones RM., Neish A. S. Redox signaling mediated by the gut microbiota. Free Radical Biology and Medicine 2017; 105: 41-47 http://dx.doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.10.495.

55. Wang Y., Wu Y., Wang Y., Xu H, Mei X, Yu D, Wang Y, Li W. Antioxidant Properties of Probiotic Bacteria. Nutrients 2017; 9:521; doi: 10.3390/nu9050521.

56. Shenderov B. A. Mikroekologicheskaya epigenetika stressa, zabolevaniy, zdorov’ya i dolgoletiya. Vestnik vosstanovitel’noy meditsiny 2016; № 1: 21-8.

57. El Aidy S, Stilling R. M. Dinan T. G., Cryan J. T. Microbiome to Brain: Unravelling the multidirectional axes of communication. Microbial Endocrinology: Interkingdom signaling in infectious disease and health. M. Lyte (ed). Advances in Experimental Medicine and Biology. Chapter 15. Springer International Publishing AG 2016: 301-336. Doi: 10.1007/978-3-319-20215_15.

58. Shenderov BA (2016) The microbiota as an epigenetic control mechanism. Chapter 11. In: Nibali L, Henderson B (eds) The human microbiota and chronic disease: dysbiosis as a cause of human pathology. 1st ed, J. Wiley & Sons, pp.179-197.

59. Legent G, Norris V. Hybolites: novel therapeutic toolsfor targeting hyperstructure in bacteria. Recent Pat on Antiinfect Drug Discov 2009; 4 (2): 90-5.

60. Norris V, Verrier C, Feuilloley M. Hybolites Revisited. Recent Pat on Antiinfect Drug Discov 2016; 11 (1): 1-13. Send Orders for Reprints to reprints@ benyhamscience.ae.

61. Kashyap P. C., Chia N., Nelson H., Segal E., Elinav E. Microbiome at the Frontier of Personalized Medicine. Mayo Clin Proc 2017; 92(12): 1855-1864. https://doi.org/10.1016/j.mayocp.2017.10.004.