Ваш уникальный микробиом может быть использован для улучшения и персонализации вашего будущего медицинского опыта.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Обзоры природы МикробиологияИсследователи суммируют более 200 публикаций, связывающих микробиомы с клинической диагностикой и точными терапевтическими вмешательствами.

Изучать: Использование микробиома в персонализированной медицине.. Изображение предоставлено: FOTOGRIN / Shutterstock.com

Микробиота кишечника и ее потенциал в персонализированной медицине

Кишечный микробиом, который также называют кишечной микробиотой или кишечной флорой, представляет собой собирательный термин для всех микроорганизмов, обитающих в пищеварительном тракте высших животных.

В отличие от генома человека-хозяина, метагеном кишечных микробов демонстрирует замечательную изменчивость и пластичность, постоянно развиваясь в ответ на физиологию хозяина и окружающую среду. Кишечные микробные комплексы уникальны как по специфичности хозяина, поскольку они часто получаются из материнской микробиоты и окружающей среды, так и по временному признаку.

Состав микробиома значительно варьируется у разных людей, а также может меняться у одного и того же человека, отражая динамические изменения, которые происходят на протяжении всей жизни в результате возраста, географического положения, суточных ритмов, а также воздействия окружающей среды, питания и лекарств».

Растущее количество данных подчеркивает важность кишечной микробиоты в обеспечении питательных, устойчивых к болезням и психологических преимуществ хозяину. Следовательно, значительные нарушения в микробной экосистеме кишечника, называемые «дисбиозом», связаны с метаболическими, желудочно-кишечными, неврологическими и воспалительными последствиями.

Характеристика микрофлоры кишечника человека может позволить лучше понять его текущее состояние здоровья и способствовать разработке оптимизированных клинических вмешательств. Текущие исследования по персонализации лечения часто фокусируются на хронических заболеваниях, особенно на раке.

Эти исследования обычно включают биохимическое и генетическое фенотипирование для обоснования мер вмешательства для пациентов. Однако эти методы связаны с определенными ограничениями; например, биохимическое фенотипирование использует стандартизированные методологии, которые могут привести к двоичным результатам с небольшими возможностями для детального понимания динамического здоровья человека. Точно так же генетическое фенотипирование не может объяснить временные изменения в состоянии здоровья или фенотипические результаты взаимодействия генов и окружающей среды.

Персонализация, основанная на составе микробного сообщества пациента, преодолевает временные и генерализационные ограничения современных подходов к персонализации и обеспечивает внутрииндивидуальную стабильность, что является критическим требованием диагностических тестов.

Улучшения автоматизации и диагностики

Метагеномное секвенирование, представляющее собой процесс анализа генетического состава и разнообразия кишечного микробиома, было успешно исследовано в качестве биомаркера общего состояния здоровья пациентов и распространенности конкретных заболеваний. Эти исследования привели к идентификации N-оксида триметиламина (ТМАО), метаболита, модулируемого микробиомом, и его роли в прогнозировании риска сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), а также аминокислот с разветвленной цепью, предсказывающих диабет 2 типа (СД2).

Исследования также сочетали метагеномное секвенирование с алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ) машинного обучения (ML), чтобы различать непереносимость глюкозы, СД2 и типичный метаболизм глюкозы с диагностической точностью, превосходящей используемые в настоящее время диагностические инструменты. Эти результаты подчеркивают, что анализ микробиома может не только заменить существующие диагностические инструменты, но и в сочетании с ИИ значительно снизить нагрузку на перегруженных работой врачей-клиницистов.

Использование целевых вмешательств в отношении микробиома в качестве средства изменения риска заболеваний в предрасположенных к заболеваниям группах населения может дополнять и оптимизировать текущие методы первичной профилактики».

Еда для одного человека – яд для другого

Поведение в отношении здоровья было идентифицировано как наиболее легко модифицируемое средство сдерживания риска в отношении многих факторов веса, возраста, сердечно-сосудистых заболеваний и других неинфекционных хронических заболеваний, при этом несколько исследований предлагают «оптимальные» модели поведения для улучшения общего состояния здоровья.

К сожалению, все больше исследований показывают, что разные люди могут по-разному реагировать на поведенческие вмешательства. Было показано, что высокоинтенсивные физические упражнения, хотя и полезны для снижения веса, вызывают скачки уровня глюкозы в крови, что вредно для людей с диабетом 1 типа (СД1). Аналогичным образом, индивидуальные сообщества микробиоты кишечника могут перерабатывать и усваивать пищевые питательные вещества со значительными различиями в результатах для здоровья своих хозяев.

Фенотипирование микробиоты кишечника пациента может помочь персонализировать поведенческие и клинические вмешательства как против распространенных, так и против конкретных заболеваний. Кроме того, повторное фенотипирование можно использовать в качестве маркера реакции на лечение и эффективности вмешательства. Было показано, что модели искусственного интеллекта, основанные на этих концепциях, превосходят текущие золотые стандарты в прогнозировании и мониторинге реакции пациентов на клинические вмешательства.

Микробы в борьбе с микробами?

Растущее число исследований направлено на проверку эффективность микробные добавки для кишечника и целевая микробиомная терапия для защиты от инфекционных заболеваний или прямой борьбы с ними. В этих исследованиях оценивалось прямое использование микроорганизмов в качестве лекарств, направленных на устранение определенных штаммов микробиома, а также «постбиотическая терапия», которая включает использование микробных метаболитов в качестве лекарств.

«Полезные» микробы, такие как пре- и пробиотики, либо вводятся напрямую, либо терапевтически стимулируются их ростом с целью их победы над патогенами или иной нейтрализации их. Второй класс включает в себя устранение дисбактериоза, распространенного состояния после применения антибиотиков, поскольку это состояние может иметь долгосрочные и потенциально серьезные последствия для здоровья и иммунитета пациентов, что делает пробиотические добавки стандартным назначением во время или после курсов антибиотиков.

Последний класс включает использование в качестве антибиотиков микробных метаболитов природного или генетически модифицированного происхождения. Пенициллин, первый известный антибиотик, относится к этому классу.

Не все пациенты реагируют на эти вмешательства, поэтому крайне важно выявить пациентов, которым такие подходы принесут наибольшую пользу. В этом контексте индивидуальный отпечаток микробиома может быть использован в качестве эффективного метода «сопутствующей диагностики» при подборе лечения для конкретного человека».

Так почему же больше врачей не используют его?

Хотя преимущества анализа микробиома в диагностике и лечении заболеваний многочисленны, эта область все еще находится в зачаточном состоянии. Лишь немногие исследования подтвердили безопасность этих вмешательств на людях.

По иронии судьбы, одна из главных сильных сторон кишечных микробных вмешательств – «персонализированные» аспекты лечения – представляет собой одну из самых больших проблем. Межиндивидуальные различия приводят к отсутствию согласованности в данных одного исследования и даже к снижению воспроизводимости между исследованиями, что не позволяет руководящим медицинским органам предписывать их использование.

Еще одним недостатком текущих исследований является то, что новизна увеличивает стоимость. В большинстве исследований кишечной микробиоты используются методы секвенирования нового поколения, которые требуют опыта и затрат, недоступных исследователям и институтам в слаборазвитых или развивающихся странах.

Недавние исследования показывают, что воздействие микробов, особенно в раннем детстве, может значительно изменить микробиомные сообщества взрослых и врожденный иммунитет. Эти результаты подчеркивают необходимость дальнейших исследований, прежде чем универсальное применение клинической персонализации сможет перейти из сферы науки в основную медицину.