Ученые выявили различия в микробиоме тонкой кишки женщин и мужчин
Состав микробиома тонкой кишки и характер связей между микроорганизмами различаются у женщин и мужчин. Выявленные особенности могут в перспективе помочь ученым понять, почему некоторые эндокринные и желудочно-кишечные нарушения чаще встречаются у женщин. О том, как ученые изучали бактерии двенадцатиперстной кишки, что они обнаружили и почему результаты пока нельзя использовать для диагностики, — в материале «Известий».
Почему анализ кала не показывает весь микробиом
Микробиом кишечника представляет собой сложное сообщество бактерий и других микроорганизмов, участвующих в пищеварении, обмене веществ, работе иммунной системы и поддержании защитного барьера кишечника. Однако значительная часть исследований в этой области основана на анализе образцов кала.
Такой подход позволяет получить информацию прежде всего о микроорганизмах толстой кишки. Между тем условия в разных отделах пищеварительного тракта заметно различаются. В тонкой кишке меняются кислотность, скорость продвижения пищи, доступность кислорода и питательных веществ, а общее количество микроорганизмов значительно ниже.
Именно в тонкой кишке происходит основная часть расщепления и всасывания питательных веществ. Ее клетки также вырабатывают слизь, иммуноглобулины, антимикробные вещества, гормоны и сигнальные молекулы. Поэтому бактерии, живущие в этой части пищеварительного тракта, могут быть особенно тесно связаны с обменными, иммунными и эндокринными процессами.
Получить такие образцы сложнее, чем собрать материал для обычного анализа кала. В новой работе исследователи использовали жидкость непосредственно из двенадцатиперстной кишки — начального отдела тонкой кишки, куда пища поступает из желудка.
Как ученые получили образцы из тонкой кишки
Авторы проанализировали данные 266 взрослых участников проекта REIMAGINE, посвященного изучению микробиома тонкой кишки. В выборку вошли 133 женщины и столько же мужчин. Средний возраст участников составлял около 55 лет, а группы были сопоставлены по возрасту и индексу массы тела.
Все участники проходили гастроскопию по медицинским показаниям. Во время процедуры врачи при помощи специального двухпросветного катетера забирали 1–2 мл жидкости из двенадцатиперстной кишки. Защитная конструкция катетера должна была предотвратить попадание в образец микроорганизмов из ротовой полости, пищевода и желудка.
Из анализа исключили людей, которые принимали антибиотики в течение предыдущих трех месяцев, имели сахарный диабет, получали метформин, перенесли операцию желудочного шунтирования или страдали синдромом избыточного бактериального роста в тонкой кишке. Эти факторы способны существенно изменить состав микробиома и исказить сравнение.
Полученные образцы исследовали с помощью секвенирования участков гена 16S рРНК. Этот метод позволяет установить, к каким группам относятся обнаруженные бактерии, и оценить их относительную представленность. При этом он, как правило, не дает возможности определить конкретные штаммы микроорганизмов или непосредственно измерить их активность.
Какие бактерии чаще встречались у женщин и мужчин
Общее микробное разнообразие внутри отдельных образцов у женщин и мужчин существенно не различалось. Иными словами, нельзя сказать, что у одной группы микробиом оказался просто «богаче» или «беднее».
Однако состав сообществ в целом различался статистически значимо. Ученые выявили 96 родов бактерий, относительная представленность которых зависела от пола участников. В частности, у женщин чаще встречались представители родов Romboutsia, Faecalibacterium, Bacteroides и Subdoligranulum. У мужчин были более представлены Sarcina, Lactococcus, Bradyrhizobium и некоторые другие микроорганизмы.
Отдельно исследователи сравнили так называемый основной микробиом — бактерии, обнаруженные не менее чем у 51% участников соответствующей группы. Род Granulicatella занимал четвертое место по распространенности среди женщин и восьмое среди мужчин. В основной микробиом мужчин, но не женщин также вошел род Leptotrichia.
Это не означает, что Granulicatella присутствовала только у женщин, а Leptotrichia — исключительно у мужчин. Речь идет о распространенности микроорганизмов и о том, преодолели ли они установленный авторами порог в 51%.
Что особенного нашли в женском микробиоме
Ученые анализировали не только количество отдельных бактерий, но и связи между ними. Для этого микробиом представили в виде сети, где отдельные роды микроорганизмов служили узлами, а статистические связи между ними — соединяющими линиями.
У женщин исследователи выделили пять крупных микробных сообществ, у мужчин — шесть. При этом только в женской сети существовал отдельный модуль, сформированный преимущественно родами Streptococcus, Granulicatella, Escherichia/Shigella и Rothia. У мужчин эти микроорганизмы также встречались, но были связаны иначе и относились к разным сообществам.
Именно эту особенность назвали одним из наиболее интересных результатов работы. Речь идет не об обнаружении исключительно «женских бактерий», а об особой организации связей между ними. Мужская микробная сеть в среднем была более плотно связанной. Авторы предположили, что такая организация может обеспечивать ей большую устойчивость к внешним изменениям. У женской сети оказалась выше так называемая эксцентричность — показатель удаленности отдельных узлов друг от друга. По мнению исследователей, это теоретически может указывать на большую чувствительность микробиома к изменениям окружающей среды.
Однако сетевой анализ выявляет прежде всего статистическое совместное присутствие микроорганизмов. Он не доказывает, что бактерии непосредственно взаимодействуют друг с другом или что один микроорганизм управляет поведением другого.
Как результаты связаны с женским здоровьем\Как кишечные бактерии могут быть связаны с СПКЯ
В предыдущих исследованиях бактерии, вошедшие в выявленное у женщин сообщество, связывали с синдромом поликистозных яичников (СПКЯ) — эндокринным нарушением, которое может сопровождаться нерегулярной овуляцией, повышенным уровнем андрогенов и метаболическими изменениями.
При этом участниц текущего исследования специально не отбирали по наличию или отсутствию СПКЯ. Работа не показывает, что найденное сообщество вызывает заболевание и не позволяет использовать эти бактерии в качестве его диагностического признака. Исследователи лишь сопоставили полученные результаты с данными предыдущих научных работ.
Между половыми гормонами и микробиомом в принципе могут существовать двусторонние связи. Некоторые кишечные бактерии участвуют в преобразовании эстрогенов и андрогенов, тогда как гормональные изменения способны влиять на условия, в которых живут микроорганизмы. Но в рамках новой работы этот механизм непосредственно не проверяли.
При чем здесь лук, хлеб и синдром раздраженного кишечника
Ученые также попытались предсказать функции микробных сообществ на основании обнаруженных у бактерий генетических маркеров. Всего они выявили 16 предполагаемых метаболических путей, активность которых могла различаться у женщин и мужчин.
У женского микробиома оказалась ниже расчетная способность к синтезу фруктанов и деконъюгации желчных кислот. Последний процесс влияет на превращение желчных кислот кишечными бактериями и может быть связан с пищеварением, обменом жиров и передачей метаболических сигналов.
Фруктаны представляют собой цепочки молекул фруктозы. Они содержатся, например, в пшенице, луке, чесноке и некоторых других растительных продуктах. Для большинства людей эти вещества могут выполнять функцию пребиотиков — питательной среды для полезных кишечных бактерий.
Однако исследование не установило, что женщины в целом хуже переносят фруктаны. Более того, ученые не измеряли непосредственно количество произведенных бактериями веществ. Метаболические функции были предсказаны компьютерной программой на основании состава микробиома, поэтому выводы необходимо подтвердить с помощью прямого анализа бактериальных генов и продуктов обмена.
Почему результаты нельзя считать медицинской рекомендацией
Работа показывает, что биологический пол необходимо учитывать при исследованиях микробиома. Если женские и мужские образцы объединять без отдельного анализа, важные закономерности могут остаться незамеченными.
«Наши результаты показывают, что биологический пол является критически важной переменной при изучении микробиома тонкой кишки», — отметила руководитель клинических исследований программы MAST в Cedars-Sinai и один из авторов работы Ручи Матур.
В дальнейшем полученные данные могут помочь при разработке персонализированных подходов к диагностике и лечению эндокринных, метаболических и желудочно-кишечных нарушений. Но пока исследование не предлагает готового анализа, пробиотика, диеты или метода терапии для женщин.
Авторы не учитывали питание участников, курение, употребление алкоголя, прием гормональных препаратов и некоторые заболевания. Кроме того, все добровольцы проходили гастроскопию по медицинским показаниям, поэтому выборку нельзя считать полностью здоровой или репрезентативной для всего населения.
Средний возраст женщин составлял более 55 лет. Это также ограничивает возможность перенести результаты на молодых женщин и пациенток репродуктивного возраста, в том числе с СПКЯ. Отдельно необходимо изучить влияние менструального цикла, менопаузы, гормональной терапии, рациона и принимаемых лекарств.
