Микробиом – это экосистема, в которой живут микроорганизмы и ресурсами которой они пользуются. Термин «микробиом» был впервые введен в 2001 г. для обозначения коллективных геномов микробиоты [1]. Микробиом человека представляет собой совокупность всех микробиот, которые находятся на тканях и биологических жидкостях человека или внутри них вместе с соответствующими анатомическими участками, в которых они находятся [2], включая кожу, молочные железы, плаценту, семенную жидкость, матку, фолликулы яичников, легкие, слюну, слизистую оболочку полости рта, конъюнктиву, желчевыводящие пути и желудочно-кишечный тракт. Микробиом каждого человека уникален и содержит в десятки раз больше клеток и в 100 раз больше генов, чем собственных генов человеческого организма. Вес микробиома зависит от массы тела и составляет от 1,2 до 3,5 кг. Человеческий микробиом регулирует многие жизненно важные процессы организма и даже влияет на поведение человека!
Микробиота – это термин, который используется для характеристики микробиоценоза (микрофлоры) отдельных органов и систем. Например, микробиота кишечника, микробиота кожи, микробиота органов мочевыделительной системы, микробиота грудного молока и т.д. [3; 4–5]. Другими словами, микробиотой, или микрофлорой, называют сами организмы (бактерии, грибы, вирусы, археи и другие простейшие), которые можно выделить из экосистемы и изучить (хотя часто термины «микробиом» и «микробиота» используют как синонимы).
Дисбаланс микробиоты связан с многочисленными заболеваниями, в том числе с воспалительными заболеваниями кишечника, органов мочеполовой системы и гениталий, рассеянным склерозом, сахарным диабетом, аллергией, астмой, аутизмом, раком и т.д. Обнаружение признаков, в широком смысле отличающие здоровую микробиоту от нездоровой, поможет в диагностике заболеваний, связанных с микробиотой, и потенциально может предоставить новые средства для предотвращения развития заболевания или улучшения прогноза. Между тем микробиота регулярно проявляет большую степень межличностного разнообразия даже в отсутствие заболевания. Это усложняет идентификацию простых микробных компонентов или дисбалансов, либо вызывающих, либо отражающих заболевание [4].
По мнению некоторых специалистов [3, 6], стандартная методика выявления микроорганизмов с помощью посева мочи и секрета простаты не отвечает современным требованиям, так как обнаруживает всего около 10 родов аэробных микроорганизмов из числа энтеробактерий, аэробных кокков и псевдомонад. Реальная частота абактериальных форм многих форм заболеваний, в частности простатита, из-за разного уровня оснащения бактериологических лабораторий и возможности метода определения микроорганизмов не известна. Недооценка и невыявление внутриклеточных возбудителей и вирусов как этиологических факторов заболевания ведут к хронизации заболевания и неудачам в лечении [3, 6]. Это в свою очередь способствует изменению методологии проведения исследований и поиску новых или усовершенствованию старых методик. В частности, некоторые авторы уходят от классических бактериологических методик и используют масс-спектрометрию и метод амплификации нуклеиновых кислот [4–8, 9].
По мнению Г. А. Осипова и соавт. (2016), существующая методология микробиологического обследования пациента в клинических лабораториях по разным причинам не позволяет выявлять большинство клинически значимых микробов из числа аэробных актинобактерий, всех анаэробов и других трудно культивируемых микроорганизмов. Число неучтенных микроорганизмов при обследовании каждого больного составляет сотни видов, так как давно известно, что в организме человека и в окружающей среде присутствует более 500 видов микроогранизмов, способных вызывать инфекционный процесс или воспаление. Лактобациллы и бифидобактерии, причисляемые к абсолютно полезным микробам, вызывают многие воспалительные процессы, в том числе септические состояния и эндокардит. Уже не вызывает сомнений тот факт, что инфекции и воспаление не являются моноэтиологичными, рано или поздно выясняется участие в них группы микроорганизмов, объединенных в генетически и трофически организованные сообщества, называемые биопленками [10].
Организм человека служит основным местом обитания микробов, в первую очередь анаэробов (доминанты микробиоты человека). Их места обитания – плотные мукопептиды слизистых оболочек кишечника, дыхательных путей, урогенитального тракта и закрытых от прямого доступа кислорода компартментов кожи. Для аэробов характерны другие места обитания. Современные научные представления о микроэкологии человека указывают на то, что аэробы вторичны в количественном (и функциональном) плане в нормальной и патологической физиологии его органов. Возбудители инфекций, кроме особо опасных, сосредоточены преимущественно внутри человека, а не в окружающей среде. Анаэробы существенно превалируют над аэробами, что необходимо учитывать в практике рутинных анализов лабораторий клинической микробиологии [9]. В такой ситуации аэробы, являющиеся основным объектом работы клинических лабораторий, представляются лишь как биологические маркеры основной инфекции, вызванной анаэробами.
Одним из методов определения микробных маркеров является хромат-масс-спектрометрия, разработанная в России доктором биологических наук Г. А. Осиповым при участии группы ученых биологов, микробиологов, врачей и с 1991 г. используется в медицине, экологии и биотехнологии, преимущественно в научных исследованиях. В основе метода лежит высокоточное определение в анализируемой пробе молекулярных признаков микроорганизмов из числа их клеточных липидов: высших жирных кислот, альдегидов, спиртов и стеролов. Определение проводится высокочувствительным и селективным методом газовой хроматографии – масс-спектрометрии (ГХ-МС), позволяющим одновременно измерять более сотни микробных маркеров непосредственно в анализируемом материале (крови, моче, биоптатах, пунктатах и других биологических жидкостях и тканях) без предварительного посева на питательные среды или использования тестовых биохимических материалов. Разработанный автоматический алгоритм анализа с помощью штатных программ ГХ-МС позволяет определить концентрацию более 50 микроорганизмов в материале через 3 ч после его поступления в лабораторию [4–8, 11]. Как показал опыт применения метода микробных маркеров, с его помощью можно получать большой объем информации о бактериях, участвующих в воспалительных процессах и при дисбиозах, особенно из числа анаэробов и некультивируемых в клинических лабораториях аэробов, а также актинобактерий, дрожжей и микроскопических грибов. Новизна аналитической процедуры и объем информации, с одной стороны, обеспечивают полное понимание микробной этиологии заболевания каждого без исключения из тысяч обследованных пациентов; с другой – требуют от врача принципиально новых подходов к лечению больных на основании измененных представлений о микробной экологии человека в норме и при патологии.
В исследовании J. C. Nickel et al. [12] с использованием биосенсорной технологии (сочетавшей амплификацию нуклеиновых кислот с масс-спектрометрией) был изучен микробиом трех порций мочи, полученных от пациентов с синдромом хронической тазовой боли (СХТБ) и от здоровых добровольцев. Выявлены значительные отличия микробиот в группах.
В частности, у пациентов с СХТБ имела место гиперэкспрессия Burkholderia cenocepacia в первой порции мочи.
В другой работе J. C. Nickel et al. [13] изучали микробиоту мочи 181 женщины с синдромом интерстициального цистита/боли в мочевом пузыре (СИЦ/БМП) и сравнивали ее с результатами контрольной группы (182 женщины). Средняя порция мочи исследована с помощью молекулярной диагностической платформы Plex-ID, которая использует ПЦР, электрораспылительную ионизацию, масс-спектрометрию. В образцах мочи, полученных от женщин основной и контрольной групп, выявлены в общей сложности 92 вида микроорганизмов (41 род). Среднее количество видов составило 2,49 (1,48 рода) и 2,30 (1,28 рода) среди СИЦ/БМП и контрольной группы соответственно. Общий микробный состав достоверно не различался между группами (p=0,726 уровня вида, p=0,222 уровня рода). Для пациенток с СИЦ/БМП были характерны более высокие показатели в моче Lactobacillus gasseri (p=0,09), Corynebacterium имела более низкие показатели по сравнению с контрольной группой (p=0,002). Анализ показал отсутствие достоверной разницы в распространенности видов или численности рода микроорганизмов по исследуемым группам, за исключением Lactobacillus gasseri и Corynebacterium (р=0,08 и 0,001 соответственно). Авторы не делают заключения о наличии причинно-следственной связи, но предполагают, что более полная оценка (вагинальный, кишечный, катетеризованный мочевой пузырь и/или тканевые образцы) микробиоты нижних мочевых путей у пациентов с ИЦ/БМП оправданна [13].
Наряду с ХМС большое внимание уделяется методу амплификации нуклеиновых кислот. Это связано с тем, что появление молекулярно-генетических методов исследования перевернуло все предыдущие представления о микрофлоре человека [14–19].
В настоящее время в качестве «золотого» стандарта анализа микробиоты урологического тракта рассматривается секвенирование. Следует помнить, что методы секвенирования во многом не стандартизированы и это ограничивает возможности их использования в клинике. Существует два типа стратегии секвенирования: цельный геном и метагеном. Секвенирование цельного генома используют для определения генома конкретной бактерии. Напротив, метагеномное секвенирование проводят на смешанных популяциях микроорганизмов, используя, например, тампон или мочу. Цель метагеномного секвенирования – идентификация разнообразных бактерий, присутствующих в образце. Исследование микробиоты мочи, так же как и фекалий, в целом основывается на секвенировании 16S рРНК для классификации бактерий в клиническом образце. В гене 16S рРНК консервативные последовательности чередуются с гипервариабельными. Последние содержат специфические различия в последовательности, которые используются для измерения филогенетической родственности. Этого достаточно для определения видовой принадлежности микроорганизмов (т. е. качественного анализа), но не их количества [19–20].
В ходе научных исследований в области генетики ученые смогли идентифицировать и определить количество микроорганизмов, живущих в человеческом теле, – более 1100 видов, большинство из которых анаэробы. Ученые доказали, что чем более разнообразны кишечные микроорганизмы, тем лучше здоровье человека, тогда как меньшее разнообразие связано с различными болезнями [15]. Метод секвенирования ДНК позволил установить, что в кишечнике живут более 1000 видов микроорганизмов, 99% из них – это анаэробы, состав которых существенно отличается от того, который ранее представлялся по данным культуральных исследований. Согласно данным Национального института здоровья США (NIH), только 10% клеток, входящих в состав человеческого организма, являются собственно человеческими, остальные 90% принадлежат бактериям, населяющим различные биотопы человека [15]. Наиболее изучено изменение микробиоты кишечника в норме и патологии. Проводятся исследования сообществ микроорганизмов органов мочевыделительной системы и кожи.
С 2012 г., когда в мочевом пузыре большинства здоровых добровольцев впервые были обнаружены микроорганизмы, в литературе перестали употреблять термин «стерильно» по отношению к мочевыводящим путям. В большинстве образцов мочи здоровых добровольцев, в которых исследованы 16S рРНК-последовательности, констатировано преобладание одного рода, чаще всего Lactobacillus. Гораздо реже доминирующим родом являлись Gardnerella, Streptococcus, Staphylococcus или Corynebacterium. Еще реже преобладали роды Aerococcus, Actinomyces или Bidobacterium. Иногда основным таксоном выступало семейство Enterobactericeae, которое содержит род Escherichia. Причем в моче одних добровольцев выявлялось очень много бактерий, в то время как у других – очень мало или же присутствовал только один вид (по существу, монокультура) [19–23].
A. Morand et al. (2018), анализируя опубликованные научные данные и учитывая собственные исследования человеческой микрофлоры, выявили с помощью культуральных и метагеномных методов в моче 562 вида бактерий, причем мочевая микрофлора от кишечной микробиоты отличалась по аэробным микробам. После проведения коррекции кишечной микробиоты отмечено восстановление микрофлоры мочевыводящих путей. Таким образом, авторы пришли к следующему выводу: кишечное происхождение бактериальной микробиоты человека не до конца изучено [24].
A. Zampini et al. [25] считают, что дисбиоз может частично способствовать росту распространенности мочекаменной болезни (МКБ). Авторы с целью определения природы и места дисбиоза, связанного с МКБ, провели микробиомный анализ желудочно-кишечного тракта и мочевыводящих путей, а также метаболомный анализ метаболома мочи у пациентов с рецидивами МКБ или отсутствием заболевания в анамнезе. По мнению авторов, использование антибиотиков среди пациентов с МКБ приводит к изменению микробиомы, что может увеличить риск рецидивов МКБ [25].
P. Bajic et al. [26] убедительно доказали связь микробиоты нижних мочевых путей с симптомами нижних мочевых путей (СНМП). Показано, что у мужчин с доброкачественной гиперплазией предстательной железы (ПЖ) и тяжелыми СНМП бактерии мочевого пузыря обнаруживаются чаще, чем у людей с менее выраженными симптомами [26].
В исследовании [27] также продемонстрированы сложные ассоциации между наличием микробов в мочевом пузыре и СНМП. Бактерии могут играть важную роль в развитии симптомов гиперактивного мочевого пузыря, например, Gardnerella чаще выявляется у женщин с ургентным недержанием мочи. Установлено, что некоторые виды Lactobacillus играют защитную роль при синдромах гиперактивного и болезненного мочевого пузыря. Авторы считают, что мочевой пузырь является резервуаром для бактериальной колонизации и, по-видимому, среди них имеется как множество защитных, так и патогенных видов бактерий, которое может вызывать СНМП. По мнению исследователей, использование антибактериальных средств в лечении СНМП является далеко не идеальным решением [27].
Чтобы получить представление о мочевой флоре, A. Moustafa et al. [28] проанализировали клинические лабораторные особенности и микробный метагеном секвенированием 121 образца мочи. Было выявлено множество бактериальных (медиана 41 род/образец), эукариотических (медиана 2 вида/образец) и вирусных (медиана 3 вируса/образец) представителей. Геномный анализ определил случаи заражения потенциальными патогенными микроорганизмами, которые часто пропускаются во время рутинного посева мочи из-за специфических требований роста. Авторы пришли к выводу: традиционные микробиологические методы не позволяют идентифицировать все разнообразие видов микробов, присутствующих в моче, а геномные подходы, по-видимому, более полно и количественно описывают микробиом мочи [28].
Обследовав мочу 37 детей с ИМП и 69 здоровых, N. Paalanne et al. [29] выявили высокую частоту кишечной палочки у пациентов с ИМП по сравнению с контрольной группой. Помимо этого на уровне семьи и рода отмечено несколько различий в микробиоме кишечника у детей с ИМП и здоровыми детьми, что говорит (предположительно) о связи среды кишечника с риском развития ИМП у детей.
Проведя анализ литературы, C. M. Porter et al. [30] заключили, что микробиом поддерживает гомеостаз и помогает стимулировать иммунную систему организма человека. При дисбиозе микробиом человека может влиять на простату, вызывая, например, простатит/СХТБ и доброкачественную гиперплазию ПЖ, а также рак простаты [30].
Проведя систематический обзор литературы за 2010–2018 гг. о роли микробиома в развитии СНМП, T. Antunes-Lopes et al. [31] зафиксировали, что анализ последовательности 16S рРНК и расширенной количественной культуры мочи предоставил доказательства присутствия в моче живых бактерий, не обнаруживаемых стандартными методами культивирования. Кроме того, были продемонстрированы различия в микробиоме здоровых людей и пациентов с СНМП [31]. По мнению авторов, урологи должны рассматривать дисбиоз мочи как возможную причину развития СНМП, требующую диагностики и лечения.
M. J. Drake et al. [32] по результатам обзора литературы выявили, что взаимосвязь между микробиомом пациента и дисфункцией нижних мочевыводящих путей или бактериурией с низким титром может иметь клиническое значение при развитии СНМП. Помимо этого авторы отметили низкую информативность стандартных методов культивирования микробов [32].
В другом сообщении G. Magistro et al. (2018) на основании анализа данных Medline, PubMed, баз данных Cochrane и Embase о роли микробиома мочевыводящих путей в функциональных расстройствах вывили, что каждый человек имеет сложную микробную сеть в мочевыводящих путях, которая подвергается воздействию внутренних и внешних факторов. Любой дисбаланс в этой сети может способствовать развитию СНМП. Функциональные расстройства, такие как интерстициальный цистит, недержание мочи и ХП/СХТБ, ни одно из которых не имеет бактериального происхождения для диагностики, показывают признаки измененного микробиома со специфическими доминирующими уротипами в отличие от мочи бессимптомных здоровых людей. Влияние микробиомы мочи на развитие СНМП может помочь в определении дальнейшего лечения [33].
Shoskes et al. [2016] тоже выявили отличия микробиома пациентов с СХТБ (n=25) и здоровых мужчин (n=25), а также внутри группы СХТБ в зависимости от его фенотипа. Сравнение двух групп и внутри группы СХТБ проводили по индексу симптомов хронического простатита (CPSI – chronic prostatitis symptom index), по фенотипам в соответствии с классификацией UPOINT и по результатам масс-спектрометрии/секвенирования 16Sr-ДНК. Установлено, что в группе СХТБ 17 родов микроорганизмов, например клостридии, гиперэкспрессированы, а 5 родов, например бациллы, гипоэкспрессированы. Отличия в экспрессии различных микроорганизмов у больных и здоровых мужчин определяют различия в микробном метаболизме (в споруляции, хемотаксисе и пируватном обмене), что в будущем может быть использовано в качестве основы для разработки метаболизм-ориентированных методов лечения [34].
Информация о составе уретральной флоры у мужчин крайне ограничена. В основном высеваются Stafphylococcus, Corynebacterium, Lactobacillius. В отличие от женщин, у мужчин нет преобладающего микроорганизма в микробиоте уретрального тракта. Есть сообщения о различиях в микробиологическом пассаже у обрезанных и необрезанных мужчин. Результаты исследования спермы показали связь Anaerococcus с заболеваниями мужской репродуктивной системы. Показано, что содержание Lactobacillius коррелирует с числом жизнеспособных сперматозоидов [35].
Продолжая изучение взаимосвязи между микробиотами тазовых органов (особенно между влагалищем, мочевым пузырем и кишечником), отметим, что предположительно мочевой пузырь и влагалище имеют общее сообщество микробоорганизмов, не зависящее от перемещения бактерий между ними. Например, Lactobacillus обычно доминируют в вагинальной микробиоте и считаются защитными бактериями, но также присутствуют и в мочевыводящих путях, причем специфические виды Lactobacillus могут варьироваться. L. Gasseri наиболее часто высеваются из мочевого пузыря женщин с ИМП. L. Crispatus чаще встречаются у женщин без симптомов ИМП. Приведенные данные свидетельствуют, что роль бактерий в мочевом пузыре и во влагалище может различаться [36].
N. Curtiss et al. [37], исследовав мочу 79 здоровых женщин, выявили, что Lactobacillus чаще встречаются у женщин в пременопаузе, Mobiluncus – у женщин в постменопаузе.
Из влагалища женщин наиболее часто выделяли лактобациллы, стафилококки и энтеробактерии [38]. Считается, что в норме Lactobacillius являются доминирующими бактериями микробиоты влагалища. Наличие штаммов Enterobacteriaceae и Staphylococcus снижает шансы наступления беременности как при ее физиологическом планировании, так и при проведении ЭКО. Имеются предварительные данные, что меньшее разнообразие микробиоты влагалища сопряжено с большей вероятностью рождения живого ребенка [39].
Некоторые авторы сообщают о методах воздействия на микробиоту человека антибактериальными препаратами, пребиотиками и пробиотиками [15, 19, 40].
K. Skonieczna-Żydecka et al. [40], проведя систематический обзор в регистре контролируемых исследований PubMed/MEDLINE/Cochrane, отметили важную роль кишечной микробиоты в патогенезе развития хирургических инфекций и других осложнений, связанных с операцией. Было обнаружено, что пробиотики и синбиотики снижают риск хирургических инфекций и других нежелательных последствий, связанных с операцией. Так, пациенты, перенесшие хирургическое вмешательство и дополнительно получавшие пребиотики, пробиотики и синбиотики, по сравнению с плацебо (35 исследований, 3028 взрослых пациентов) имели достоверно низкий уровень С-реактивного белка (СРБ) и интерлейкина-6 (IL-6), в то время как концентрация уксусной, масляной и пропионовой кислот была повышена у пациентов, получавших пробиотики. Мета-анализ подтвердил, что добавление про- и синбиотиков связано со значительным снижением частоты осложнений, связанных с операцией, включая вздутие живота, диарею, пневмонию, сепсис, раневые инфекции и ИМП. Кроме того, это позволило уменьшить продолжительность антибактериальной терапии, послеоперационной гипертермии, время введения жидкости и твердого питания, сроки пребывания в стационаре (р<0,05). По мнению авторов, снижение частоты инфекционных и других хирургических осложнений на фоне введения пробиотиков и синбиотиков связано с модуляцией кишечного иммунного ответа и продукцией короткоцепочечных жирных кислот [41].
Таким образом, исследование микробиомы человека является новым, современным и перспективным направлением, которое постепенно набирает обороты и обогащает знания врачей разных специальностей. Хотя микробиота мочевыводящих путей изучена хуже, чем микробиота желудочно-кишечного тракта, ее роль сложна и многогранна. Очевидным является антагонизм патологической микрофлоре. Однако возможно, что бактерии мочевыводящих путей участвуют и в регуляции жизненно важных физиологических функций, в том числе репродуктивной. Дисбаланс микроорганизмов, обнаруживаемый при целом ряде заболеваний мочеполовых органов, может быть одним из ключевых звеньев патогенеза их развития и в будущем позволит разработать новые методы лечения и профилактики заболеваний органов репродуктивной системы и мочевыводящих путей.
