Хроническая болезнь почек — довольно распространённое заболевание, которое встречается у 10% населения. Почки постепенно теряют нормальную функцию, и в организме накапливаются продукты метаболизма, которые в норме выводятся почками. Их накопление вызывает развитие многих других патологий. Это тяжёлое состояние называется уремией, а токсичные соединения, образующиеся при нём, — уремическими токсинами. Среди осложнений уремии сердечно-сосудистые заболевания, нарушение функций различных органов (полиорганные дисфункции), резистентность к инсулину. Некоторые из этих осложнений входят в список распространённых причин смерти ВОЗ.
В настоящее время Европейская база данных уремических веществ (EUTox-DB) содержит 130 соединений, которые принадлежат к разным классам и участвуют в разных биохимических процессах в организме. Однако точное происхождение большинства из них всё ещё не до конца понято. Известны три основных источника таких веществ: экзогенные — они потребляются с пищей; эндогенные — продуцируются в ходе обмена веществ (метаболизма) самим организмом и образующиеся в результате деятельности бактерий, обитающих в желудочно-кишечном тракте, то есть микробиоты человека. Кишечные бактерии продуцируют огромное количество веществ, часть из них, как показали некоторые наблюдения*, могут способствовать выработке уремических токсинов.
Научная группа, работающая в НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского и на факультете биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова, совместно с сотрудниками Национального медицинского исследовательского центра акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В. И. Кулакова (НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова) сумели идентифицировать уремические токсины, предположительно происходящие из микробиоты кишечника, и выявить наиболее вероятные бактерии — продуценты этих токсинов. Используя биоинфоматический подход, исследователи проанализировали большой объём накопленных на сегодняшний день данных**. Опираясь на эти данные, они сначала определили, какие ферментативные реакции происходят в бактериях, обитающих в кишечнике человека, и какие ферменты связаны с синтезом уремических токсинов. Таким образом, биологи поняли, какие токсины могут быть синтезированы кишечными бактериями: они выбрали те биохимические пути, которые приводят к синтезу уремических растворённых веществ и связаны с конкретными бактериальными штаммами. Как оказалось, бактерии кишечника активно участвуют в производстве и утилизации токсинов. Кроме того, обнаружена связь между концентрацией токсина и долей различных видов бактерий, которые могут его синтезировать. Выявленные виды бактерий, участвующие в синтезе токсических веществ, затем были сверены с базой данных проекта «Микробиом человека» (Human Microbiome Project).
Помимо вредных бактерий, которые синтезируют большое количество уремических токсинов, были найдены и полезные, которые, наоборот, метаболизируют уремические токсины. Исследователи считают, что снижая количество вредных бактерий в составе микробиома кишечника, можно добиться и уменьшения концентрации патологических метаболитов в крови. Повышая же содержание полезных штаммов с помощью пробиотиков, можно облегчать протекание заболеваний почек у пациентов и уменьшать уремический синдром.
Воздействие на микробиом кишечника признаётся перспективным методом терапии различных заболеваний. В то же время единственным используемым сейчас способом уменьшения количества уремических токсинов в крови больных почечными патологиями остаётся гемодиализ — то есть очищение крови от этих токсинов. Работа сотрудников МГУ с коллегами из НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова заложила фундамент для разработки лечения и реабилитации больных с тяжёлыми почечными заболеваниями на основе воздействия на состав микрофлоры кишечника, что может снизить потребность в непростой и небезопасной процедуре.
Результаты исследования опубликованы в «International Journal of Molecular Sciences».
Работа проводилась при поддержке Российского научного фонда.
По информации пресс-службы МГУ МГУ им. М. В. Ломоносова.
***
Микробиом — это сложный коллектив микроорганизмов, обитающих в теле человека. Причём количество клеток микробов в три раза больше клеток нашего тела: по данным Американской академии микробиологии, это 100 триллионов бактерий против 37 триллионов человеческих клеток. Проект человеческого микробиома был инициативой Национальных институтов здравоохранения США (National Institutes of Health, сокращённо NIH), его цель — выявление характеристик микроорганизмов, которые встречаются как у здоровых, так и у больных людей. Сейчас проект «Микробиом человека» рассматривается как расширение проекта «Геном человека».
Комментарии к статье
* Aronov P. A., Luo F. J.-G., Plummer N. S., Quan Z., Holmes S., Hostetter T. H., Meyer T. W. Colonic contribution to uremic solutes. J. Am. Soc. Nephrol. 2011, 22, 1769—1776.
** Использованы базы данных Human Metabolome, Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG), MetaCyc и Human Protein Atlas.
