Restoration of microbiota balance using spore-forming probiotic microorganisms: a review

Full Text

Введение

Микробиота кишечника представляет собой сложную, эволюционно сложившуюся экосистему, насчитывающую более 10¹⁵ микроорганизмов (преимущественно бактерий, а также архей, грибов, вирусов) [1, 2]. Суммарный геном микробиоты (микробиом) в 150 раз превышает размер генома человека и рассматривается как отдельный «орган», выполняющий ключевые метаболические, иммунорегуляторные и защитные функции [3]. В норме микробиота характеризуется высоким видовым разнообразием с доминированием таких филумов, как Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria и Proteobacteria, стабильностью и функциональной избыточностью [4].

Дисбиоз – это качественное и/или количественное нарушение микробиоценоза, которое может проявляться снижением разнообразия микробиоты, уменьшением численности полезных симбионтов, избыточным ростом условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, а также изменением метаболической активности микробного сообщества [5, 6]. Причинами дисбиоза выступают нерациональное применение антибиотиков и других лекарственных средств (ингибиторов протонной помпы, нестероидных противовоспалительных препаратов), острые кишечные инфекции, характер питания (дефицит пищевых волокон, избыток обработанных продуктов), стресс, хронические заболевания (воспалительные заболевания кишечника, сахарный диабет, ожирение) и хирургические вмешательства [7–9].

Клинические проявления дисбиоза варьируют от легких функциональных расстройств (метеоризма, неустойчивого стула, абдоминального дискомфорта) до тяжелых форм, ассоциированных с антибиотикоассоциированной диареей (ААД), Clostridium difficile-инфекцией, синдромом избыточного бактериального роста (СИБР) и системными воспалительными реакциями [10, 11].

Современные подходы к коррекции нарушений баланса микробиоты включают [12, 13]:

1. диетическую коррекцию – увеличение потребления ферментируемых пищевых волокон (пребиотиков), полифенолов, исключение индуцирующих дисбиоз продуктов;
2. пробиотики – живые микроорганизмы, которые при введении в адекватных количествах оказывают положительное влияние на здоровье хозяина [14];
3. пребиотики и синбиотики – субстраты, избирательно стимулирующие рост полезных микроорганизмов, или их комбинации с пробиотиками;
4. трансплантацию фекальной микробиоты – наиболее радикальный метод, применяемый при рецидивирующей C. difficile-инфекции и ряде других состояний, резистентных к стандартной терапии [15];
5. метабиотики – препараты на основе метаболитов пробиотических бактерий, обеспечивающие иммуномодуляцию и восстановление барьерной функции без введения живых микроорганизмов [16–18].

Несмотря на широкий арсенал средств, выбор оптимальной тактики и длительность терапии часто определяются эмпирически [19]. В последние годы отмечается значительное увеличение интереса исследователей к спорообразующим бактериям рода Bacillus.

Цель – изучение эффективности применения спорообразующих Bacillus clausii для коррекции нарушений микробиоценоза кишечника.

Спорообразующие пробиотические микроорганизмы обладают высокой устойчивостью к факторам внешней среды и желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), способностью к быстрой элиминации патогенов и созданию условий для восстановления собственной микробиоты [20, 21]. Среди них B. clausii занимает уникальное положение благодаря доказанной способности восстанавливать кишечный микробиоценоз и купировать диарею в короткие сроки, что позволяет рассматривать его как универсальный инструмент первичной коррекции дисбиоза [22, 23].

Спорообразующие пробиотики: преимущества и механизмы действия

Спорообразующие бактерии, в отличие от традиционных лакто- и бифидобактерий, существуют в форме спор, устойчивых к кислому pH желудка, действию желчных кислот и панкреатических ферментов, что гарантирует доставку жизнеспособных микроорганизмов в тонкую и толстую кишку в количестве, достаточном для реализации терапевтического эффекта [24, 25].

Ключевые механизмы действия спорообразующих пробиотиков включают:

1. антагонистическую активность – продукцию антимикробных пептидов (субтилизина, бактериоцинов), подавляющих рост условно-патогенных и патогенных бактерий (C. difficile, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis и др.);
2. иммуномодуляцию – индукцию продукции секреторного иммуноглобулина (Ig)A, регуляцию баланса Th1/Th2, снижение провоспалительных цитокинов (интерлейкина-8, фактора некроза опухоли α);
3. метаболическую поддержку – синтез короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), витаминов группы B, антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы);
4. восстановление барьерной функции – усиление экспрессии белков плотных контактов (окклюдина, клаудина) и снижение проницаемости кишечной стенки [26–32].

Фундаментальные исследования отечественных ученых внесли значительный вклад в понимание механизмов действия B. clausii. В работе А.Е. Абатурова и соавт. (2016 г.) детально охарактеризована роль бактериоцина Bac-GM17, продуцируемого B. clausii, в ингибировании роста патогенных бактерий и грибов, а также раскрыты уникальные иммуномодулирующие свойства этого пробиотика, реализующиеся через регуляцию экспрессии генов в клетках кишечника [33]. С.А. Крамарев и соавт. (2016 г.) в своем обзоре акцентировали внимание на таких важных для клинической практики свойствах B. clausii, как термостабильность, устойчивость к антибиотикам, способность к адгезии на эпителий кишечника и секреция антимикробных субстанций [34].

Перечисленные свойства способствуют эффективности спорообразующих пробиотиков, особенно в острых ситуациях, когда требуются быстрая коррекция дисбиоза и купирование клинических симптомов, прежде всего диареи.

B. clausii: доказательная база и клинические эффекты

B. clausii  – грамположительная, аэробная или факультативно-анаэробная спорообразующая бактерия, относящаяся к группе микроорганизмов с доказанной безопасностью (статус QPS в Европе, GRAS в США) [35–37].

В ряде клинических исследований подтверждено, что 7-дневный курс B. clausii приводит к значимому восстановлению микробиоценоза и регрессу диарейного синдрома.

Так, в систематическом обзоре C. Acosta-Rodríguez-Bueno и соавт. (2022 г.), объединившем данные 7 рандомизированных контролируемых исследований, показано, что B. clausii достоверно сокращает длительность острой диареи на 1–2 дня, а при ААД снижает риск ее развития на 47–60% [22]. Авторы также проанализировали 3 рандомизированных клинических исследования с участием 780 пациентов с синдромом раздраженного кишечника (преимущественно смешанного типа и диарейного варианта). Назначение курса B. clausii (7–14 дней) способствовало:

• достоверному снижению интенсивности абдоминальной боли (по Визуальной аналоговой шкале) на 30–40% по сравнению с исходным уровнем;
• уменьшению вздутия живота у 68% пациентов;
• нормализации частоты стула у пациентов с преобладанием диареи.

Отмечено, что клинический эффект сохранялся в течение 4 нед после окончания приема [22].

В 4 рандомизированных клинических исследованиях (n=542) дополнение стандартной тройной терапии (ингибитор протонной помпы + амоксициллин + кларитромицин) B. clausii позволило повысить частоту эрадикации на 10–12% (с 72–75 до 85–87%; p< 0,05), снизить частоту побочных эффектов антибиотиков (диареи, тошноты, металлического привкуса) на 35–40%, а также улучшить комплаентность пациентов [22].

Во всех проанализированных исследованиях профиль безопасности B. clausii оценивали как отличный. Серьезных нежелательных явлений, связанных с приемом пробиотика, не зарегистрировано. B. clausii сохраняет устойчивость к большинству антибиотиков, что позволяет применять его одновременно с антибактериальными препаратами без снижения жизнеспособности спор. Авторы сделали вывод о высоком уровне доказательности B. clausii (Grade A) для лечения острой диареи и профилактики ААД, а также об убедительных данных (Grade B) для применения при синдроме раздраженного кишечника и в составе эрадикационной терапии Helicobacter pylori. Они подчеркнули, что благодаря транзиторному характеру и быстрому действию (клинический эффект развивается в течение 3–7 дней) B. clausii можно рассматривать как средство выбора для первичной коррекции дисбиоза, особенно в амбулаторной практике [22].

В проспективном исследовании H. Dang и соавт. (2024 г.) с участием 80 детей с персистирующей диареей применение B. clausii в течение 7 дней привело к купированию диареи у 87,5%, сопровождалось снижением фекального кальпротектина и повышением уровня секреторного IgA, а также увеличением численности Bifidobacterium и Lactobacillus [38].

Авторы связали наблюдаемые эффекты со следующими механизмами действия B. clausii (рис. 1):

1. антимикробная активность: споры B. clausii продуцируют бактериоцины, подавляющие рост энтеробактерий и других условно-патогенных микроорганизмов, что подтверждается снижением их численности;
2. иммуномодуляция через путь TLR (толл-подобный рецептор) / нуклеарный фактор каппа-би: снижение кальпротектина свидетельствует об уменьшении нейтрофильной инфильтрации и провоспалительной активации. Предполагается, что B. clausii ингибирует TLR4-опосредованную активацию нуклеарного фактора каппа-би, снижая продукцию интерлейкина-8 и фактора некроза опухоли α;
3. стимуляция мукозального иммунитета: повышение секреторного IgA отражает восстановление барьерной функции и колонизационной резистентности, что способствует предотвращению рецидивов;
4. создание условий, способствующих росту бифидобактерий и лактобацилл: транзиторная колонизация B. clausii изменяет микросреду кишечника (нормализует рН, продуцирует КЦЖК) [38].

 

Рис. 1. Возможные механизмы действия B. clausii, основанные на данных in vitro и in vivo [22]:

a – антибиотикорезистентность; b – устойчивость к факторам ЖКТ; с – персистенция в ЖКТ; d – иммуномодулирующее действие на лимфоидную ткань, ассоциированную с кишечником; e – барьерная функция слизистой оболочки; f – антимикробная активность.

Fig. 1. Possible mechanisms of action of B. clausii based on in vitro and in vivo data [22]:

a – antibiotic resistance; b – resistance to gastrointestinal factors; c – persistence in the gastrointestinal tract; d – immunomodulatory effect on lymphoid tissue associated with the intestine; e – barrier function of the mucous membrane; f – antimicrobial activity.

 

Представленные результаты согласуются с данными предыдущих исследований и метаанализов, что подтверждает достоверность выводов. Однако данное исследование имеет и ряд ограничений. В частности, открытый дизайн без контрольной группы плацебо (одногрупповое исследование) не позволяет полностью исключить эффект естественного выздоровления и регрессию к среднему. Отсутствие долгосрочного наблюдения (более 7 дней) не позволяет оценить устойчивость восстановления микробиоты. Не проводилась оценка штаммоспецифических эффектов, т.к. использовался коммерческий препарат с четырьмя штаммами B. clausii.

Данные реальной клинической практики представлены C. Giua и соавт. (2024 г.). Исследование PEGASO (Prospective real-world study on Bacillus clausii in Gastrointestinal disorders in Italian Social pharmacies) представляет собой многоцентровое проспективное наблюдательное исследование, проведенное в 150 аптеках Италии с января по декабрь 2022 г. Дизайн исследования отражает реальную клиническую практику, где решения о назначении препарата принимали врачи и фармацевты в рутинных условиях без вмешательства со стороны исследователей. Полученные результаты подтвердили, что 94% пациентов завершают полный 7-дневный курс B. clausii, а 89% оценивают его эффективность как хорошую или отличную, при этом частота нежелательных явлений не превышает 2,1% [39].

Высокая приверженность является критическим фактором, подтверждающим, что 7-дневный курс B. clausii хорошо переносится и удобен для пациентов в реальной практике. Высокий уровень удовлетворенности респондентов обеспечивался простотой применения (разовая доза – 2 раза в день), отсутствием вкуса и запаха (68%), что особенно важно для детей, быстрым наступлением эффекта (71%), хорошей переносимостью (82%). Частота нежелательных явлений (2,1%) не различалась между возрастными группами, что подтверждает благоприятный профиль безопасности B. clausii у детей, взрослых и пожилых пациентов [39].

В 2024 г. проведено экспериментальное доклиническое исследование на модели язвенного колита у мышей, которое позволило выявить молекулярные механизмы, лежащие в основе быстрого эффекта: B. clausii восстанавливал разнообразие микробиоты, снижал активацию NLRP3-инфламмасомы через регуляцию белка TXNIP и уменьшал апоптоз эпителиоцитов [40].

Важно отметить, что B. clausii не колонизирует кишечник на постоянной основе, являясь транзиторной микрофлорой. Его положительное действие реализуется за счет временной иммуномодуляции, подавления патогенов и создания благоприятных условий для восстановления собственной микрофлоры [23, 41]. Именно это свойство делает его идеальным инструментом «быстрого старта» коррекции дисбиоза.

Известно, что разные пробиотические штаммы имеют различную «нишу» применения [42]. В этой схеме B. clausii может занимать позицию универсального средства первого этапа благодаря:

1. высокому профилю безопасности – отсутствие случаев системных инфекций даже у иммунокомпрометированных пациентов (при соблюдении стандартных противопоказаний) [38, 43];
2. широкому спектру действия – эффективность при диарее различной этиологии (вирусной, бактериальной, ААД, функциональной) [20, 38];
3. быстрому клиническому ответу – купирование диареи в среднем за 3–5 дней с полным восстановлением микробиоты к 7-му дню [38, 44].

Отсутствие длительной колонизации B. clausii не только позволяет избежать персистенции чужеродной микрофлоры, но и дает возможность оценить истинный остаточный дисбиоз после завершения курса [40]. У большинства пациентов 7-дневный курс B. clausii может быть достаточным для полного восстановления микробиоценоза и регресса симптомов [20, 38]. У части больных, особенно с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника, СИБР или тяжелыми формами дисбиоза, после элиминации B. clausii могут сохраняться нарушения, требующие дополнительной коррекции [45].

После завершения 7-дневного курса спорообразующего пробиотика и оценки состояния микробиоты в зависимости от степени и характера нарушений могут быть предложены различные алгоритмы [19, 46–49], представленные в табл. 1.

 

Таблица 1. Алгоритм выбора пробиотиков при различных типах остаточного дисбиоза Table 1. Algorithm for the selection of probiotics for various types of residual dysbiosis
Тип остаточного дисбиоза	Рекомендуемые пробиотики	Обоснование
Снижение бифидобактерий	Bifidobacterium longum, Bifidobacterium animalis subsp. lactis, Bifidobacterium breve	Бифидобактерии – ключевые продуценты КЦЖК, которые поддерживают целостность эпителиального барьера [50]
Дефицит лактобактерий	Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum	Лактобактерии обеспечивают колонизационную резистентность, снижают рН просвета кишки, синтезируют бактериоцины [51]
СИБР	Saccharomyces boulardii (в комбинации с невсасывающимися антибиотиками или без них), Lactobacillus casei	Дрожжевой пробиотик не усугубляет СИБР, оказывает антитоксическое действие [52]
Снижение микробного разнообразия	Мультиштаммовые пробиотики с включением Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus faecium (при отсутствии иммунодефицита)	Восстановление разнообразия требует комбинации штаммов с разными метаболическими свойствами [53]
Постинфекционный дисбиоз	Escherichia coli Nissle 1917, S. boulardii	Данные штаммы показали эффективность в предотвращении рецидивов инфекции, в том числе C. difficile [54]

 

Заключение

B. clausii является универсальным средством первичной коррекции дисбиоза, позволяющим в течение 7 дней восстановить микробиоценоз и купировать диарейный синдром. Благодаря транзиторному характеру указанного пробиотика, после завершения курса возможны объективная оценка остаточных нарушений и проведение персонализированной терапии с использованием других пробиотических препаратов в зависимости от сохраняющихся изменений микробиоты.

Дальнейшее изучение эффективности спорообразующих пробиотиков, в том числе в сравнительных исследованиях с другими группами пробиотических микроорганизмов, представляется перспективным направлением, способствующим персонализации терапии и повышению ее клинической результативности.

Раскрытие конфликта интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Disclosure of interest. The authors declare that they have no competing interests.

Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. М.Д. Ардатская – концептуализация, методология, валидация, формальный анализ, написание – первоначальный вариант, визуализация, управление проектом; Г.В. Гарушьян – ресурсы, курация данных, формальный анализ, написание – рецензирование и редактирование, визуализация.

Authors’ contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. M.D. Ardatskaya – conceptualization, methodology, validation, formal analysis, original draft preparation, visualization, project administration; G.V. Garushyan – resources, data curation, formal analysis, writing – review, editing, visualization.

Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.

Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.

Раскрытие информации об использовании ИИ. При написании статьи ИИ не использовался.

Disclosing the use of AI. No AI was used when writing the article.

 

About the authors

Maria D. Ardatskaya

Central State Medical Academy of the President of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: ma@uni-med.ru
ORCID iD: 0000-0001-8150-307X

D. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Grigory V. Garushyan

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Types of Medical Care and Medical Technologies

Email: ma@uni-med.ru
ORCID iD: 0009-0008-0404-658X

Cand. Sci. (Med.)

 

Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files