Д.В. Комиссарова1, Д.Н. Каширина2, Л.Х. Пастушкова3, А.Г. Гончарова4, Н.А. Усанова5, О.И. Орлов6, И.М. Ларина7, В.К. Ильин8

1-8 Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН (Москва, Россия)

1 d.komisarova@yandex.ru, 2 daryakudryavtseva@mail.ru, 3 lpastushkova@mail.ru,
4 goncharova.anna@gmail.com, 5 usanovasp@mail.ru, 6 info@imbp.ru,
7 irina.larina@gmail.com, 8 piton2004@bk.ru

Постановка проблемы. Кишечник млекопитающих — это место, где постоянно сходятся многочисленные внешние и внутренние сигналы. Клетки кишечника, оказывающие влияние на количественный и качественный состав микробиоты, подвержены влиянию протеома крови. Отдельный интерес представляет изучение взаимосвязи уровня белков в крови человека с количеством условно-патогенных микроорганизмов кишечного биотопа в экспериментах, имитирующих отдельные эффекты космического полёта, например, в «сухой» иммерсии, поскольку известно, что факторы космической миссии негативно сказываются на микрофлоре верхних дыхательных путей и кишечника.

Цель работы – выявление взаимосвязи уровней белков в крови человека, изученных с помощью методов протеомики на основе масс-спектрометрии, с количеством условно-патогенных микроорганизмов в эксперименте «3-суточная «сухая» иммерсия».

Результаты. В исследовании принимали участие 6 испытательниц от 25 до 40 лет. Во время эксперимента участницы не принимали антибактериальные препараты и иные средства, способные оказать влияние на микрофлору. В результате проведённых исследований были выявлены комплексы белков, количество которых коррелировало с количеством условно-патогенной кишечной микробиоты и которые можно условно разделить на 4 группы: белки, связанные с функциями иммунной системы; белки, связанные с шаперонином; белки, влияющие на закрепление бактериальных клеток или проникновение в клетку бактериальных токсинов; белки, имеющие высокий коэффициент регрессии при корреляции с некоторыми микроорганизмами, но не имеющие с их числом очевидной функциональной связи.

Практическая значимость. Полученные данные подтверждают гипотезу о наличии взаимосвязи некоторых белков крови и кишечных микроорганизмов кишечника. Исследование взаимосвязи концентрации белков в крови и количества бактерий в кишечнике представляется актуальным как для вопросов поддержания здоровья космонавтов, так и для «земной» медицины, поскольку позволяют не только выявить глубинные взаимосвязи в системе «хозяин-микробиота», но и могут служить диагностическим целям в рамках клинических исследований.

Комиссарова Д.В., Каширина Д.Н., Пастушкова Л.Х., Гончарова А.Г., Усанова Н.А., Орлов О.И., Ларина И.М., Ильин В.К. Условно-патогенная микрофлора кишечника человека и протеом крови хозяина – поиск взаимосвязей // Технологии живых систем. 2024. T. 21. № 1. С. 5-19. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700997-202401-01

1. Fang X., Miao R., Wei J., Wu H., Tian J. Advances in multi-omics study of biomarkers of glycolipid metabolism disorder // Comput. Struct. Biotechnol. J. 2022. V. 20. P. 5935–5951.
2. Ильин В.К., Воложин А.И., Виха Г.В. Колонизационная резистентность организма в изменённых условиях обитания. М.: Наука. 2005. 280 с.
3. Плотникова Е.Ю., Краснова М.В., Баранова Е.Н., Борщ М.В. Непрошенные гости: избыточный бактериальный рост в тонкой кишке. Что делать? // Consilium medicum. Гастроэнтерология. 2013. № 1. С. 36–42.
4. Wells J.M. Immunomodulatory mechanisms of lactobacilli // Microb. Cell. 2011. V. 10(1). P. 17.
5. Hiramatsu Y., Hosono A., Takahashi K. et al. Bifidobacterium components have immunomodulatory characteristics dependent on the method of preparation // Cytotechnology. 2007. V. 55. P.79–87.
6. Дракина С.А., Перевощикова Н.К., Муратова Р.Н., Нурмехамитова Н.В. Пробиотики как средство профилактики ОРВИ у детей раннего возраста // МиД. 2019. Т. 77. № 2. С. 40–46.
7. Звягинцева Т.Д., Чернобай А.И., Гриднёва С.В. Кишечный микробиом и неалкогольная жировая болезнь печени: патогенетические взаимосвязи и коррекция пробиотиками // Гастроэнтерология, гепатология, колопроктология. 2016. Т. 39. № 1. С. 44–45.
8. Pabst R., Russell M.W., Brandtzaeg P. Tissue distribution of lymphocytes and plasma cells and the role of the gut // Trends Immunol. 2008. V. 29. P. 206–208.
9. Guilliams M., Thierry G.R., Bonnardel J., Bajenoff M. Establishment and maintenance of the macrophage niche // Immunity. 2020. V. 52. P. 434–451.
10. Heinsbroek S.E., Gordon S. The role of macrophages in inflammatory bowel diseases // Expert Rev. Mol. Med. 2009. V. 11. P. 14.
11. Qian Cao, Randall Tyler Mertens, Sivanathan K.N., Cai X., Xiao P. Macrophage orchestration of epithelial and stromal cell homeostasis in the intestine // J. Leukoc. Biol. 2022. V. 112(2). P. 313–331.
12. Turroni S., Magnani M., Lesnik P., Vidal H., Heer M. Gut Microbiome and Space Travelers' Health: State of the Art and Possible Pro/Prebiotic Strategies for Long-Term Space Missions // Frontiers in physiology. 2020. V. 11.
13. Ильин В.К., Комиссарова Д.В., Садчикова Е.Р., Гольдман И.Л., Колупаев А.К., Садчиков П.Е., Лукичёва Н.А., Жиганшина А.А., Усанова Н.А., Морозова Ю.А. Влияние приёма лактоферрина на кишечную микрофлору крыс при имитации микрогравитации // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 1. С. 82–88. DOI: 10.18127/j15604136-202301-09
14. Пастушкова Л.Х., Гончаров И.Н., Каширина Д.Н., Гончарова А.Г., Ларина И.М. Связь ряда достоверно изменяющихся белков крови с ангиогенезом после 21-суточной сухой иммерсии // Технологии живых систем. 2021. Т. 18. № 1. С. 51–57. DOI: 10.18127/j20700997-202101-05
15. Ильин В.К., Усанова Н.А., Комиссарова Д.В., Шеф К.А., Агуреев А.Н. Каспранский Р.Р., Каспранский Р.Р., Морозова Ю.А., Сахарова А.В., Носовский А.М. Сочетанное использование напитков брожения на основе сахаромицет и пробиотических и аутопробиотических препаратов для обеспечения нормализации микрофлоры человека в изоляционном эксперименте («SIRIUS-18/19») // Авиакосмическая экология и медицина. 2020. Т. 54. № 3. С. 49–53.
16. Пастушкова Л.Х., Гончарова А.Г., Каширина Д.Н., Ларина И.М., Ильин Е.А. Влияние гипобарической гипоксии на протеом плазмы крови здорового человека во время зимовки на Антарктической станции «Восток» // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 4. С. 5–14. DOI: 10.18127/j15604136-202304-01
17. Kashirinа D., Brzhozovskiy A., Sun W., Pastushkova L., Popova O., Rusanov V., Nikolaev E., Larina I., Kononikhin A. Proteomic characterization of dry blood spots of healthy women during simulation the microgravity effects using dry immersion // Front. Physiol. 2022. V. 12. P. 7.
18. Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного статистического анализа данных: Учеб. пособие. 5-е изд., перераб. и доп. М.: ИНФРА-М. 2017. 484 с.
19. Menon D., Innes A., Oakley A.J. GSTO1-1 plays a pro-inflammatory role in models of inflammation, colitis and obesity // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 15.
20. Everard A., Geurts L., Caesar R., et al. Intestinal epithelial MyD88 is a sensor switching host metabolism towards obesity according to nutritional status // Nat. Commun. 2015. V. 5. P. 12.
21. Vu B.G., Gourronc F.A., Bernlohr D.A., Schlievert P.M., Klingelhutz A.J. Staphylococcal superantigens stimulate immortalized human adipocytes to produce chemokines // PLOS ONE. 2013. V. 8(10).
22. Zhi Huang, Rose A., Hoffmann F., Hashimoto A., Bertino P., Denk T., Takano J., Iwata N., Saido T., Hoffmann P. Calpastatin prevents NF-κB–mediated hyperactivation of macrophages and attenuates colitis // J. Immunol. 2013. V. 191(7). P. 3778–3788.
23. Rydengård V., Shannon O., Lundqvist K., Kacprzyk L., Chalupka A. Histidine-rich glycoprotein protects from systemic candida infection // PLOS Pathogens. 2008. V. 4(8).
24. Shannon O., Rydengård V., Schmidtchen A., Mörgelin M., Per Alm M., Sørensen O., Björck L. Histidine-rich glycoprotein promotes bacterial entrapment in clots and decreases mortality in a mouse model of sepsis // Blood. 2010. V. 116 (13). P. 2365–2372.
25. Ruetz T., Cornick S., Guttman J.A. The spectrin cytoskeleton is crucial for adherent and invasive bacterial pathogenesis // PLOS ONE. 2011. V 6(5). P. e19940.
26. Mackness M., Mackness B. Human paraoxonase-1 (PON1): Gene structure and expression, promiscuous activities and multiple physiological roles // Gene. 2015. V. 567(1). P. 12–21.
27. Clough B., Fisch D., Mize T., Encheva V., Snijders A., Frickel E-M. p97/VCP targets Toxoplasma gondii vacuoles for parasite restriction in interferon-stimulated human cells // BioRxiv. 2023. P. 45566. DOI: https://doi.org/10.1101/2023.06.20.545566
28. Grdiša M., Vitale L. Types and localization of aminopeptidases in different human blood cells // Int. J. Biochem. 1991. V. 23(3). P. 339–345.
29. Thauland T.J., Khan H.A., Butte M.J. The actin-capping protein alpha-adducin is required for T-cell costimulation // Front. Immunol. 2019. V. 10. P. 2706.
30. Hendriks A., Mnich M.E., Clemente B., Cruz A.R., Tavarini S., Bagnoli F., Soldaini E. Staphylococcus aureus-specific tissue-resident memory CD4+ T cells are abundant in healthy human skin // Front. Immunol. 2021. V. 12. P. 642711.
31. Ben-Neriah Y. Regulatory functions of ubiquitination in the immune system // Nat. Immunol. 2002. V. 3. P. 20–26.
32. Fon Huang K., Chung Dai H., Herndon David N. Insulin-like Growth factor 1 (igf-1) reduces gut atrophy and bacterial translocation after severe burn injury // Archives of Surgery. 1993. V. 128(1). P. 47–53.
33. Schroeder B. Fight them or feed them: how the intestinal mucus layer manages the gut microbiota // Gastroenterology Report. 2019. V. 7(1). P. 3–12.
34. Omar K.H. Domi B., Darmani H. Syzygium aromaticum extracts debilitate Candida albicans by radically inhibiting its morphological plasticity and biofilm formation // Journal of Herbs, Spices & Medicinal Plants. 2023. V. 29(4). P. 392–404.
35. Jensen E., Young J., Mathes S, List E., Carroll R., Kuhn J., Onusko M., Kopchick J., Murphy E, Berryman D. Crosstalk between the growth hormone/insulin-like growth factor-1 axis and the gut microbiome: A new frontier for microbial endocrinology // Growth Hormone & IGF Research. 2020. V. 53–54. P. 101333.
36. Chen J., Toyomasu Y., Hayashi Y. Altered gut microbiota in female mice with persistent low body weights following removal of post-weaning chronic dietary restriction // Genome Med. 2016. V. 8(1). P. 103.
37. Zheng Yu., Song Y., Han Q., Liu W., Xu J., Yu Z., Zhang R, Li N. Intestinal epithelial cell-specific IGF1 promotes the expansion of intestinal stem cells during epithelial regeneration and functions on the intestinal immune homeostasis // American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 2018. V. 315(4). P. 638–649.
38. Kubinak J., Stephens W., Soto R. MHC variation sculpts individualized microbial communities that control susceptibility to enteric infection // Nat. Commun. 2015. V. 6. P. 8642.
39. Marín E., Parra-Giraldo C.M., Hernández-Haro C., Hernáez M.L., Nombela C., Monteoliva L., Gil C. Candida albicans Shaving to Profile Human Serum Proteins on Hyphal Surface // Front. Microbiol. 2015. V. 6. P. 1343.
40. Bosi A., Banfi D., Bistoletti M., Moretto P., Moro E., Crema F., Maggi F., Karousou E., Viola M., Passi A. Hyaluronan: A Neuroimmune Modulator in the Microbiota-Gut Axis // Cells. 2022. V. 11(1). P. 126.
41. Hoter A., Naim H.Y. The Functions and therapeutic potential of heat shock proteins in inflammatory bowel disease – an update // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20(21). P. 5331.
42. Deng X., Gao F., Flagg T., Anderson J., May W.S. Bcl2's flexible loop domain regulates p53 binding and survival // Mol. Cell Biol. 2006. V. 26(12). P. 4421–4434.
43. Ito N., Kii I., Shimizu N. Direct reprogramming of fibroblasts into skeletal muscle progenitor cells by transcription factors enriched in undifferentiated subpopulation of satellite cells // Sci. Rep. 2018. V. 7(1). P. 8097.
44. Kambayashi T., Laufer T.M. Atypical MHC class II-expressing antigen-presenting cells: can anything replace a dendritic cell? // Nat. Rev. Immunol. 2014. V. 14(11). P. 719–730.
45. Li S.C., Lan K.-C., Hung H.-N., Huang W.-T., Lai Y.-J., Cheng H.-H., Tsai C.-C., Huang K.-L., You H.-L., Hsu T.-Y. HSPA4 is a biomarker of placenta accreta and enhances the angiogenesis ability of vessel endothelial cells // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 5682.