Changes in the gut bacteria composition associated with metabolic syndrome*

Анна Дмитриевна Котрова; Александр Николаевич Шишкин; Иван Юрьевич Пчелин; Наталья Валерьевна Худякова; Никита Сергеевич Гладышев; Елена Игоревна Ермоленко

doi:10.21638/spbu11.2022.102

Авторы

Анна Дмитриевна Котрова Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Александр Николаевич Шишкин Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Иван Юрьевич Пчелин Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Наталья Валерьевна Худякова Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Никита Сергеевич Гладышев Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Елена Игоревна Ермоленко Институт экспериментальной медицины, Российская Федерация, 197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12

DOI:

https://doi.org/10.21638/spbu11.2022.102

Аннотация

Ожирение, артериальная гипертензия, нарушения углеводного и липидного обмена, формирующие метаболический синдром, остаются ведущими факторами риска развития сердечно-сосудистых осложнений и онкологических заболеваний. Избыточное питание и малоподвижный образ жизни, приводящие к формированию метаболиче-ского синдрома, также связаны с потенциальным патогенетическим фактором развития ожирения — кишечной микробиотой. Изучение ее состава может способствовать разработке комплексного подхода к лечению метаболического синдрома с применением пробиотической терапии. Целью исследования являлась оценка состава кишечной микробиоты у пациентов с метаболическим синдромом для выявления таксонов бактерий, потенциально ассоциированных с его развитием. Был проанализирован материал пациентов двух групп: первую группу составили 59 пациентов с метаболи- ческим синдромом (средний возраст пациентов — 44 года). Контрольную группу составили 54 пациента с нормальной массой тела без метаболических нарушений и артериальной гипертензии (средний возраст пациентов составил 38 лет). Образцы кала пациентов были исследованы методом секвенирования гена 16s рРНК на платформе Illumina (секвенатор MiSeq). Подготовка образцов фекалий проводилась согласно про- токолам Illumina с использованием набора для подготовки образцов Illumina Nextera. Программа CD-HIT-OTU-MiSeq применялась для поиска таксономических единиц. Результаты показали, что в составе микробиоты толстой кишки пациентов с метаболическим синдромом можно выделить тип Actinobacteria, его два рода Actynomyces spp. и Bifidobacterium spp., а также род Prevotella spp. и класс Gammaproteobacteria. Вероятно, виды бактерий, относящиеся к данному типу, классу и родам, можно рассматривать в качестве потенциальных маркерных бактерий метаболического синдрома.

Ключевые слова:

кишечная микробиота, метаболический синдром, ожирение, 16S рРНК, Actinobacteria, Bifidobacterium

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

References

Nolan P. B., Carrick-Ranson G., Stinear J. W., Reading S. A., Dalleck L. C. Prevalence of Metabolic Syndrome and Metabolic Syndrome Components in Young Adults: A Pooled Analysis. Preventive Medicine Reports, 2017, vol. 7, pp. 211–215; https://doi.org/10.1016/j.pmedr.2017.07.004

Shlyakhto E. V., Nedogoda S. V., Konradi A. O. Diagnostics, treatment and prevention of obesity and associated diseases (National Clinical Recommendations). St Petersburg, 2017, 164 p. (In Russian)

Mychka V. B., Vertkin A. L., Vardaev L. I., Druzhilov M. A., Ipatkin R. V., Kalinkin A. L., Kuznecova I. V., Kuznecova T. Yu., Mekhtiev S. N., Morgunov Yu. L., Miller A. M., Mamedov M. N., Osipova I. V., Pushkar’ D. Yu., Tapil’skaya N. I., Titarenko V. L., CHumakova G. A., Shchekotov V. V., Aganezova N. V., Ametov A. S., Antropova O. N., Balan V. E., Bogachev R. S., Demidova T. Yu., Drapkina O. M., Lucevich O. E., Naumov A. V., Oganov R. G., Pacenko M. B., Pyrikova N. V., Sigal A. S., Salov I. A., Smetnik V. P., Tebloev K. I., Tolstov S. N., Ul’rih E. A., Fisun A. Ya., Yureneva S. V., Yashkov Yu. I. Experts’ consensus on the interdisciplinary approach towards the management, diagnostics, and treatment of patients with metabolic syndrome. Kardiovaskuliarnaia terapiia i profilaktika, 2013, vol. 12, no. 6, pp. 41–82. (In Russian)

Shenderov B. A. Medical microbial ecology: some of the outcomes and perspective of studies. Vestnik Rossiiskoi Akademii meditsinskih nauk, 2005, vol. 12, pp. 13–17. (In Russian)

Ardatskaya M. D., Minushkin O. N. Gut dysbacteriosis: the evolution of perspectives. Modern principles of diagnosis and pharmacological correction. Consilium Medicum. Prilozhenie “Gastroenterologiia”,2006, vol. 8, no. 2, pp. 4–18.

Grinevich V. B., Zaharchenko M. M. Modern concept of human gut microbiocenosis and ways of its disorders correction. Novye Sankt-Peterburgskiie vrachebnie vedomosti, 2003, vol. 3, pp. 13–20. (In Russian)

Cani P. D., Delzenne N. M. The role of the gut microbiota in energy metabolism and metabolic disease.Current Pharmaceutical Design, 2009, vol. 15, no. 13, pp. 1546–1558.

Tilg H., Moschen A. R., Kaser A. Obesity and the Microbiota. Gastroenterology, 2009, vol. 136, no. 5,pp. 1476–1483.

Tsukumo D. M., Carvalho B. M., Carvalho-Filho M. A., Saad M. J. Translational research into gut microbiota: new horizons in obesity treatment. Arq. Bras. Endocrinol. Metabol., 2009, vol. 53, no. 2, pp. 139–144.

Kotrova A. D., Shishkin A. N., Ermolenko E. I., Saraykina D. A., Volovnikova V. A. Gut microbiota and hypertension. Arterial’naia Gipertenziia, 2020, vol. 26, no. 6, pp. 620–628; https://doi.org/10.18705/1607-419X-2020-26-6-620-628 (In Russian)

Bäckhed F., Manchester J. K., Semenkovich C. F., Gordon J. I. Mechanisms underlying the resistance to diet-induced obesity in germ-free mice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2007, vol. 104, no. 3, pp. 979–984; https://doi.org/10.1073/pnas.0605374104

Wellen K. E., Hotamisligil G. S. Inflammation, stress, and diabetes. J. Clin. Invest., 2005, no. 115,pp. 1111–1119.

Cicero A. F. G., Fogacci F., Bove M., Giovannini M., Borghi C. Impact of a short‑term synbiotic supplementation on metabolic syndrome and systemic inflammation in elderly patients: a randomized placebo controlled clinical trial. Eur. J. Nutr.Springer Berlin Heidelberg, 2021, vol. 60, no. 2, pp. 655–663.

Rabiei S., Hedayati M., Rashidkhani B., Saadat N., Shakerhossini R. The Effects of Synbiotic Supplementation on Body Mass Index, Metabolic and Inflammatory Biomarkers, and Appetite in Patients with Metabolic Syndrome: A Triple-Blind Randomized Controlled Trial the Effects of Synbiotic Supplementation on Body Mass Index. J. Diet. Suppl. Taylor & Francis, 2018, vol. 16, no. 3, pp. 294–306.

Plovier H., Everard A., Druart C., Depommier C., Van Hul M., Geurts L., Chilloux J., Ottman N., Duparc T., Lichtenstein L., Myridakis A., Delzenne N. M., Klievink J., Bhattacharjee A., Van der Ark K. C. H., Aalvink S., Martinez L. O., Dumas M.-Е., Maiter D., Loumaye A., Hermans M. P., Thissen J.-P., Belzer C., De Vos W. M., Cani P. D. A purified membrane protein from Akkermansia muciniphila or the pasteurized bacterium improves metabolism in obese and diabetic mice. Nat. Publ. Gr. Nature Publishing Group, 2016, vol. 23, no. 1, pp. 107–113.

Desantis T. Z., Hugenholtz P., Larsen N., Rojas M., Brodie E. L., Keller K., Huber T., Dalevi D., Hu P., Andersen G. L. Greengenes, a chimera-checked 16S rRNA gene database and workbench compatible with ARB. Appl Env. Microbiol., 2006, vol. 72, no. 7, pp. 5069–5072.

Da Silva C. C., Monteil M. A., Davis E. M. Overweight and Obesity in Children Are Associated with an Abundance of Firmicutes and Reduction of Bifidobacterium in Their Gastrointestinal Microbiota.Child. Obes., 2020, vol. 16, no. 3, pp. 204–210; https://doi.org/10.1089/chi.2019.0280

Kalliomäki M., Collado M. C., Salminen S., Isolauri E. Early differences in fecal microbiota composition in children may predict overweight. Am. J. Clin. Nutr., 2008, vol. 87, no. 3, pp. 534–538; https://doi.org/10.1093/ajcn/87.3.534. PMID: 18326589.

Cani P. D., Bibiloni R., Knauf C., Waget A., Neyrinck A. M., Delzenne N. M., Burcelin R. Changes in Gut Microbiota Control Metabolic Endotoxemia-Induced Inflammation in High-Fat Diet-Induced Obesity and Diabetes in Mice. Diabetes, 2008, vol. 57, no. 6, pp. 1470–1481; https://doi.org/10.2337/db07-1403

Wall R., Ross R. P., Shanahan F., O’Mahony L., O’Mahony C., Coakley M., Hart O., Lawlor P., Quigley E. M., Kiely B., Fitzgerald G. F., Stanton C. Metabolic activity of the enteric microbiota influences the fatty acid composition of murine and porcine liver and adipose tissues. Am. J. Clin. Nutr., 2009, vol. 89, no. 5, pp. 1393–1401; https://doi.org/10.3945/ajcn.2008.27023

Cani P. D., Amar J., Iglesias M. A., Poggi M., Knauf C., Bastelica D., Neyrinck A. M., Fava F., Tuohy K. M., Chabo Ch., Waget A., Delmée E., Cousin B., Sulpice T., Chamontin B., Ferrières J., Tanti J.-F., Gibson G. R., Casteilla L., Delzenne N. M., Alessi M. Ch., Burcelin R. Metabolic Endotoxemia Initiates Obesity and Insulin Resistance. Diabetes, 2007, vol. 56, pp. 1761–1772; https://doi.org/10.2337/db06-1491

O’Donovan A. N., Herisson F. M., Fouhy F., Ryan P. M., Whelan D., Johnson C. N., Cluzel G., Ross R. P., Stanton C., Caplice N. M. Gut microbiome of a porcine model of metabolic syndrome and HF-pEF.Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 2020, vol. 318, no. 3, pp. H590–H603.

Ferrer M., Ruiz A., Lanza F., Haange S. B., Oberbach A., Till H., Bargiela R., Campoy C., Segura M. T., Richter M., von Bergen M., Seifert J., Suarez A. Microbiota from the distal guts of lean and obese adolescents exhibit partial functional redundancy besides clear differences in community structure. Environ Microbiol., 2013, vol. 15, no. 1, pp. 211–226; https://doi.org/10.1111/j.1462-2920.2012.02845.x

Turnbaugh P. J., Hamady M., Yatsunenko T., Cantarel B. L., Duncan A., Ley R. E., Sogin M. L., Jones W. J., Roe B. A., Affourtit J. P., Egholm M., Henrissat B., Heath A. C., Knight R., Gordon J. I. A core gut microbiome in obese and lean twins. Nature, 2009, vol. 457, no. 7228, pp. 480–484; https://doi.org/10.1038/nature07540

Del Chierico F., Abbatini F., Russo A., Quagliariello A., Reddel S., Capoccia D., Caccamo R., Ginanni Corradini S., Nobili V., De Peppo F., Dallapiccola B., Leonetti F., Silecchia G., Putignani L. Gut Microbiota Markers in Obese Adolescent and Adult Patients: Age-Dependent Differential Patterns. Front. Microbiol., 2018, vol. 9, p. 1210; https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01210

Duan M., Wang Y., Zhang Q., Zou R., Guo M., Zheng H. Characteristics of gut microbiota in people with obesity. PLoS ONE. 2021, vol. 16, no. 8, e0255446; https://doi.org/10.1371/journal. pone.0255446

Christensen L., Vuholm S., Roager H. M., Nielsen D. S., Krych L., Kristensen M., Astrup A., Hjorth M. F. Prevotella Abundance Predicts Weight Loss Success in Healthy, Overweight Adults Consuming a Whole-Grain Diet Ad Libitum: A Post Hoc Analysis of a 6-Wk Randomized Controlled Trial. J. Nutr.,2019, vol. 149, no. 12, pp. 2174–2181; https://doi.org/10.1093/jn/nxz198

Song E. J., Han K., Lim T. J., Lim S., Chung M. J., Nam M. H., Kim H., Nam Y. D. Effect of probiotics on obesity-related markers per enterotype: a double-blind, placebo-controlled, randomized clinical trial.EPMA Journal, 2020, vol. 11, pp. 31–51; https://doi.org/10.1007/s13167-020-00198-y