Метабиотик — класс метаболитов микрофлоры¶
Метабиотик — класс биологически активных веществ микробного происхождения, продуцируемых бактериями нормальной микрофлоры человека (прежде всего кишечной), которые опосредуют взаимодействие между микробиомом и организмом хозяина. Термин образован от слов «метаболит» и «биотик» (от латинского biota — совокупность организмов) и отражает ключевую особенность данных соединений: они представляют собой конечные продукты метаболизма микроорганизмов, через которые микробиота оказывает системное влияние на физиологию человека — от работы иммунной системы до нервной регуляции.
¶История возникновения понятия
Понятие «метабиотик» сформировалось в начале 2010-х годов в контексте бурного развития исследований микробиома. Ранее взаимодействие между бактериями и организмом хозяина описывали через классические категории: пробиотики (живые микроорганизмы), пребиотики (субстраты для роста микрофлоры) и постбиотики (продукты жизнедеятельности бактерий). Метабиотики оказались на стыке этих понятий: в отличие от пробиотиков они не требуют живых клеток, в отличие от пребиотиков действуют не через стимуляцию роста собственной флоры, а напрямую — через биоактивные молекулы.
Термин получил распространение в российской и международной научной литературе после публикаций, посвящённых метаболитам кишечных бактерий — короткоцепочечным жирным кислотам, индолам, вторичным желчным кислотам и другим соединениям, роль которых в патогенезе различных заболеваний была подтверждена экспериментально.
¶Классификация метабиотиков
По химической природе и функциям метабиотики подразделяют на несколько основных групп:
| Группа | Примеры | Источник | Основные эффекты |
|---|---|---|---|
| Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) | бутират, пропионат, ацетат | ферментация пищевых волокон бактериями Faecalibacterium, Roseburia, Bacteroides | энергетическое обеспечение энтероцитов, противовоспалительное действие, регуляция иммунитета |
| Индолы и производные триптофана | индол-3-альдегид, индол-3-пропионовая кислота | метаболизм триптофана Clostridium sporogenes и др. | активация рецептора AhR, поддержание барьерной функции кишечника |
| Вторичные желчные кислота | дезоксихолевая кислота, литохолевая кислота | трансформация первичных ЖКК Clostridium spp. | модуляция FXR- и TGR5-рецепторов, контроль популяции патогенов |
| Аминокислоты и их производные | триметиламин (TMA), p-крезол, сероводород | расщепление белков анаэробной флорой | метаболические эффекты (в том числе атерогенные при избытке) |
| Нейромедиаторы и их прекурсоры | γ-аминомасляная кислота (ГАМК), серотонин-предшественники | синтез отдельными штаммами лактобацилл и бифидобактерий | влияние на нервную систему через ось «кишечник — мозг» |
| Бактериальные пептиды и ферменты | бактерицин-подобные соединения, липополисахарид-модификаторы | различные виды микрофлоры | модуляция иммунного ответа, антимикробная активность |
¶Механизмы действия
Метабиотики действуют через несколько ключевых механизмов. Во-первых, они выполняют функцию энергетического субстрата для клеток кишечного эпителия: бутират, например, служит основным источником энергии для колоноцитов и поддерживает целостность слизистого барьера. Во-вторых, метабиотики связываются с рецепторами хозяина — G-белок-сопряжёнными рецепторами (GPR41, GPR43, GPR109A), ядерными рецепторами (PPARγ, FXR, AhR) и модулируют сигнальные пути, отвечающие за воспаление, пролиферацию и дифференцировку клеток.
В-третьих, метабиотики влияют на иммунную систему: КЦЖК стимулируют дифференцировку регуляторных Т-клеток, что способствует поддержанию иммунологической толерантности. В-четвёртых, ряд метабиотиков способен проникать через гематоэнцефалический барьер или действовать через блуждающий нерв, что лежит в основе оси «кишечник — мозг» и объясняет влияние микробиома на поведение, настроение и когнитивные функции.
¶Применение
Практический интерес к метабиотикам связан с возможностью использовать очищенные метаболиты или их синтетические аналоги в качестве нутрицевтиков и фармакологических агентов. Основные направления исследований:
- восстановление кишечного барьера при воспалительных заболеваниях кишечника (болезни Крона, язвенном колите);
- коррекция метаболических нарушений — инсулинорезистентности, ожирения, неалкогольной жировой болезни печени;
- влияние на нервно-психические расстройства через модуляцию оси «кишечник — мозг» (тревожные состояния, депрессия);
- онкологические исследования: роль бутирата в подавлении пролиферации опухолевых клеток толстой кишки.
В России изучение метабиотиков ведётся в рамках исследований микробиома в ведущих научных центрах — Институте биологии РАН, НИИ эпидемиологии им. Н. Ф. Гамалеи и профильных университетских лабораториях. Часть метабиотических добавок зарегистрирована как биологически активные добавки, однако доказательная база для большинства из них остаётся ограниченной, и ВОЗ не рекомендует их как замену стандартной терапии.
¶Отличие от смежных категорий
Метабиотики принципиально отличаются от пробиотиков: последние представляют собой живые микроорганизмы, колонизирующие кишечник, тогда как метабиотики — это молекулы, действие которых не зависит от жизнеспособности бактерий. От постбиотиков метабиотики отличаются более узким определением: постбиотиками называют любые продукты жизнедеятельности микрофлоры (включая ферменты, клеточные стенки, экзополисахариды), тогда как метабиотики — это преимущественно низкомолекулярные метаболиты с известным механизмом действия на рецепторы хозяина.
Источники:
- Дорофеева А. А. и соавт. Микробиом кишечника и его метаболиты // Вопросы питания.
- Гладышева Е. А. Короткоцепочечные жирные кислоты как медиаторы взаимодействия микробиома и хозяина // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии.
- Valdes A. M. et al. Role of the gut microbiota in nutrition and health // BMJ.
- Postler T. S., Ghosh S. Understanding the Holobiont — Gut Microbial Metabolites as Potential Keys to Human Health and Pathology // Journal of Molecular Medicine.
- Определения и классификации пробиотиков, пребиотиков и постбиотиков // Всемирная организация здравоохранения, материалы ISAPP.