Автореферат (Исследование микробиоты кишечника при болезни Паркинсона)

На правах рукописиПетров Вячеслав АлексеевичИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКАПРИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА03.02.03 – микробиологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата медицинских наукМосква – 2019Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждениивысшего образования «Сибирский государственный медицинский университет»Министерства здравоохранения Российской ФедерацииНаучный руководитель:доктор медицинских наукСазонов Алексей ЭдуардовичОфициальные оппоненты:Припутневич Татьяна Валерьевна – доктор медицинских наук, ФГБУ НМИЦ «Научныйцентр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика Кулакова», отделмикробиологии и клинической фармакологии, заведующая отделом;Яковлев Сергей Владимирович – доктор медицинских наук, профессор, ФГАОУ ВО «ПервыйМосковский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» МинздраваРоссии (Сеченовский Университет), кафедра госпитальной терапии №2, профессор кафедры.Ведущая организация: ФГБОУ ВО «Московский государственный медико-стоматологическийуниверситет имени А.И.

Евдокимова» Минздрава России.Защита состоится «__» ______ 2019 г. в __ ч. на заседании Диссертационного Совета Д208.040.08 в ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университетимени И.М. Сеченова» Минздрава России (Сеченовский Университет)по адресу: 119991, г.Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГАОУ ВО «Первый Московскийгосударственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» Минздрава России(Сеченовский Университет) по адресу: 119034, г. Москва, Зубовский бульвар, д. 37/1 и на сайтеорганизации: https://www.sechenov.ru/Автореферат разослан «__» ______ 2019 г.Ученый секретарь диссертационного советад.м.н., профессорКалюжин Олег Витальевич2Общая характеристика работыАктуальность темы исследования и степень ее разработанностиНа настоящий момент человеческий организм рассматривается в рамках симбиотическихотношений с населяющими его сообществами микроорганизмов, называемыми микробиотой.Между организмом хозяина и населяющими его микробами имеются прочные физиологическиесвязи, благодаря которым микробиом находится в состоянии динамического равновесия,реагируя на изменение состояния как макроорганизма, так и окружающей среды (E.S.Charlsonet al, 2011; S.M.Hird, 2017).

Важнейшим компонентом микробиотического сообществаорганизма человека является кишечная микробиота.Известно, что микробиота способна вступать во взаимодействия с нервной системойорганизма-хозяина; данная кооперация рассматривается в рамках концепции «ось-мозгкишечник» (R.Diaz Heijtz et al, 2011). Микроорганизмы, взаимодействуя как напрямую сn.vagus, так и посредством секреторных продуктов, могут оказывать влияние на работу нервнойсистемы на местном и системном уровне (D.Ríos-Covián et al, 2016; J.Breton et al, 2016;P.Forsythe and W.A.Kunze, 2013).

Тесная связь между работой нервной системы ижизнедеятельностью бактерий подтверждается результатами исследований состава микробиотыкишечника при различных заболеваниях центральной нервной системы (X.Zhu et al, 2017).Известно, что кишечная микробиота изменяется при психических заболеваниях, например пришизофрении и аутизме (E.Schwarz et al, 2017; R.Krajmalnik-Brown et al, 2015), а также принервных болезнях (E.R.Volkmann et al, 2017).Одним из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний является болезньПаркинсона. При данном заболевании происходит поражение дофаминергических нейроновsubstancia nigra, клинически и проявляющееся главным образом в виде моторных (ригидность,дрожание,скованность,постуральнаянестабильность)инемоторныхнарушений.Материальным субстратом нейродегенерации являются тельца Леви – включения белка αсинуклеина (M.G.Heckman et al, 2017).

Нейродегенерация и накопление телец Леви при болезниПаркинсона происходит нелинейно: для здоровых характерна постепенная утрата нейронов,тогда как у пациентов с болезнью Паркинсона за тот же срок погибает до 45% нейронов, снаиболее выраженной динамикой за несколько лет до появления симптомов (C.H.Hawkes et al,2010).При этом, одним из наиболее ранних проявлений заболевания, возникающим еще доклинической манифестации, является поражение нейронов подслизистого слоя кишечника,клеток мейсснерова и ауэрбахова сплетений (H.Braak et al, 2006; С.Н.Иллариошкин и О.С.Левин, 2011).

При поражении нервной системы кишечника происходит нарушение его работы,перистальтической функции, секреции, трофики (G.Natale et al, 2008). Это приводит, в том3числе, и к нарушению работы местного иммунитета (R.A.Willemze et al, 2015). Вкупе, все этинарушения могут изменить таксономический состав кишечных сообществ микроорганизмов.Исследование особенностей микробиотического ландшафта, характерных для пациентов сболезнью Паркинсона позволит по-новому посмотреть, как на этиологию и патогенез данногозаболевания, так и на подходы к ранней диагностике.Цель исследования – изучить особенности состава микробиоты кишечника у пациентов сболезнью Паркинсона для разработки ранней доклинической диагностики.Задачи исследования:1) провести сравнительный анализ таксономического разнообразия микробиоты кишечникапациентов с болезнью Паркинсона, лиц с другими неврологическими заболеваниями и группыздорового контроля;2) идентифицировать группы микроорганизмов кишечной микробиоты, ассоциированных сболезнью Паркинсона;3) определить характерные функциональные особенности микробиоты кишечника приболезни Паркинсона по данным метаболической реконструкции путей синтеза витаминов икороткоцепочечных жирных кислот;4)определитьпереченьмикроорганизмовкишечноймикробиоты,являющихсябиомаркерами болезни Паркинсона.Научная новизна работыВпервые проведен анализ особенностей видового разнообразия, таксономического ифункционального состава микробиоты кишечника в группах пациентов с болезнью Паркинсонаи другими неврологическими заболеваниями (рассеянный склероз, эссенциальный тремор,идиопатическая семейная дистония, множественная системная атрофия, деменция с тельцамиЛеви и острый рассеянный энцефаломиелит) в сравнении с лицами без признаковнейродегенеративных и нейровоспалительных заболеваний.На основе изученных особенностей таксономического состава кишечной микробиотывпервые определен перечень микроорганизмов-биомаркеров наличия болезни Паркинсона.

Вего состав вошли рода Christensenella, Methanobrevibacter, Leuconostoc, Enterococcus,Catabacter, Desulfovibrio, Sphingomonas, Yokenella, Atopobium, Fusicatenibacter, Cloacibacillus,Bulleidia, Acetanaerobacterium и Staphylococcus. Для расчета риска наличия болезни Паркинсонапо данным биомаркерам предложен алгоритм, реализованный в виде программногообеспечения.Теоретическая и практическая значимость работыВ ходе исследования проведено сравнительное описание состава кишечной микробиоты упациентов с болезнью Паркинсона, рассеянным склерозом, эссенциальным тремором,4идиопатической семейной дистонией, множественной системной атрофией, деменцией стельцами Леви и острым рассеянным энцефаломиелитом, а также здоровых людей. Выявленыхарактерныепаттернытаксономическойкомпозициикишечноймикробиотыиееметаболический потенциал в отношении продукции витаминов и короткоцепочечных жирныхкислот.

На основе обнаруженных особенностей микробиологического ландшафта кишечноймикробиоты предложена математическая модель для классификации пациентов с болезньюПаркинсона. В модели достигнуты показатели точности 91.49%, чувствительности 91.30% испецифичности 91.67%.Врамкахразработкиалгоритмаполученыохранныедокументынарезультатыинтеллектуальной деятельности: свидетельство о регистрации базы данных «База данныхзначимости родов микроорганизмов микробиоты кишечника человека по отношению кдифференциальнойдиагностикеболезниПаркинсона»;свидетельствоорегистрациипрограммы для ЭВМ «Паркинсон-диагностика».Положения, выносимые на защиту1) Микробиота кишечника пациентов с болезнью Паркинсона характеризуется изменениямив таксономическом и функциональном составе по сравнению с кишечной флорой здоровыхлюдей и лиц с другими неврологическими заболеваниями;2) Микроорганизмы кишечной микробиоты родов Christensenella, Methanobrevibacter,Leuconostoc, Enterococcus, Catabacter, Desulfovibrio, Sphingomonas, Yokenella, Atopobium,Fusicatenibacter, Cloacibacillus, Bulleidia, Acetanaerobacterium и Staphylococcus являютсяпотенциальными биомаркерами болезни Паркинсона.Соответствие диссертации паспорту научной специальностиНаучные положения соответствуют формуле специальности 03.02.03 – микробиология.Результаты проведенного исследования соответствуют области исследования специальности, аименно – пунктам 3, 4, 6.Степень достоверности и апробация результатовВыводы и научные положения проведенного исследования основаны на изучениибиологического материала с использованием современных молекулярно-биологическихметодов.

Анализ полученных данных проведен с использованием адекватных статистических ибиоинформатических инструментов, а так же методик машинного обучения. Основныеположениядиссертациипредставленынамеждународноймультиконференциипобиоинформатике регуляции и структуры геномов и системной биологии (SbioMed-2016,Новосибирск,2016г.),российско-китайскойнаучно-практическойконференциипомедицинской микробиологии и клинической микологии (XIX Кашкинские чтения, СанктПетербург, 2016 г.), I междисциплинарной научной конференции «Аутоиммунные и5иммунодефицитные заболевания» (Москва, 2016 г.), международной научно-практическойконференции «Молекулы и системы для диагностики и адресной терапии» (Томск, 2017 г.).Личный вклад автораАвтором составлен план и дизайн исследования, проведен аналитический обзор источниковлитературы, касающихся исследуемого вопроса, сформулированы цели и задачи исследования.Автором выполнена пробоподготовка биообразцов для секвенирования, биоинформатическаяобработкарезультатовсеквенирования,статистическийанализ,подбориобучениеклассифицирующих алгоритмов.