Автореферат (Исследование микробиоты кишечника при болезни Паркинсона), страница 4

Staphylococcus epidermidis, такжеповышенныйБП(р=0,0003),способенактивироватьэкспрессиюTNFSF15вантигенпрезентирующих клетках (D.Q.Shih et al, 2009). Данный белок является одним изцентральных модуляторов воспалительного ответа слизистой кишечника, повышение егосодержания ассоциировано с развитием колита и ВЗК (D.Q.Shih et al, 2009).К условно-патогенным микроорганизмам, свойственным кишечной микробиоте пациентов сБП, также относятся энтерококки (р=0,002), представленность которых повышается и порезультатам исследования германской когорты больных (F.Hopfner et al, 2017).

ПредставителиEnterococcus являются частой причиной госпитальных инфекций, ассоциированных сустойчивостью к широкому спектру антибиотиков (F.Lebreton et al, 2018). В работе R.Underly etal показано, что экспозиция первичной культуры нейронов головного мозга мыши сEnterococcus faecalis способствует появлению в клетках признаков нейродегенерации и13нейрофибрилл, подобных наблюдаемым при болезни Альцгеймера (R.Underly et al, 2016).В результате нашего исследования было установлено повышение Klebsiella в группе БП посравнению с контролем (р=0,020).

Увеличение содержания оппортунистических патогеновKlebsiella в микробиоте кишечника наблюдается при гастроэнтеритах (L.Ganji et al, 2016).Увеличение представленности условно-патогенных бактерий может быть как одним изфакторов, приводящих к запуску нейродегенеративных изменений в нейронах кишечника, так ирезультатом нарушений трофики и моторики кишечника, наблюдаемых при БП.

В любомслучае, подобный микробиотический ландшафт приводит к ухудшению состояния кишечника иповышенной секреции провоспалительных факторов, что является дополнительным фактором,нарушающим физиологический состав микробиоты.Врамкахисследованияпроводиласьреконструкцияметаболическогопотенциаламикробиоты. По результатам нашего исследования, в ходе реконструкции синтеза бутиратабыло обнаружено, что микробиота пациентов с БП характеризуется функциональнойизбыточностью относительно генов, входящих в метаболический путь синтеза бутирата изпредшественника ацетил-КоА по сравнению со здоровым контролем (p<0,001). При анализесинтеза витаминов было получено, что в метагеноме кишечника пациентов с БП снижаетсяпредставленность метаболических путей, связанных с продукцией витаминов В12, В9, В2 и В3(р<0,05), по сравнению с лицами группы здорового контроля и группой сравнения иувеличивается содержание генов, ассоциированных с синтезом В6 и К (р<0,05) по сравнению спациентами с другими неврологическими заболеваниями.По данным метаанализа литературы было установлено, что недостаток витамина В12ассоциирован с развитием периферической нейропатии при БП (P.Zis et al, 2017).

Результатыдругого метаанализа показывают, что недостаток фолиевой кислоты и В12 связан снарушениями когнитивной функции у пациентов (Y.Xie et al, 2017). Витамин В2 оказываетнейропротекторный эффект при нейровоспалительных и нейродегенеративных заболеваниях(A.Saedisomeolia and M.Ashoori, 2018). Снижение продукции витаминов кишечной микробиотойпри БП может выступать одним из механизмов, ухудшающих состояние нейроновпериферической нервной системы кишечника, что, в итоге, может приводить к нарушениюмоторной функции кишечника.Для идентификации микроорганизмов-биомаркеров осуществляли поиск различий науровне бактериальных родов между группой пациентов с БП и объединенной группойздорового контроля и лиц с другими неврологическими заболеваниями при учете влияниявозраста. В группе пациентов с БП отмечали повышение представленности микроорганизмовродов Bulleidia, Staphylococcus, Succinivibrio, Yokenella, Cloacibacillus, Desulfovibrio, p-75-a5,Acetanaerobacterium, Enterococcus, Christensenella, Sphingomonas, Papillibacter, Oxalobacter,14Anaerococcus,Methanobrevibacter,Catabacter,Leuconostoc,AtopobiumиснижениеFusicatenibacter по сравнению с пациентами объединенной контрольной группы.Далее из предложенного перечня с помощью рекурсивного исключения переменныхотбирали рода, комбинация которых давала наиболее точное предсказание наличия БП.

Врезультате применения алгоритма выбран перечень биомаркеров, состоящий из 14 родов,обладающих максимальными показателями точности классификации (0.77±0.09). В переченьвошлиследующиемикроорганизмы:Christensenella,Methanobrevibacter,Leuconostoc,Enterococcus, Catabacter, Desulfovibrio, Sphingomonas, Yokenella, Atopobium, Fusicatenibacter,Cloacibacillus, Bulleidia, Acetanaerobacterium и Staphylococcus.В результате подгонки моделей на обучающей выборке обнаружено, что наибольшеймедианной точностью предсказания обладают алгоритмы, основанные на применении SVM иNB (таб. 1). После проведения обучения все классификаторы проверяли на валидационнойвыборке, оценивая точность классификации, чувствительность и специфичность (таб.

2).Таблица 1. Результаты обучения моделей. Точность классификации.Классификатор\точностьМинимум МедианаСреднееМаксимумPLS0,50000,73330,76020,9333SVM0,57140,78570,77320,9286NB0,50000,78570,75590,9333NNET0,56250,73330,74920,9286GLM0,33330,74170,71910,9333Таблица 2. Результаты проверки классифицирующих моделей на валидационнойвыборке.МодельТочность, % (ДИ 95%) Чувствительность, %Специфичность, %NB91,49(79,62; 97,63)91,3091,67SVM82,98(69,19; 92,35)100,0066,67PLS76,6(61,97; 87,7)65,2287,50NNET76,6(61,97; 87,7)69,5783,33GLM63,83(48,52; 77,33)65,2262,50В результате было обнаружено, что наиболее высокой точностью классификации приоптимальном балансе чувствительности и специфичности, обладал NB.

Классификатор SVM,при наиболее высоком значении чувствительности на валидационной выборке обладалдостаточно низкой специфичностью классификации и, соответственно, меньшей итоговойточностью классификации. Классификаторы PLS и ANN показали одинаковую точностьклассификации, при этом ANN характеризовалась более высокой чувствительностью, номеньшей специфичностью по сравнению с PLS. Модель GLM, оказалась наименее подходящейдля классификации пациентов на основе состава кишечной микробиоты.Таким образом, наиболее оптимальной моделью для классификации пациентов по признакуналичия БП на основе данных о составе кишечной микробиоты (родов микроорганизмовChristensenella, Methanobrevibacter, Leuconostoc, Enterococcus, Catabacter, Desulfovibrio,15Sphingomonas,Yokenella,Atopobium,Fusicatenibacter,Cloacibacillus,Bulleidia,Acetanaerobacterium и Staphylococcus) является наивный байесовский классификатор.В ходе нашего исследования впервые проведена оценка точности классификации пациентовпо составу кишечной микробиоты относительно БП на валидационной выборке.

Достаточноинтересен тот факт, то оптимальные параметры классификации были получены сиспользованием технически простого наивного байесовского классификатора с ядернойоценкой плотности распределения. В данном случае этот алгоритм оказался наиболееподходящим для диагностики поскольку: более стабильно работает на выборках относительномалого размера, к каким, ввиду сложности аппроксимируемой зависимости, можно отнести ивыборку, использованную в нашем исследовании (D.J.Hand and K.Yu, 2001); характеризуетсянизкой дисперсией оценок вероятности принадлежности к классу, что дает возможностьэффективно работать со сложными данными (D.J.Hand and K.Yu, 2001).ЗаключениеВрезультатепроведенногоисследованияотмечалосьснижениетаксономическогоразнообразия микробиоты кишечника у пациентов с БП и другими неврологическимизаболеваниями по сравнению с микробиотой пациентов группы здорового контроля.

Оценка βразнообразия показала, что наличие того или иного неврологического заболевания у пациентаоказывает значимое влияние на состав кишечной микробиоты. Анализ корреляционных сетейметагеномов также подтверждает наблюдаемое снижение таксономического разнообразия упациентов с БП. По сравнению с микробиотой здоровых, во флоре пациентов наблюдаетсянарушение кооперации между бактериями, выраженное в снижении размеров корреляционнойсети и уменьшении числа взаимодействующих микроорганизмов.У пациентов с БП наблюдалось своеобразие состава микробиоты кишечника на всехтаксономических уровнях, выраженное в изменении представленности нескольких группмикроорганизмов.

С точки зрения особенностей взаимодействия конкретных микроорганизмовс организмом-хозяином, бактерии с измененной представленностью можно разделить нанесколько групп: ассоциированные с продукцией короткоцепочечных жирных кислот (бактерииродов Succinivibrio, Acetanaerobacterium, Anaerococcus, Peptoniphilus, а также видов Eubacteriumcylindroides, Bifidobacterium breve и Bifidobacterium bifidum), условно-патогенные бактерии(бактерии родов Desulfovibrio, Cloacibacillus, Klebsiella, Sphingomonas, Enterococcus, и видаStaphylococcus epidermidis), конкордантные микроорганизмы (класс RF, порядки RF32, SHA-98и ML615J-28, род бактерий Christensenella и род археев Methanobrevibacter) и микробы свозможными пробиотическими свойствами (бактерии рода Oxalobacter, и видов Bifidobacteriumbreve, Lactobacillus mucosae, Bifidobacterium bifidum).16Наряду с изменением таксономического состава кишечной микробиоты, при БП такженаблюдались сдвиги в ее функциональном потенциале по данным реконструкции.