Диссертация (1140107)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования «Сибирский государственный медицинский университет»Министерства здравоохранения Российской ФедерацииНа правах рукописиПетров Вячеслав АлексеевичИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА ПРИ БОЛЕЗНИПАРКИНСОНА03.02.03 – МикробиологияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата медицинских наукНаучный руководительдоктор медицинских наукА.Э. СазоновТомск, 20192ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ4ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ91.1 Понятие о микробиоте. Современные методы изучения микробныхсообществ91.2 Микробиота человека171.3 Ось мозг-кишечник. Роль микробиоты251.4 Микробиота кишечника и болезнь Паркинсона30ГЛАВА II. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ362.1 Материал исследования362.2 Методы исследования.382.2.1 Молекулярно-биологические методы382.2.1.1 Выделение тотальной бактериальной ДНК382.2.1.2 Ампликонное секвенирование микробиоты402.2.2 Биоинформатические методы: Таксономический анализ микробиоты412.2.3 Статистические методы.422.2.3.1 Расчет индексов таксономического разнообразия422.2.3.2 Корреляционный анализ.432.2.3.3Сравнительныйанализпредставленностиоперационныхтаксономических единиц бактерий и реконструкция метаболическихпутей442.2.4 Методы машинного обучения452.2.4.1 Отбор наиболее значимых признаков452.2.4.2 Обучение классифицирующих моделей462.2.4.3 Валидация моделей47ГЛАВА III.
РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ483.1 Таксономическая композиция кишечной микробиоты у пациентовразных групп483.1.1 Обобщенные результаты секвенирования4833.1.2 Состав микробиоты кишечника на разных таксономических уровнях483.1.3 Оценка таксономического разнообразия микробиоты кишечника.613.1.3.1 Расчет и оценка α-разнообразия.613.1.3.2 Расчет и оценка β-разнообразия.683.1.4 Анализ корреляционных сетей в микробиоте кишечника733.1.5Особенности состава кишечноймикробиотына различныхтаксономических уровнях813.1.6 Реконструкция метаболического потенциала микробиоты1053.2МикробиотакишечникакакисточникбиомаркеровболезниПаркинсона3.2.1Перечень110бактериальныхродов,выбранныхдляобученияклассификаторов1103.2.2 Обучение классифицирующих моделей113ЗАКЛЮЧЕНИЕ120ВЫВОДЫ125ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ126СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1274ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования и степень ее разработанностиНа настоящий момент человеческий организм рассматривается в рамкахсимбиотических отношений с населяющими его сообществами микроорганизмов,называемыми микробиотой.
Между организмом хозяина и населяющими егомикробами имеются прочные физиологические связи, благодаря которыммикробиом находится в состоянии динамического равновесия, реагируя как наизменение состояния макроорганизма, так и окружающей среды (E.S.Charlson etal, 2011;S.M.Hird,Важнейшим2017).компонентом микробиотическогосообщества организма человека является кишечная микробиота.Известно, что микробиота способна вступать во взаимодействия с нервнойсистемой организма-хозяина; данная кооперация рассматривается в рамкахконцепции «ось-мозг-кишечник» (R.Diaz Heijtz et al, 2011).
Микроорганизмы,взаимодействуя как напрямую с n.vagus, так и посредством секреторныхпродуктов, могут оказывать влияние на работу нервной системы на местном исистемном уровне (D.Ríos-Covián et al, 2016; J.Breton et al, 2016; P.Forsythe andW.A.Kunze,2013).жизнедеятельностьюТеснаясвязьбактериймеждуработойподтверждаетсянервнойрезультатамисистемыиисследованийсостава микробиоты кишечника при различных заболеваниях центральнойнервной системы (X.Zhu et al, 2017). Известно, что кишечная микробиотаизменяется при психических заболеваниях, например шизофрении и аутизме(E.Schwarz et al, 2017; R.Krajmalnik-Brown et al, 2015), а также при нервныхболезнях (E.R.Volkmann et al, 2017).Одним из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеванийявляется болезнь Паркинсона.
При данном заболевании происходит поражениедофаминергических нейронов substantia nigra, клинически и проявляющеесяглавным образом в виде моторных (ригидность, дрожание, скованность,постуральнаянестабильность)инемоторныхнарушений.Материальнымсубстратом нейродегенерации являются тельца Леви – включения белка α-5синуклеина (M.G.Heckman et al, 2017). Нейродегенерация и накопление телецЛеви при болезни Паркинсона происходит нелинейно: для здоровых характернапостепенная утрата нейронов, тогда как у пациентов с болезнью Паркинсона затот же срок погибает до 45% нейронов, с наиболее выраженной динамикой занесколько лет до появления симптомов (C.H.Hawkes et al, 2010).Приэтом,однимизнаиболеераннихпроявленийзаболевания,возникающим еще до клинической манифестации, является поражение нейроновподслизистого слоя кишечника, клеток мейсснерова и ауэрбахова сплетений(H.Braak et al, 2006; С.Н.Иллариошкин и О.С.
Левин, 2011). При поражениинервнойсистемыкишечникапроисходитнарушениеегоработы,перистальтической функции, секреции, трофики (G.Natale et al, 2008). Этоприводит, в том числе, и к нарушению работы местного иммунитета (R.A.Willemzeet al, 2015). Вкупе, все эти нарушения могут изменить таксономический составкишечныхсообществмикробиотическогомикроорганизмов.ландшафта,характерныхИсследованиеособенностейдляспациентовболезньюПаркинсона позволит по-новому посмотреть, как на этиологию и патогенезданного заболевания, так и на подходы к ранней диагностике.Цель исследования – Выяснение характерных особенностей состава микробиотыкишечника у пациентов с болезнью Паркинсона для разработки раннейдоклинической диагностикиЗадачи исследования1)Провестисравнительныйанализтаксономическогоразнообразиямикробиоты кишечника пациентов с болезнью Паркинсона, лиц с другиминеврологическими заболеваниями и группы здорового контроля;2) Идентифицировать группы микроорганизмов кишечной микробиоты,ассоциированных с болезнью Паркинсона;3) Определить характерные функциональные особенности микробиотыкишечника при болезни Паркинсона по данным метаболической реконструкциипутей синтеза витаминов и короткоцепочечных жирных кислот;64)Определитьпереченьмикроорганизмовкишечноймикробиоты,являющихся биомаркерами относительно болезни Паркинсона.Научная новизна работыВпервыепроведенанализособенностейвидовогоразнообразия,таксономического и функционального состава микробиоты кишечника в группахпациентов с болезнью Паркинсона и другими неврологическими заболеваниями(рассеянный склероз, эссенциальный тремор, идиопатическая семейная дистония,множественная системная атрофия, деменция с тельцами Леви и острыйрассеянныйэнцефаломиелит)всравнениислицамибезпризнаковнейродегенеративных и нейровоспалительных заболеваний.На основе изученных особенностей таксономического состава кишечноймикробиотывпервыеопределенпереченьмикроорганизмов-биомаркеровотносительно наличия болезни Паркинсона.
В его состав вошли родаChristensenella,Methanobrevibacter,Leuconostoc,Enterococcus,Catabacter,Desulfovibrio, Sphingomonas, Yokenella, Atopobium, Fusicatenibacter, Cloacibacillus,Bulleidia, Acetanaerobacterium и Staphylococcus. Для расчета риска наличияболезниПаркинсонаподаннымбиомаркерампредложеналгоритм,реализованный в виде программного обеспечения.Теоретическая и практическая значимость работыВ ходе исследования проведено сравнительное описание состава кишечноймикробиоты у пациентов с болезнью Паркинсона, рассеянным склерозом,эссенциальным тремором, идиопатической семейной дистонией, множественнойсистемной атрофией, деменцией с тельцами Леви и острым рассеяннымэнцефаломиелитом, а также здоровых людей.
Выявлены характерные паттернытаксономической композиции кишечной микробиоты и ее метаболическийпотенциал в отношении продукции витаминов и короткоцепочечных жирныхкислот. На основе обнаруженных особенностей микробиологического ландшафтакишечной микробиоты математическая модель для классификации пациентов сболезнью Паркинсона. В модели достигнуты показатели точности 91.49%,7чувствительности 91.30% и специфичности 91.67%.В рамках разработки модели получены охранные документы на результатыинтеллектуальной деятельности: свидетельство о регистрации базы данных «Базаданных значимости родов микроорганизмов микробиоты кишечника человека поотношениюкдифференциальнойдиагностикеболезниПаркинсона»(№2018620323, дата приоритета 16 ноября 2017, в реестре с 21 февраля 2018);свидетельство о регистрации программы для ЭВМ «Паркинсон-диагностика»(№2017611956, дата приоритета 7 декабря 2016, в реестре с 14 февраля 2018).Положения, выносимые на защиту1)МикробиотакишечникапациентовсболезньюПаркинсонахарактеризуется изменениями в таксономическом и функциональном составе посравнению с кишечной микробиотой здоровых людей и лиц с другиминеврологическими заболеваниями;2)МикроорганизмыMethanobrevibacter,кишечнойLeuconostoc,микробиотыEnterococcus,родовCatabacter,Christensenella,Desulfovibrio,Sphingomonas, Yokenella, Atopobium, Fusicatenibacter, Cloacibacillus, Bulleidia,Acetanaerobacterium и Staphylococcus являются потенциальными биомаркерамиболезни ПаркинсонаСоответствие диссертации паспорту научной специальностиНаучные положения соответствуют формуле специальности 03.02.03 –«микробиология».
Результаты проведенного исследования соответствуют областиисследования специальности, а именно – пунктам 3, 4, 6.Степень достоверности и апробация результатовВыводы и научные положения проведенного исследования основаны наизучениибиологическогоматериаласиспользованиемсовременныхмолекулярно-биологических методов. Анализ полученных данных проведен сиспользованиемадекватныхстатистическихибиоинформатическихинструментов, а так же методик машинного обучения. Основные положения8диссертациипредставленынамеждународноймультиконференциипобиоинформатике регуляции и структуры геномов и системной биологии(SbioMed-2016, Новосибирск, 2016 г.), российско-китайской научно-практическойконференции по медицинской микробиологии и клинической микологии (XIXКашкинские чтения, Санкт-Петербург, 2016 г.), I междисциплинарной научнойконференции «Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания» (Москва, 2016г.), международной научно-практической конференция «Молекулы и системы длядиагностики и адресной терапии» (Томск, 2017 г.).ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 10 работ, из них в научныхрецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатовдиссертационных исследований – 5 (4 оригинальных исследования, 1 обзорнаяработа); 2 зарубежные публикации; статьи, входящих в базы данных Web ofScience и/или Scopus – 6; 2 свидетельства о регистрации результатовинтеллектуальной деятельности.Личный вклад автораАвтором составлен план и дизайн исследования, проведен аналитическийобзористочниковлитературы,сформулированыцелиипробоподготовкабиообразцовкасающихсязадачиисследуемогоисследования.дляАвторомсеквенирования,вопроса,выполненабиоинформатическаяобработка результатов секвенирования, статистический анализ, подбор иобучение классифицирующих алгоритмов.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
