Диссертация (1140107), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В данном случаеэтот алгоритм оказался наиболее подходящим для диагностики поскольку:1) более стабильно работает на выборках относительно малого размера, ккаким, ввиду сложности аппроксимируемой зависимости, можно отнести ивыборку, использованную в нашем исследовании (D.J.Hand and K.Yu, 2001);2) характеризуется низкой дисперсией оценок вероятности принадлежностик классу, что дает возможность эффективно работать со сложными данными(D.J.Hand and K.Yu, 2001).Недостатком данного алгоритма является плохая точность классификации119данных,полученныхизраспределенийсотличающимисясвойствами.Применительно к диагностике болезни Паркинсона это означает, что полученнаямодель может быть использована только для пациентов российской популяции,для других популяций необходим перерасчет параметров алгоритма. С другойстороны, остальные алгоритмы, использованные в работе, также обладают этимнедостатком.
Более того, он может быть несколько скорректирован (S.Magliacaneet al, 2017).Отмечается также и различия в списках предикторов, использованных длясоздания алгоритмов для диагностики болезниПаркинсона по составумикробиоты кишечника пациентов. Это можно объяснить различным подходом квыборутаксономическихединиц,которыебылииспользованыдляклассификации.
В работах F.Scheperjans et al, 2015 и F.Hopfner et al, 2017 вкачестве предикторов применялась информация о таксономическом составемикробиоты на уровне бактериальных семейств, в другом исследовании былииспользованы данные о представленности ОТЕ (J.R.Bedarf et al, 2017). В нашейработе для построения классификатора применялась информация о родовомсоставе микробиома. С другой стороны, на список предикторов могли повлиять иразличиявтаксономическомсоставемикробиоты,наблюдаемыемеждуразличными популяциями людей (A.V.Tyakht et al, 2013).
По этой причине,использование информации о функциональном составе микробиоты, ввиду ееотносительной гомогенности, может оказаться оптимальным вариантом длясоздания классификатора, подходящего для применения жителями разных стран.120ЗАКЛЮЧЕНИЕВ результате проведенного исследования было установлено, что болезньПаркинсона характеризуется изменениями в таксономической и функциональнойкомпозиции микробиоты кишечника как по сравнению с группой здоровогоконтроля, так и с пациентами с другими неврологическими заболеваниями.Важным интегральным параметром, характеризующим состав микробиоты,является ее видовое разнообразие. Так, в результате исследования отмечалосьснижение таксономического разнообразия микробиоты кишечника у пациентов сболезнью Паркинсона и другими неврологическими заболеваниями по сравнениюс микробиотой пациентов группы здорового контроля.
Оценка попарныхразличий между микробиомами исследуемых групп, или β-разнообразия,показала, что наличие того или иного неврологического заболевания у пациентаоказывало значимое влияние на состав кишечной микробиоты, объясняя порядка10% дисперсии таксономического состава микробиоты.Анализ корреляционных сетей бактерий, составляющих микробиотукишечника,такжеподтвердилнаблюдаемоеснижениетаксономическогоразнообразия у пациентов с болезнью Паркинсона. По сравнению с микробиотойздоровых, во микробиоте пациентов наблюдалось нарушение кооперации междубактериями, выраженное в снижении размеров корреляционной сети иуменьшении числа взаимодействующих микроорганизмов.У пациентов с болезнью Паркинсона наблюдалось своеобразие составамикробиоты кишечника на всех таксономических уровнях.
С точки зренияособенностей взаимодействия конкретных микроорганизмов с организмомхозяином, бактерии с измененной представленностью можно разделить нанесколько групп: ассоциированные с продукцией короткоцепочечных жирныхкислот, условно-патогенные бактерии, конкордантные микроорганизмы имикробы с возможными пробиотическими свойствами.К микроорганизмам, ассоциированным с продукцией короткоцепочечныхжирных кислот, представленность которых изменялась при болезни Паркинсона,относятся бактерии родов Succinivibrio, Acetanaerobacterium, Anaerococcus,121Peptoniphilus, а также видов Eubacterium cylindroides, Bifidobacterium breve имуцинодеградирующейвозможнымибактериипробиотическимиBifidobacteriumсвойствами,bifidum.которыеКпобактериямсрезультатамисследования, были ассоциированы с болезнью Паркинсона, относилисьмикроорганизмы рода Oxalobacter, и видов Bifidobacterium breve, Lactobacillusmucosae, Bifidobacterium bifidum.
В микробиоте пациентов с болезнью Паркинсонатакже отмечалось увеличение представленности ОТЕ микроорганизмов с высокойстепенью конкордантности: класса RF, порядков RF32, SHA-98 и ML615J-28,родов Christensenella и Methanobrevibacter. Также, с наличием болезниПаркинсонабылоассоциированоувеличениепредставленностиусловно-патогенных бактерий родов Desulfovibrio, Cloacibacillus, Klebsiella, Sphingomonas,Enterococcus, и вида Staphylococcus epidermidis.Крометого,микробиотапациентовсболезньюПаркинсонахарактеризовалась увеличением представленности бактерий типов Synergistetes,Chlorobi и Actinobacteria, классов Synergistia, Epsilonproteobacteria, Chlorobia иActinobacteria, отрядов Sphingomonadales, Aeromonadales, Bacillales, Synergistales,Chlorobiales, семейств Sphingomonadaceae, Succinivibrionaceae, Staphylococcaceae,Synergistaceae, Chlorobiaceae, Nautiliaceae и Gracilibacteraceae, родов p-75-a5 иLebetimonas, видов Sphingomonas yabuuchiae и Pseudomonas veronii, а такжеснижением содержания бактерий рода Dethiosulfatibacter по сравнению сконтрольной группой.У пациентов с другими неврологическими заболеваниями отмечалосьповышением представленности отрядов Sphingomonadales и Aeromonadales,семейств Sphingomonadaceae и Succinivibrionaceae, родов Succinivibrio, Klebsiella,Sphingomonas, Peptostreptococcus, Gardnerella, вида Sphingomonas yabuuchiae, иснижение содержания родов Dethiosulfatibacter, Victivallis, Methanosphaera, видовVictivallis vadensis и Prevotella pallens по сравнению с контрольной группой.Пациенты с другими неврологическими заболеваниями также характеризовалисьснижением содержания бактерий отряда Bacillales, семейств Gracilibacteraceae,Porphyromonadaceae,родовDesulfovibrio,Parabacteroides,иувеличением122представленности родовGardnerella и Blautia по сравнению с пациентами сболезнью Паркинсона.Наряду с изменением таксономического состава кишечной микробиоты,при болезни Паркинсона также наблюдались сдвиги в ее функциональномпотенциале по данным реконструкции.
Показано, что микробиота пациентов сболезньюПаркинсонахарактеризоваласьфункциональнойизбыточностьюотносительно генов, входящих в метаболический путь синтеза бутирата изпредшественника ацетил-КоА по сравнению со здоровым контролем. Кроме того,в метагеноме кишечника пациентов с болезнью Паркинсона снижаласьпредставленность генов, входящих в метаболические пути связанные спродукцией витаминов В12, В2 и В3 по сравнению с лицами группы контроля игруппой сравнения (за исключением метаболического пути А синтеза В3) иувеличивалось содержание генов, ассоциированных с синтезом витаминов В6 и Кпо сравнению с пациентами с другими неврологическими заболеваниями.В результате проведенной работы было показано, что таксономическаякомпозиция кишечной микробиоты может послужить источником биомаркеровболезни Паркинсона. В рамках работы проводилось определение потенциальныхмаркерных микроорганизмов, на основе которых осуществлялось обучение ивалидация классифицирующих алгоритмов, в результате чего был подобраноптимальный вариант — наивный байесовский классификатор, использованиекоторогопозволилодостигнутьмаксимальныхпараметровкачестваклассификации (чувствительность 91,30%, специфичность 91,67% при точности в91,49%) пациентов по перечню биомаркерных микроорганизмов кишечноймикробиоты.Таким образом, по результатам нашего исследования в микробиотекишечника при болезни Паркинсона наблюдался дисбаланс таксономического ифункционального состава.
Предполагается следующая схема участия микробиомав патогенезе болезни Паркинсона:1) Рост содержания условно-патогенных бактерий приводит к развитию местноговоспаления в кишечнике, при этом истончение муцинового слоя под действием123муцин-деградирующих бактерий увеличивает проницаемость кишечной стенкидля патогенов. В ходе воспалительного процесса происходит увеличениеэкспрессии и секреции α-синуклеина, провоспалительных цитокинов.2) Повышение содержания продуцентов КЖК и генов метаболического путисинтезабутиратакороткоцепочечныхгистондеацетилазвмикробиотежирныхприводиткислот,эукариотическихккоторыеклеток.увеличениюявляютсяЭффекты,продукцииингибиторамисвязанныесингибированием гистондеацетилаз включают в себя индукцию апоптоза,увеличение экспрессии «патологических» изоформ α-синуклеина и стрессчувствительных протеинкиназ дельта, а также снижение экспрессии генов,кодирующих шапероны, участвующие в контроле фолдинга α-синуклеина.3) Повышение чувствительности к проапоптотическим стимулам вкупе с ростомэкспрессии α-синуклеина и снижением секреции нейропротективных витаминовВ2 и В12 микробиотой приводят к ускорению темпов нейродегенерации инакопления телец Леви в нервных клетках.Подобное состояние микробиоты кишечника вписывается в общепринятыегипотезы о природе и месте возникновения первичных очагов нейродегенерацииприболезниПаркинсона.В рамкахгипотезыХ.Бракаопервичностипериферического (в т.ч.
и кишечного) нейродегенеративного процесса, такоесостояние кишечной микробиоты является подходящим «плацдармом» длязапуска нейродегенерации с последующим прионоподобным распространениемтелец Леви по организму по механизму ретроградного аксонального транспорта.В рамках гипотезы о первичности поражения дофаминергических нейронов ЦНСтакая картина может быть результатом нарушения иннервации периферическихотделов кишечника — снижение перистальтики и трофики кишечника приводит кизменению таксономического состава кишечника. Это ведет к активациивоспаления и иммунного ответа, что еще больше нарушает структурумикробиоты.Использование биомаркеров нового типа, метагеномных биомаркеров,124являетсяперспективнымнаправлениемдляразработкисовременныхдиагностических средств.
С использованием информации о микробиомевозможно различать пациентов с болезнью Паркинсона от лиц с другиминеврологическими заболеваниями, что свидетельствует о своеобразии кишечноймикробиоты при данной патологии.125ВЫВОДЫ1) У пациентов с болезнью Паркинсона и лиц с другими неврологическимизаболеванияминаблюдаетсяснижениетаксономическогоразнообразиякишечного сообщества микроорганизмов по сравнению со здоровым контролем.2) Микробиота кишечника при болезни Паркинсона характеризуетсяизменением в представленности групп микроорганизмов, ассоциированных спродукцией короткоцепочечных жирных кислот (бактерий родов Succinivibrio,Acetanaerobacterium, Anaerococcus, Peptoniphilus, бактерий видов Eubacteriumcylindroides, Bifidobacterium breve и Bifidobacterium bifidum), условно-патогенныхбактерий(бактерийEnterococcus,родовKlebsiellaиDesulfovibrio,бактерийCloacibacillus,видаSphingomonas,Staphylococcusepidermidis),микроорганизмов с высокой степенью конкордантности (бактерий порядковRF39, ML615J-28, SHA-98, бактерий рода Christensenella и археев родаMethanobrevibacter) и микробов с потенциальными пробиотическими свойствами(бактерий родов Bifidobacterium, Lactobacillus, Oxalobacter).3) В микробиоте кишечника при болезни Паркинсона по даннымреконструкциифункциональногопотенциалаотмечаетсяувеличениепредставленности генов, связанных с синтезом бутирата из ацетил-КоА посравнению со здоровым контролем; снижается представленность метаболическихпутей связанных с продукцией витаминов В12, В9, В2 и В3 по сравнению слицами группы здорового контроля и группой сравнения; а также увеличиваетсясодержание генов, ассоциированных с продукцией витаминов В6 и К посравнению с пациентами с другими неврологическими заболеваниями.4) Создана математическая модель для классификации пациентов сболезнью Паркинсона, основанная на применении байесовского классификатора иучете информации о представленности микроорганизмов родов Christensenella,Methanobrevibacter,Leuconostoc,Enterococcus,Catabacter,Desulfovibrio,Sphingomonas, Yokenella, Atopobium, Fusicatenibacter, Cloacibacillus, Bulleidia,Acetanaerobacterium и Staphylococcus в микробиоте кишечника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
