Oral and General Health Том 4, №1, 2023

Сформований у процесі філогенезу та онтогенезу симбіоз організму людини та її мікробної екологічної системи став нормою і формою життя людини. Кількість мікроорганізмів, що контамінують і колонізують тіло людини, у десятки і сотні разів перевищує кількість власних еукаріотних клітин хазяїна. За цією ознакою людина є не просто живим моноорганізмом, а макроорганізмом з надорганною життєздатною мікробною симбіотною системою — екстракорпоральною функціональною симбіотною системою. Остання включає сукупність великої кількості мікробіоценозів індивідуального таксономічного складу і популяційного рівня, які знаходяться в певному біотопі людини (шкіри, порожнини рота, носоглотки), інтестинального (шлунка, тонкої та товстої кишки) і респіраторного (трахеї, бронхів) тракту та сечостатевої сфери. Із сучасних позицій нормальну мікробіоту розглядають як сукупність мікробіоценозів, що займають численні екологічні ніші на шкірі й слизових оболонках відкритих порожнин макроорганізму [1].

Мікробіоценози, що колонізують тіло людини, стали справжнім центром уваги для генної інженерії та молекулярної біології. У процесі їх вивчення вченим вдалося відкрити й описати багато фундаментальних процесів, що характерні для всіх біологічних систем починаючи з вірусів і завершуючи еукаріотичними організмами. Усе це є невід’ємною складовою організму і утворює мікробіом (мікробіоту) людини. За словами деяких вчених, мікробіота — це «новий орган», що підлягає окремому вивченню. Після підрахунків було встановлено, що кількість клітин мікробних популяцій становить не менше ніж 100 трильйонів [1–3]. У складі мікробіоти людини виявлені приблизно 1000 видів бактерій, більшість з яких не культивуються in vitro [4, 5]. Така велика кількість мікроорганізмів працює з макроорганізмом як одне ціле, забезпечуючи такі фізіологічні процеси, як поглинання поживних речовин, синтез вітамінів, захист від інфекцій, гармонійну взаємодію з екзогенним мікробним світом, компенсуючи потенціал негативних факторів. Проте при порушенні складу мікробіома навантаження беруть на себе імунна система та інші органи, які при порушенні мікробіоти швидко піддаються патологічним змінам, що і призводить до розвитку різних захворювань та їх серйозних ускладнень.

Ці дані є актуальними в практиці лікарів, тому що сумарне число генів мікробіоти принаймні в 100 разів більше за геном людини [5]. Для діагностики та лікування різних захворювань використовують персоналізовану медицину, принципом якої є підбір напрямків лікування відповідно до генетичних особливостей пацієнтів та їх патологічно змінених клітин. Це створило новий потік генетичних даних і діагностичних підходів, в основі яких лежить розшифровка генома людини [6]. Генотипування є надзвичайно важливою технологією, але з часом з розвитком персоналізованої медицини почали виникати та вдосконалюватись нові види дослідження, такі як омікс-технології. 

Омікс-технології — це комплекс найсучасніших біотехнологій, що базується на мас-спектрометрії для кращого розуміння молекулярного складу (метаболітів і білків) клітин і тканин, а також містить такі поняття, як геноміка, транскриптоміка, протеоміка та метаболоміка.

Їх використання дає можливість вивчати організм, починаючи з найглибшого рівня — з ДНК (виявити ті чи інші мутації та з’ясувати, як вони впливають на експресію генів і продукування білків, а також як ці білки взаємодіють між собою в подальшому) [7].

— Геноміка — розділ генетики, предметом дослідження якого є організація та функціонування геномів живих організмів.

— Транскриптоміка — методи, розроблені для вивчення транскриптома (тобто сукупності всіх РНК-транскриптів) організму. До складу транскриптома входять всі транскрипти, які були присутні в клітині на момент виділення РНК. Досліджуючи транскриптом, можна встановити, які клітинні процеси були активні в той чи інший момент часу.

— Протеоміка — наука про протеом, що вивчає протеїни в цілому та їх структуру і функції зокрема. Протеїни є однією з важливих складових живих організмів, оскільки вони є головними складовими фізіологічних шляхів метаболізму клітини і тому дають фахівцям уявлення про експресію та модуляцію білків у той час, коли організм перебуває у стані здоров’я або ж хвороби.

— Метаболоміка — речовини, що утворюються в клітинах, тканинах та органах живих організмів у процесі проміжного обміну. Вони беруть участь у подальших процесах асиміляції та дисиміляції. У фізіології та медицині метаболітами зазвичай називають продукти клітинного обміну, які підлягають розпаду та виведенню з організму. Потрапляючи у кров, більшість метаболітів бере участь у гуморальній регуляції функцій шляхом здійснення специфічного та неспецифічного впливу на біохімічні та фізіологічні функції. Тобто поняття метаболоміки дає відповідь на питання, що саме продукують дані мікроорганізми.

У чому полягає перевага використання омікс-технологій перед полімеразно-ланцюговою реакцією (ПЛР) або ж флюоресцентною мікроскопією? 

Полімеразна ланцюгова реакція — це лабораторний метод швидкого виробництва від мільйонів до мільярдів копій певного сегмента ДНК, який потім можна досліджувати більш детально. ПЛР передбачає використання коротких синтетичних фрагментів ДНК, які називаються праймерами, для вибору сегмента генома, який потрібно ампліфікувати [8]. Проте метод ПЛР не дає нам відповіді на запитання: а чи чутливі ці мікроорганізми до тих чи інших антибіотиків?

Флуоресцентна мікроскопія — використовує можливість об’єктів виділяти світлові промені у відповідь на опромінення, що полегшує дослідження різних живих організмів (прозорих та непрозорих), дозволяє проводити динамічні спостереження за функціональними змінами у клітинах і тканинах. Флуоресцентний мікроскоп використовується в медицині для виявлення низки патогенних бактерій, а визначення генетичного складу — метод секвенування — дає можливість визначити, які саме мікроорганізми присутні у даному біологічному матеріалі.

Метод секвенування ДНК дозволяє визначити, які саме мікроорганізми присутні у даному біологічному матеріалі, і тим самим дає можливість ідентифікувати гіперваріабельний ген рибосомальної РНК 16S у бактерій (16S рРНК є значущим елементом у забезпеченні структури та функціонування малої субодиниці рибосоми прокаріот, що виконує контроль взаємодії тРНК з мРНК) [9].

Кінцева мета цих проєктів полягає в створенні каталогу аномалій структури генома. Такий каталог дозволить отримати багато нових даних з молекулярної біології гена та дозволить удосконалити методи діагностики, лікування та профілактики багатьох захворювань. За допомогою методу секвенування описано, що 700 видів мікроорганізмів належать усього до 16 типів (54 % мають видову назву; 14 % культивуються, але не описані; 32 % не культивуються  — це говорить про те, що ми не знаємо, які захворювання викликають ці мікроорганізми). 

Кожний організм має персоналізований склад мікробіома, який формується під впливом поєднання відповіді імунної системи, навколишніх та генетичних факторів. Унаслідок багатогранних фізичних та метаболічних міжмікробних взаємодій (один мікроорганізм може підсилювати інший мікроорганізм і працювати для нього) виникає нове поняття — полімікробна синергія.

Неконтрольоване запалення виникає у тому випадку, коли складні мікробні спільноти переходять від комменсального до патогенного способу існування. Зв’язок певних видів призводить до полімікробної синергії між метаболічно сумісними організмами, які набувають функціональної спеціалізації, що розвивається. Ключові патогени, навіть при низькій чисельності, підвищують вірулентність спільноти, і в результаті дисбіотична спільнота націлюється на певні ланки імунітету хазяїна, щоб зменшити імунний захист організму, одночасно сприяючи загальній запальній відповіді. Патогени отримують користь від білкових субстратів, отриманих із запального розпаду тканин. Запалення та дисбактеріоз підсилюють одне одного, а ескалація змін навколишнього середовища ще більше сприяє розвитку патобіотичної спільноти [10].

Спільна робота різних мікроорганізмів може змінювати імунну відповідь організму хазяїна, тому метод метагеномного секвенування дозволить оцінити всі мікробіомні царства (бактерії, віруси, гриби) у зразку і наблизить фахівців до розуміння, які мікроорганізми присутні та до яких наслідків вони можуть призвести в організмі людини.

Лікар-стоматолог має бути зацікавлений у цьому напрямку дослідження, тому що існує тісний взаємозв’язок мікробіоти порожнини рота з іншими системними захворюваннями; відбувається онтогенез мікробіома порожнини рота; у стані здоров’я та у стані хвороби відбуваються певні зміни у видовому та кількісному складі мікробіоти, а для уникнення ускладнень у будь-яких умовах має зберігатись рівновага між різними членами екосистеми порожнини рота; такі дослідження дадуть змогу обґрунтувати ефективність використання лікарських засобів. 

Результати нещодавнього метагеномного дослідження продемонстрували наявність взаємозв’язку між стоматологічними хворобами і мікробіомом ротової порожнини. P. gingivalis має асоціацію з розвитком злоякісних новоутворень ротової порожнини, підшлункової залози, кардіоваскулярними захворюваннями [11], а також хворобою Альцгеймера. У дослідженні J.R. Willis та –співавт. (2020) була визначена асоціація між мікробіомом ротової порожнини та ураженням різних органів і систем. Згідно з отриманими даними, такі мікроорганізми, як Lactobacillus, Rothia, Fusobacterium nuncleatum, асоціюються з розвитком колоректального раку. Колонізація патобіонтами порожнини рота, зокрема F. nuncleatum, може також впливати на імунну систему. Наявні дані, що цей патобіонт розпізнається Toll-подібними рецепторами на поверхнях епітеліальних клітин, що призводить до активації прозапальних сигнальних шляхів. Ключовий патоген P. gingivalis здатний маніпулювати цими шляхами, викликати цілеспрямоване та точне зниження вироблення специфічних хемокінів і призводити до так званого хемокінового паралічу. Постійна активація сигнальних шляхів клітини-хазяїна також обмежує часовий масштаб явища, що може сприяти циклічному характеру руйнування тканин пародонта. Таким чином, сучасні методи дослідження дають можливість висвітлити полімікробну синергію як наслідок багатогранних фізичних та метаболічних міжмікробних взаємодій, а також її вплив на перебіг захворювань [12].

Омікс-технології є перспективним інноваційним методом, що заснований на мас-спектрометрії і дає можливість забезпечити кількісний аналіз протеоміки та метаболоміки з високим ступенем продуктивності та точності. Сучасні дослідження свідчать, що мікроорганізми ротової порожнини можуть колонізувати не лише ротову порожнину, а й інші ектопічні ділянки організму, і це впливає на імунну відповідь і патогенез захворювань, а також здатні сприяти розвитку або навіть погіршувати перебіг захворювань в інших системах органів, віддалених від порожнини рота. Таким чином, дослідження на основі секвенування ДНК дадуть можливість глибше зрозуміти складні біологічні системи, щоб забезпечити вдосконалення діагностики та визначення правильного методу лікування певних захворювань.

Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів та власної фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.

 

Отримано/Received 06.03.2023

Рецензовано/Revised 20.03.2023

Прийнято до друку/Accepted 02.04.2023