Глава 2. Микробиом дыхательной системы у детей — ключ к здоровью?

Бывшее когда-то общепринятым представление о том, что ребенок впервые встречается с микроорганизмами только при рождении, было поставлено под сомнение недавними исследованиями, обозначившими то, что существует отдельный плацентарный микробиом и что естественная передача микроорганизмов от матери к ребенку начинается еще внутриутробно при нормальном течении беременности [1], хотя дискуссия на эту тему и продолжается [2]. Достоверно доказано, что состав микробиома новорожденного во многом зависит от способа родо­разрешения: рожденные через естественные родовые пути дети приобретают преимущественно кишечный и урогенитальный микробиом матери, в то время как дети, рожденные с помощью кесарева сечения, изначально формируют свой микробиом на основе кожных видов бактерий [3–5].

Первоначальное заселение микробиома младенца в основном имеет преходящий характер, и со временем естественный отбор происходит в пользу тех микроорганизмов, которые лучше всего подходят для местных условий микроэкологии, таких как уровень рН и температура, что в итоге формирует сложные, специфические для конкретной экологической ниши микробные сообщества [6, 7]. На протяжении всей ранней жизни этот процесс постепенно подвергается влиянию новых факторов окружающей среды. Наиболее изучены такие факторы воздействия на микробиом ребенка, как диета, инфекции, наличие домашних животных и плотное общение с другими детьми (в том числе скученность при проживании), а также посещение детского сада или школы (рис. 3) [8–11]. Отмечен положительный эффект пневмококковой вакцинации на состав микробиома ВДП у детей [12]. Грудное вскармливание, в частности, известно тем, что во многом обеспечивает защиту детей младшего возраста от рес­пираторных и других инфекций, а также грудное молоко содержит иммуномодулирующие белки, пребиотики, олигосахариды и некоторые микроорганизмы, которые способствует правильному развитию микро­биома в младенчестве [13].

Рис. 3. Факторы окружающей среды, влияющие на состав респираторного микробиома в раннем детском возрасте. К ним относится заселение микроорганизмами во время родов через естественные родовые пути или с помощью кесарева сечения. Постнатальные факторы воздействия на микробиом включают диету, лечение антибиотиками, инфекции и эффекты проживания и общения. Факторы, оказывающие положительное влияние на развитие микробиома и/или иммунитета ребенка, отмечены зеленым цветом; факторы, оказывающие отрицательное влияние, обозначены желтым цветом

Нарушения состава микробиома (дисбиоз) обычно характеризуется чрезмерным ростом потенциальных патогенов и недостатком полезных комменсалов, что изменяет поведение остальных бактерий в сообществе и предрасполагает хозяина к развитию определенного заболевания. Дисбиоз может быть как спровоцирован изменением образа жизни хозяина или окружающей среды, так и стать следствием межвидовых взаимодействий микроорганизмов, что модулируется резидентными представителями микробиома [14, 15]. Устойчивость микробиома имеет жизненно важное значение для поддержания симбиоза микроорганизмов и здорового равновесия с организмом хозяина. В отличие от кишечного микробиома, остается неясным, играет ли микробное разнообразие какую-либо роль в устойчивости респираторного микробиома, или устойчивость определяется лишь присутствием ключевых защитных родов или видов [16]. Cовременная модель заселения респираторного микробиома у детей предполагает, что ротоглотка и носоглотка образуют «основной материк», откуда микроорганизмы мигрируют на «удаленные острова» (т.е. в легкие), где состав микробного сообщества зависит от трех процессов: миграции, элиминации и репродукции микроорганизмов [17–19]. При этом микробная связь с ВДП сохраняется и активно функционирует (рис. 4).

Рис. 4. Состав микробиома дыхательных путей в раннем возрасте. Изменения физиологических параметров вдоль дыхательных путей создают уникальные экологические ниши, что в итоге формирует состав микробиома в раннем детском возрасте (обычно в течение первых 2–3 мес жизни). Верхние дыхательные пути являются важным источником микроб­ного заселения для легких, что происходит, наиболее вероятно, в результате микроаспирации. Это приводит к возникновению градиента состава и общей биомассы микробных сообществ с более низкой плотностью бактерий в дистальных частях дыхательных путей (адаптировано из [23])

Напротив, на поздних стадиях хронических заболеваний легких, таких как муковисцидоз, микробные популяции в итоге становятся изолированными в результате локальных изменений окружающей среды, условий и селекции микроорганизмов при многократном использовании антибиотиков [20]. Тем не менее легкодоступные к исследованию ВДП обычно используются в качестве основы для изучения микробиома НДП, что представляется адекватным методом в педиатрической по­пуляции как для хронических, так и для острых заболеваний и инфекций [21, 22].

Знакомство с различными микроорганизмами уже в раннем возрасте значительно влияет на ранние этапы развития микробиома носо­глотки ребенка. У детей, родившихся с помощью кесарева сечения, отмечалась задержка микробного заселения, также наблюдались си­туации с более длительным преобладанием S. aureus; более того, у этих детей было отмечено снижение количества «потенциальных защитников» Corynebacterium и Dolosigranulum spp. [3].

Тип питания ребенка определен важным фактором, ответственным за модели раннего микробного заселения: у 6-недельных детей, находящихся на исключительно грудном вскармливании, преобладали Corynebacterium- и Dolosigranulum spp.-доминантные профили мик­робиома, в то время как S. aureus обильно определялся в ВДП у детей, находящихся на искусственном вскармливании [9]. Кроме того, контакты с другими детьми в семье или в детском саду связаны с повышенным содержанием Haemophilus, Streptococcus и Moraxella spp., а также со сниженным содержанием Staphylococcus и Corynebacterium spp. [24].

Дальнейшее развитие микробиома ВДП ребенка от состава, в котором доминируют лишь несколько таксонов, к взрослой, более разно­образной структуре микробного сообщества происходит в течение первых лет жизни, хотя и остается неясным, когда микробиом носоглотки достигает полной зрелости [7].

Как только патогенные виды бактерий заселились в ВДП, взаимодействие с резидентной микробиотой позволяет ограничивать их вирулентность (степень патогенности) для хозяина-человека. Например, S. aureus является очень распространенным колонизатором ВДП в раннем возрасте, но при этом редко вызывает заболевания у младенцев. Это позволяют объяснить как синергические, так и антагонистические эффекты взаимодействия между микроорганизмами микро­биома. Например, Corynebacterium spp. способны ингибировать вирулентность S. aureus [25], или присутствие нескольких других видов рода Staphylococcus spp. может ограничивать рост S. aureus за счет секреции бактерицидных веществ [26, 27]. Кроме того, в результате воздействия «своих соседей» по микробиому поведение некоторых патогенных видов может измениться в сторону комменсализма. В таком состоянии, к примеру, S. aureus продуцирует природные антимикробные препараты, способные устранять конкурентов-бактерий [28]. Инвазивные инфекции, вызванные S. pneumoniae, скорее всего, разовьются вскоре ­после того, как человек приобретет ранее не встречавшийся ему штамм этой бактерии [29]. Однако при длительной колонизации ВДП конкретным штаммом наступает состояние симбиоза пневмококка с хо­зяином, когда колонизирующий штамм может исключать другие штаммы своего вида, с которыми не справляется иммунная система.