ssmuБюллетень сибирской медициныBulletin of Siberian Medicine1682-03631819-3684Siberian State Medical University, the Ministry of Healthcare of the Russian Federation10.20538/1682-0363-2024-3-99-106ssmu-5745Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSМикробиота кишечника у детей, больных бронхиальной астмойIntestinal microbiota in children with bronchial asthmahttps://orcid.org/0000-0002-1085-0733СоколоваТ. С.SokolovaT. S.

Соколова Татьяна Сергеевна – канд. мед. наук, доцент, кафедра факультетской педиатрии с курсом детских болезней

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050

sokolova.ts@ssmu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0083-3398МальчукВ. Н.MalchukV. N.

Мальчук Виктория Николаевна – аспирант, кафедра факультетской педиатрии с курсом детских болезней

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050

viktoriya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7130-9609ФедороваО. С.FedorovaO. S.

Федорова Ольга Сергеевна – д-р мед. наук, зав. кафедрой факультетской педиатрии с курсом детских болезней

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050

olga.sergeevna.fedorova@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0000-7416-5017КуленичВ. В.KulenichV. V.

Куленич Виктория Владимировна – лаборант-исследователь, научно-образовательная лаборатория «Живая лаборатория популяционных исследований»

634050, г. Томск, Московский тракт, 2

2, Moscow Trakt, Tomsk, 634050

kulenich.vv@ssmu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1897-4033ОдинцоваВ. Е.OdintsovaV. E.

Одинцова Вера Евгеньевна – главный биоинформатик

123423, г. Москва, ул. Народного ополчения, 34

34, Narodnogo Opolcheniia Str., Moscow, 123423

vera.odintsova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7389-0476КошечкинС. И.KoshechkinS. I.

Кошечкин Станислав Игоревич – канд. биол. наук, директор по науке 

123423, г. Москва, ул. Народного ополчения, 34

34, Narodnogo Opolcheniia Str., Moscow, 123423

t.Koshechkin@gmail.comСибирский государственный медицинский университетРоссияSiberian State Medical UniversityRussian FederationООО «Нобиас Технолоджис»РоссияNobias Technologies LLCRussian Federation20241010202423399106Copyright © Соколова Т.С., Мальчук В.Н., Федорова О.С., Куленич В.В., Одинцова В.Е., Кошечкин С.И., 20242024Соколова Т.С., Мальчук В.Н., Федорова О.С., Куленич В.В., Одинцова В.Е., Кошечкин С.И.Sokolova T.S., Malchuk V.N., Fedorova O.S., Kulenich V.V., Odintsova V.E., Koshechkin S.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.ssmu.ru/jour/article/view/5745Введение

Введение. Микробиота кишечника является одним из важнейших факторов, определяющих состояние здоровья человека, в том числе оказывает влияние на иммунологические механизмы развития аллергических болезней в детском возрасте. Роль микробиоты кишечника и оси «кишечник – легкие» в развитии и течении бронхиальной астмы (БА) является актуальной областью исследований.

Цель – провести анализ таксономического состава кишечной микробиоты у детей с БА с использованием метода секвенирования 16S pРНК.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследование включены пациенты, страдающие БА (n = 50, средний возраст 10,34 ± 2,99) и группа условно здоровых детей (n = 49, средний возраст 10,3 ± 2,8). Для всех участников выполнен сбор анамнеза и физикальное обследование, сбор образцов стула. Пациентам с БА проводилась оценка уровня общего и специфического иммуноглобулина (Ig) Е и спирометрия (измерение объема форсированного выдоха за первую секунду (ОФВ1)). Определение состава микробиоты выполнено с помощью секвенирования гена 16S рPНК с последующим биоинформатическим и статистическим анализом.

Результаты

Результаты. Установлены значимые различия в составе микробиоты кишечника (бета-разнообразие) и снижение таксономического богатства (альфа-разнообразия) у пациентов с БА в сравнении с детьми без БА. У пациентов с БА увеличена представленность бактерий родов Bacteroides, Parabacteroides, Lachnospira, Roseburia, Akkermansia, Anaerostipes, Sutterella, Odoribacter, Phascolarctobacterium, Butyricimonas, а также неклассифицированные бактерии семейств Rikenellaceae. Кишечная микробиота детей, не страдающих БА, характеризовалась более высоким содержанием бактерий родов Blautia, Bifidobacterium, Dorea, Ruminococcus, Streptococcus, Eubacterium, Acinetobacter, Collinsella, Lactococcus, Catenibacterium и неклассифицированные бактерии семейств Clostridiaceae, Coriobacteriaceae. Выявлены значимые отличия в количественной представленности бактерий в зависимости от вида сенсибилизации, уровня общего иммуноглобулина IgE и значения ОФВ1 .

Заключение

Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о различиях состава микробиоты кишечника детей, страдающих БА, и условно здоровых детей.

Background

Background. Intestinal microbiota is one of the most important factors determining the state of human health, including its influence on the immunological mechanisms regulating the development of allergic diseases in childhood. The role of intestinal microbiota and the gut – lung axis in the development of bronchial asthma (BA) is an important area of research.

Aim

Aim. To analyze the taxonomic composition of intestinal microbiota in children with BA using 16S rRNA gene sequencing.

Materials and methods

Materials and methods. The study included patients with BA (n = 50, mean age 10.34 ± 2.99 years) and a group of apparently healthy individuals (n = 49, mean age 10.3 ± 2.8 years). For all patients, medical history was taken, and physical examination and stool test were performed. Patients with BA were assessed for the level of total and specific immunoglobulin (Ig) E and underwent spirometry. The microbiota composition was analyzed by 16S rRNA gene sequencing with subsequent bioinformatic and statistical analysis.

Results

Results. Significant differences in the composition of the intestinal microbiota (beta diversity) and a decrease in taxonomic diversity (alpha diversity) were found in patients with BA compared to healthy controls. The intestinal microbiota of patients with BA was characterized by an increase in the abundance of Bacteroides, Parabacteroides, Lachnospira, Roseburia, Akkermansia, Anaerostipes, Sutterella, Odoribacter, Phascolarctobacterium, Butyricimonas, as well as unclassified bacteria from the Rikenellaceae families. The intestinal microbiota of children without BA was characterized by greater abundance of bacteria from Blautia, Bifidobacterium, Dorea, Ruminococcus, Streptococcus, Eubacterium, Acinetobacter, Collinsella, Lactococcus, Catenibacterium genera and unclassified bacteria from the Clostridiaceae and Coriobacteriaceae families. Significant differences in the quantitative abundance of bacteria were revealed depending on the type of sensitization, the level of total IgE, and the value of FEV1.

Conclusion

Conclusion. The results obtained indicate the differences in the intestinal microbiota composition in children with BA and healthy children.

кишечная микробиотабронхиальная астмасеквенирование 16S рРНКдетиintestinal microbiotabronchial asthma16S rRNA gene sequencingchildrenReferencesLevy M.L., Bacharier L.B., Bateman E., Boulet L.-P., Brightling C., Buhl R. et al. Key recommendations for primary care from the 2022 Global Initiative for Asthma (GINA) update. NPJ Prim. Care Respir. Med. 2023;33(7). DOI: 10.1038/s41533-023-00330-1.Levy M.L., Bacharier L.B., Bateman E., Boulet L.-P., Brightling C., Buhl R. et al. Key recommendations for primary care from the 2022 Global Initiative for Asthma (GINA) update. NPJ Prim. Care Respir. Med. 2023;33(7). DOI: 10.1038/s41533-023-00330-1.Dharmage S.C., Perret J.L., Custovic A. Epidemiology of asthma in children and adults. Front. Pediatr. 2019;246(7). DOI: 10.3389/fped.2019.00246.Dharmage S.C., Perret J.L., Custovic A. Epidemiology of asthma in children and adults. Front. Pediatr. 2019;246(7). DOI: 10.3389/fped.2019.00246.Zhu Z., Camargo C.A., Raita Y., Freishtat R.J., Fujiogi M., Hahn A. et al. Nasopharyngeal airway dual-transcriptome of infants with severe bronchiolitis and risk of childhood asthma: A multicenter prospective study. J. Allergy Clin. Immunol. 2022;150(4):806–816. DOI: 10.1016/j.jaci.2022.04.017.Zhu Z., Camargo C.A., Raita Y., Freishtat R.J., Fujiogi M., Hahn A. et al. Nasopharyngeal airway dual-transcriptome of infants with severe bronchiolitis and risk of childhood asthma: A multicenter prospective study. J. Allergy Clin. Immunol. 2022;150(4):806–816. DOI: 10.1016/j.jaci.2022.04.017.Thorsen J., Rasmussen M.A., Waage J., Mortensen M., Brejnrod A., Bonnelykke K. et al. Infant airway microbiota and topical immune perturbations in the origins of childhood asthma. Nat. Commun. 2019;10(1):5001. DOI: 10.1038/s41467-01912989-7.Thorsen J., Rasmussen M.A., Waage J., Mortensen M., Brejnrod A., Bonnelykke K. et al. Infant airway microbiota and topical immune perturbations in the origins of childhood asthma. Nat. Commun. 2019;10(1):5001. DOI: 10.1038/s41467-01912989-7.Toivonen L., Karppinen S., Schuez-Havupalo L., Waris M., He Q., Hoffman K.L. et al. Longitudinal changes in early nasal microbiota and the risk of childhood asthma. Pediatrics. 2020;146(4). DOI: 10.1542/peds.2020-0421.Toivonen L., Karppinen S., Schuez-Havupalo L., Waris M., He Q., Hoffman K.L. et al. Longitudinal changes in early nasal microbiota and the risk of childhood asthma. Pediatrics. 2020;146(4). DOI: 10.1542/peds.2020-0421.Marsland B.J., Trompette A., Gollwitzer E.S. The gut-lung axis in respiratory disease. Ann. Am. Thorac. Soc. 2015;12(2):150– 156. DOI: 10.1513/AnnalsATS.201503-133AW.Marsland B.J., Trompette A., Gollwitzer E.S. The gut-lung axis in respiratory disease. Ann. Am. Thorac. Soc. 2015;12(2):150– 156. DOI: 10.1513/AnnalsATS.201503-133AW.Budden K.F., Gellatly S.L., Wood D.L., Cooper M.A., Morrison M., Hugenholtz P. et al. Emerging pathogenic links between microbiota and the gut-lung axis. Nat. Rev. Microbiol. 2017;15(1):55–63. DOI: 10.1038/nrmicro.2016.142.Budden K.F., Gellatly S.L., Wood D.L., Cooper M.A., Morrison M., Hugenholtz P. et al. Emerging pathogenic links between microbiota and the gut-lung axis. Nat. Rev. Microbiol. 2017;15(1):55–63. DOI: 10.1038/nrmicro.2016.142.Ashique S., De Rubis G., Sirohi E., Mishra N., Rihan M., Garg A. et al. Short chain fatty acids: fundamental mediators of the gut-lung axis and their involvement in pulmonary diseases. Chem. Biol. Interact. 2022;368:110231. DOI: 10.1016/j.cbi.2022.110231.Ashique S., De Rubis G., Sirohi E., Mishra N., Rihan M., Garg A. et al. Short chain fatty acids: fundamental mediators of the gut-lung axis and their involvement in pulmonary diseases. Chem. Biol. Interact. 2022;368:110231. DOI: 10.1016/j.cbi.2022.110231.Arrieta M.C., Stiemsma L.T., Dimitriu P.A., Thorson L., Russell S., Yurist-Doutsch S. et al. Early infancy microbial and metabolic alterations affect risk of childhood asthma. Sci. Transl. Med. 2015;7(307):307ra152. DOI: 10.1126/scitranslmed.aab2271.Arrieta M.C., Stiemsma L.T., Dimitriu P.A., Thorson L., Russell S., Yurist-Doutsch S. et al. Early infancy microbial and metabolic alterations affect risk of childhood asthma. Sci. Transl. Med. 2015;7(307):307ra152. DOI: 10.1126/scitranslmed.aab2271.Abrahamsson T.R., Jakobsson H.E., Andersson A.F., Björkstén B., Engstrand L., Jenmalm M.C. Low gut microbiota diversity in early infancy precedes asthma at school age. Clin. Exp. Allergy. 2014;44(6):842–850. DOI: 10.1111/cea.12253.Abrahamsson T.R., Jakobsson H.E., Andersson A.F., Björkstén B., Engstrand L., Jenmalm M.C. Low gut microbiota diversity in early infancy precedes asthma at school age. Clin. Exp. Allergy. 2014;44(6):842–850. DOI: 10.1111/cea.12253.Stokholm J., Blaser M.J., Thorsen J., Rasmussen M.A., Waage J., Vinding R.K. et al. Maturation of the gut microbiome and risk of asthma in childhood. Nat. Commun. 2018;9(1):141. DOI: 10.1038/s41467-017-02573-2.Stokholm J., Blaser M.J., Thorsen J., Rasmussen M.A., Waage J., Vinding R.K. et al. Maturation of the gut microbiome and risk of asthma in childhood. Nat. Commun. 2018;9(1):141. DOI: 10.1038/s41467-017-02573-2.Зольникова О.Ю., Поцхверашвили Н.Д., Кудрявцева А.В., Краснов Г.С., Гуватова З.Г., Трухманов А.С. и др. Изменение кишечного микробиома при бронхиальной астме. Терапевтический архив. 2020;92(3):56–60. DOI: 10. 26442/00403660.2020.03.000554.Зольникова О.Ю., Поцхверашвили Н.Д., Кудрявцева А.В., Краснов Г.С., Гуватова З.Г., Трухманов А.С. и др. Изменение кишечного микробиома при бронхиальной астме. Терапевтический архив. 2020;92(3):56–60. DOI: 10. 26442/00403660.2020.03.000554.Федосенко С.В., Огородова Л.М., Попенко А.С., Петров В.А., Тяхт А.В., Салтыкова И.В. и др. Особенности орофарингеальной микробиоты у больных бронхиальной астмой в зависимости от тяжести заболевания и уровня контроля. Российский аллергологический журнал. 2015;2:29–36.Федосенко С.В., Огородова Л.М., Попенко А.С., Петров В.А., Тяхт А.В., Салтыкова И.В. и др. Особенности орофарингеальной микробиоты у больных бронхиальной астмой в зависимости от тяжести заболевания и уровня контроля. Российский аллергологический журнал. 2015;2:29–36.Sokolova T.S., Petrov V.A., Saltykova I.V., Dorofeeva Y.B., Tyakht A.V., Ogorodova L.M. et al. The impact of Opisthorchis felineus infection and praziquantel treatment on the intestinal microbiota in children. Acta Trop. 2021;217:105835. DOI: 10.1016/j.actatropica.2021.105835.Sokolova T.S., Petrov V.A., Saltykova I.V., Dorofeeva Y.B., Tyakht A.V., Ogorodova L.M. et al. The impact of Opisthorchis felineus infection and praziquantel treatment on the intestinal microbiota in children. Acta Trop. 2021;217:105835. DOI: 10.1016/j.actatropica.2021.105835.Efimova D., Tyakht A., Popenko A., Vasilyev A., Altukhov I., Dovidchenko N. et al. Knomics-biota – a system for exploratory analysis of human gut microbiota data. BioData Min. 2018;6(11). DOI: 10.1186/s13040-018-0187-3Efimova D., Tyakht A., Popenko A., Vasilyev A., Altukhov I., Dovidchenko N. et al. Knomics-biota – a system for exploratory analysis of human gut microbiota data. BioData Min. 2018;6(11). DOI: 10.1186/s13040-018-0187-3Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K. et al. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat. Methods. 2010;7(5):335–336. DOI: 10.1038/nmeth.f.303.Caporaso J.G., Kuczynski J., Stombaugh J., Bittinger K., Bushman F.D., Costello E.K. et al. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data. Nat. Methods. 2010;7(5):335–336. DOI: 10.1038/nmeth.f.303.Odintsova V.E., Klimenko N.S., Tyakht A.V. Approximation of a microbiome composition shift by a change in a single balance between two groups of taxa. Msystems. 2022;7(3):e00155-22. DOI: 10.1128/msystems.00155-22.Odintsova V.E., Klimenko N.S., Tyakht A.V. Approximation of a microbiome composition shift by a change in a single balance between two groups of taxa. Msystems. 2022;7(3):e00155-22. DOI: 10.1128/msystems.00155-22.Anderson M.J. A new method for non-parametric multivariate analysis of variance. Austral. Ecology. 2001;26(1): 32–46. DOI: 10.1111/j.1442-9993.2001.01070.Anderson M.J. A new method for non-parametric multivariate analysis of variance. Austral. Ecology. 2001;26(1): 32–46. DOI: 10.1111/j.1442-9993.2001.01070.Chen C.C., Chen K.J., Kong M.S., Chang H.J., Huang J.L. Alterations in the gut microbiotas of children with food sensitization in early life. Pediatr. Allergy Immunol. 2016;27(3):254– 262. DOI: 10.1111/pai.12522.Chen C.C., Chen K.J., Kong M.S., Chang H.J., Huang J.L. Alterations in the gut microbiotas of children with food sensitization in early life. Pediatr. Allergy Immunol. 2016;27(3):254– 262. DOI: 10.1111/pai.12522.Hsieh C.S., Rengarajan S., Kau A., Tarazona-Meza C., Nicholson A., Checkley W. et al. Altered IgA response to gut bacteria is associated with childhood asthma in Peru. J. Immunol. 2021;207(2):398–407. DOI: 10.4049/jimmunol.2001296.Hsieh C.S., Rengarajan S., Kau A., Tarazona-Meza C., Nicholson A., Checkley W. et al. Altered IgA response to gut bacteria is associated with childhood asthma in Peru. J. Immunol. 2021;207(2):398–407. DOI: 10.4049/jimmunol.2001296.Hou K., Wu Z.X., Chen X.Y., Wang J.Q., Zhang D., Xiao C. et al. Microbiota in health and diseases. Signal Transduct. Target Ther. 2022;7(1):135. DOI: 10.1038/s41392-022-00974-4.Hou K., Wu Z.X., Chen X.Y., Wang J.Q., Zhang D., Xiao C. et al. Microbiota in health and diseases. Signal Transduct. Target Ther. 2022;7(1):135. DOI: 10.1038/s41392-022-00974-4.Price C.E., Valls R.A., Ramsey A.R., Loeven N.A., Jones J.T., Barrack K.E. et al. Intestinal Bacteroides modulates inflammation, systemic cytokines, and microbial ecology via propionate in a mouse model of cystic fibrosis. mBio. 2024;15(2):e0314423. DOI: 10.1128/mbio.03144-23.Price C.E., Valls R.A., Ramsey A.R., Loeven N.A., Jones J.T., Barrack K.E. et al. Intestinal Bacteroides modulates inflammation, systemic cytokines, and microbial ecology via propionate in a mouse model of cystic fibrosis. mBio. 2024;15(2):e0314423. DOI: 10.1128/mbio.03144-23.Cheng Z.X., Wu Y.X., Jie Z.J., Li X.J., Zhang J. Genetic evidence on the causality between gut microbiota and various asthma phenotypes: a two-sample Mendelian randomization study. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;13:1270067. DOI: 10.3389/fcimb.2023.1270067.Cheng Z.X., Wu Y.X., Jie Z.J., Li X.J., Zhang J. Genetic evidence on the causality between gut microbiota and various asthma phenotypes: a two-sample Mendelian randomization study. Front. Cell Infect. Microbiol. 2024;13:1270067. DOI: 10.3389/fcimb.2023.1270067.Melli L.C., do Carmo-Rodrigues M.S., Araújo-Filho H.B., Solé D., de Morais M.B. Intestinal microbiota and allergic diseases: A systematic review. Allergol. Immunopathol. (Madr.). 2016;44(2):177–188. DOI: 10.1016/j.aller.2015.01.013.Melli L.C., do Carmo-Rodrigues M.S., Araújo-Filho H.B., Solé D., de Morais M.B. Intestinal microbiota and allergic diseases: A systematic review. Allergol. Immunopathol. (Madr.). 2016;44(2):177–188. DOI: 10.1016/j.aller.2015.01.013.Jeong J., Lee H.K. The role of CD4+ T cells and microbiota in the pathogenesis of asthma. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(21):11822. DOI: 10.3390/ijms222111822.Jeong J., Lee H.K. The role of CD4+ T cells and microbiota in the pathogenesis of asthma. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(21):11822. DOI: 10.3390/ijms222111822.Chun Y., Do A., Grishina G., Arditi Z., Ribeiro V., Grishin A. et al. The nasal microbiome, nasal transcriptome, and pet sensitization. J. Allergy Clin. Immunol. 2021;148(1):244–249.e4. DOI: 10.1016/j.jaci.2021.01.031.Chun Y., Do A., Grishina G., Arditi Z., Ribeiro V., Grishin A. et al. The nasal microbiome, nasal transcriptome, and pet sensitization. J. Allergy Clin. Immunol. 2021;148(1):244–249.e4. DOI: 10.1016/j.jaci.2021.01.031.Новикова В.П., Листопадова А.П., Косенкова Т.В., Павлова С.Е., Демченкова О.А. Кишечная микробиота у детей с бронхиальной астмой. Профилактическая и клиническая медицина. 2017;4(65):30–34.Новикова В.П., Листопадова А.П., Косенкова Т.В., Павлова С.Е., Демченкова О.А. Кишечная микробиота у детей с бронхиальной астмой. Профилактическая и клиническая медицина. 2017;4(65):30–34.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.