Новые данные о микробиоме здоровой кожи и его значении в развитии дерматозов

Кожа человека заселена огромным разнообразием бактерий, вирусов, грибов, и состав микроорганизмов варьирует в зависимости от различных участков кожи [1–4]. Однако сообщество микроорганизмов на коже человека является более сложным, чем считалось раньше.

Понимание состава микробного сообщества кожи – значительный шаг вперед по сравнению со старыми классификациями микробиоты, основанными на делении микроорганизмов на патогенные и условно-патогенные, появившимися благодаря развитию методов, которые основаны на технологиях визуализации, не зависящих от необходимости культивировать микроорганизмы. Важно, что последние описания состава микробиома кожи побудили ученых к новым исследованиям в направлении изучения функциональной значимости живущих на коже микроорганизмов и благодаря этому принесли новые достижения в понимании механизмов нормальной физиологии и болезни [1, 5].

Кожа постоянно подвергается воздействию различных эндогенных и экзогенных факторов, которые потенциально влияют на сбалансированную систему, тем самым вызывая разные патофизиологические состояния. Недостаток эффективных компенсаторных механизмов может в конечном итоге привести к инфекционным, аллергическим и аутоиммунным заболеваниям кожи. Прежде всего экологическая система в нормальных физиологических условиях должна поддерживать гомеостаз между микробиомом и хозяином. Механизмы, отвечающие за этот баланс, остаются по большей части неизвестными и усложняются исследованиями, показывающими, что состав микробиоты кожи варьирует от человека к человеку, но остается относительно стабильным [5, 6].

В этом обзоре представлены современные данные о микробиоме кожи и экспериментальных исследованиях, подтверждающих значимость такой важной системы в практике врача-дерматовенеролога.


Микробиота	Общее количество микроорганизмов внутри и на поверхности нашего организма
Кожная микробиота	Общее количество микроорганизмов внутри/на коже
Микробиом	Коллективный (общий) геном микроорганизмов
Микробиотическое разнообразие	Степень разнородности микробиоты
Дисбиоз микробиоты	Несбалансированное разнообразие микрбиоты
Метагеном	Общее количество геномной информации в микробиоте
Метатранскриптома	Транскриптома, генерируемая микробиотой
Пре- и пробиотики	Пробиотики являются живыми микроорганизмами, которые в адекватном количестве считаются полезными для здоровья человека. Пребиотики являются нежизнеспособными компонентами пищи, которые приносят выгоду организму, изменяя микробиоту
Антибиотики	Антибиотики имеют способность в водном растворе ингибировать рост бактерий и других микроорганизмов или разрушать их

Истоки изучения и определение

Подробные исследования микробиоты кожи человека начал проводить Клигман в 1950-е годы, использовав модернизированные методы исследования культуры клеток. В 2000 г. нобелевский лауреат Джошуа Ледерберг предложил использовать термин «микробиом человека» для описания общего генома местных микроорганизмов (микрофлоры), колонизирующих организм в целом [2, 7–9].

Несмотря на то что микробиом кишечника исследовался в течение многих лет, исследования микробиома кожи туловища, конечностей и волосистой части головы начались недавно. Микробиологи и дерматологи приложили совместные усилия для того, чтобы идентифицировать и охарактеризовать различные микроорганизмы, представленные в коже, а также оценить распространенность каждой популяции и понять, каким образом это может влиять на состояние кожи [2, 6].

Микробиота представлена различными микроорганизмами, находящимися внутри и на поверхности организма, например в кишечнике, полости носа, слизистой полости рта, слизистой дыхательных путей, волосистой части головы, коже туловища и конечностей. Следует отметить, что в целом описано только около 200 истинно патогенных микроорганизмов. Оставшаяся часть микробиотического мира считается комменсалами или факультативно-патогенными микроорганизмами. Последние эксперименты показали, что микробиом может способствовать распространению инфекции. Данные исследования поддерживают концепцию так называемого хологенома [2, 10].

Под микробиомом подразумевается коллективный (общий) геном микроорганизмов. Следовательно, микробиом кожи является геномом микроорганизмов, населяющих кожу, с которыми другие микроорганизмы поддерживают сложные взаимоотношения. К метагеному относится генетическая информация микробиоты, в то время как метатранскриптома соответствует транскриптоме (матричная РНК), генерируемой микробиотой. Пробиотики являются «живыми микроорганизмами, которые в адекватном количестве считаются полезными для здоровья человека», при этом пребиотики считаются «нежизнеспособными компонентами пищи, которые приносят выгоду организму, изменяя микробиоту» [2, 9]. Антибиотик является субстанцией, продуцируемой различными микроорганизмами и грибами, ингибирующей рост бактерий и других микроорганизмов или разрушающей их. Упомянутые определения приведены в таблице [2].

Исследование микробиома кожи

В настоящее время применяются три основные метода отбора образцов для получения результатов. Самый практичный метод для сбора крупных образцов – взятие мазка с помощью тампона. Это быстрый и простой способ, однако он поможет собрать образец только с рогового слоя. Соскоб кожи (D-squame) проводится с помощью адгезивной ленты и позволяет взять образец как с поверхности кожи – с рогового, зернистого слоев, так и с верхней части фолликулов. Техника является неинвазивной, однако не обеспечивает полного спектра кожной микробиоты, особенно в таких специфических слоях, как дерма. Панч-биопсия – инвазивный метод, но позволяет полностью изучить кожную микробиоту в глубоких слоях эпидермиса, дерме и сальных железах. Из-за инвазивности последний метод редко используется для качественного анализа [2, 11, 12].

Комбинирование различных техник сбора образцов позволяет произвести полную оценку микробиоты [2].

Культуру клеток можно вырастить традиционными методами на питательных средах. Бактерии затем изолируются, подсчитываются и описываются. К сожалению, данные техники ограничены жизненными характеристиками каждого вида бактерий. Только ограниченное количество видов размножается в условиях лабораторного оборудования, перенаселяя питательную среду и превосходя по количеству другие более привередливые бактерии, которые создают трудности для исследователей при корректном выделении и идентификации отдельных видов бактерий, а также при оценке относительной распространенности in situ в каждом образце. Культурозависимый анализ может оценить только лишь менее 1% видов бактерий, населяющих кожу [2, 13]. Новые культуронезависимые методы представляют собой достижения в геномной технологии. Эта современная техника распознает как специфические ДНК, так и РНК (16S рибосомальная РНК – рРНК) последовательности, которые содержит каждый организм. Это позволяет исследователям идентифицировать, охарактеризовать и измерить относительно верную распространенность каждой бактериальной действующей таксономической единицы, новый генетический инструмент в том или ином образце. Несмотря на то что геномные техники позволяют ученым идентифицировать постоянные виды и дать характеристику их динамики, эти методы не обеспечивают получение полной или частичной информации о структуре гена, клеточной функции и динамике, а также о взаимодействии «микроб–микроб» или «микроб–хозяин» и не дают информацию об отличиях между мертвыми и живыми микроорганизмами. Однако с помощью данной технологии мы можем сравнить глобальные бактериальные сообщества двух различных биотопов кожи, например поврежденных и неповрежденных ее участков, или до и после лечения [2, 12].

Лечение и трактовка образцов после их получения являются решающим аспектом для использования методов, основанных на изучении ДНК. На образцы не влияют температура и длительность хранения, как показали результаты пиросеквенирования генов 16S рРНК бактерий. Более того, относительная распространенность большинства таксонов в значительной степени не зависит от температуры даже после 14-дневного хранения [2, 14].

Результаты классических культуральных исследований во многом совпадают с данными современных технологий секвенирования. Например, старые отчеты о культурах кожи определяют носительство Staphylococcus aureus среди разных людей в 4% случаев, в то время как его близкий филогенетический родственник Staphylococcus epidermidis встречается гораздо чаще. Эти результаты сходны с данными секвенирования ДНК [1, 15].

Но секвенирование и культуральный метод не являются тождественными. Метод секвенирования ДНК способен обнаружить микроорганизмы, которые не могут быть культивированы. Этот лимит может объясняться тем, что многие уже обнаруженные на коже микроорганизмы могут быть убиты антимикробным воздействием кожи. На самом деле виды микроорганизмов, обнаруженные обоими методами, имеют тенденцию к устойчивости к окружающей среде эпидермиса. Кроме того, геномный метод показал, что в выборке разных участков тела у 129 мужчин и 113 женщин разнообразие в пределах одного образца (a-разнообразие) отличается в сравнении с образцами из той же среды среди испытуемых (b-разнообразие). В данном случае исследование показало, что кожа является промежуточным звеном между a- и b-разнообразием в сравнении с другими эпителиальными поверхностями [1].

Таким образом, вследствие непостоянства состава микросреды различных участков кожи и большой вариабельности в наружной терапии у разных лиц становится сложнее установить связь между конкретными микроорганизмами и функциями кожи. Важно, что уникальность состава микроорганизмов на поверхности кожи является стабильной с течением времени и предполагает последовательное предметное изучение [1].

Литература

Schommer NN, Gallo RL. Structure and function of the human skin microbiome. Trends Microbiol 2013; 21 (12): 660–8.
Dreno B, Araviiskaia E, Berardesca E et al. Microbiome in healthy skin, update for dermatologists. JEADV 2016; 30: 2038–47.
Nakatsuji T, Chiang H, Jiang SB et al. The microbiome extends to subepidermal compartments of normal skin. Nat Commun 2013; 4: 1431.
Zouboulis CC, Katsambas AD, Kligman AM. Pathogenesis and treatment of acne and rosacea. Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2014.
Costello EK, Lauber CL, Hamady M et al. Bacterial community variation in human body habitats across space and time. Science 2009; 326: 1694–7.
Grice EA, Kong HH, Conlan S et al. Topographical and temporal diversity of the human skin microbiome. Science 2009; 324: 1190–2.
Pillsbury DM, Shelley WB. Dermatology. Ann Rev Med 1954; 5: 363–88.
Ladizinski B, McLean R, Lee KC et al. The human skin microbiome. Int J Dermatol 2014; 53: 1177–9.
Lederberg J. Infectious history. Science 2000; 288: 287–93.
Zilber-Rosenberg I. Rosenberg E. Role of microorganisms in the evolution of animal and plants the hologenome theory of evolution. FEMS Microbiol Rev 2008; 32: 723–35.
Updegraff DM. Methods for determining the distribution of bacteria in the skin. J Am Oil Chem Soc 1967; 44: 481–3.
Grice EA, Kong HH, Renaud G et al. A diversity profile of the human skin microbiota. Genome Res 2008; 18: 1043–50.
Staley JT, Konopka A. Measurement of in situ activities of nonphotosynthetic microorganisms in aquatic and terrestrial habitats. Annu Rev Microbiol 1985; 39: 321–46.
Lauber CL, Zhou N, Gordon H et al. Effect of storage conditions on the assessment of bacterial community structure in soil and human-associated samples. FEMS Microbiol Lett 2010; 307: 80–6.
Kuehnert MJ, Kruszon-Moran D, Hill HA et al. Prevalence of Staphylococcus aureus nasal colonization in the United States, 2001–2002. J Infect Dis 2006; 193: 172–9.