Бифидобактерии: механизм действия, классификация, медико-биологическое значение и перспективы исследования

В статье представлен обзор современных данных о бифидобактериях, их морфологии, классификации и функциональных характеристиках. Рассматривается их влияние на здоровье человека, включая модуляцию иммунитета, участие в метаболических процессах и защиту кишечного барьера. Особое внимание уделено видам Bifidobacterium bifidum, B. longum, B. breve и B. adolescentis, их применению в пробиотиках и перспективам дальнейших исследований. Описаны их терапевтические свойства, включая использование в профилактике и лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), метаболических и иммунных нарушений. Также обсуждаются перспективы разработки новых пробиотических препаратов и их клиническое применение.

Введение

Бифидобактерии (Bifidobacterium) — род грамположительных анаэробных бактерий, играющих ключевую роль в поддержании здоровья человека. Они являются одними из первых микроорганизмов, заселяющих кишечник новорождённых, и составляют значительную часть микробиоты кишечника на протяжении всей жизни. Бифидобактерии участвуют в процессах пищеварения, синтезе витаминов и модуляции иммунного ответа [1].

В последние десятилетия интерес к бифидобактериям значительно возрос, что связано с их потенциальной пользой для здоровья и возможностью применения в качестве пробиотиков. Пробиотики, содержащие бифидобактерии, используются для профилактики и лечения различных заболеваний желудочно-кишечного тракта, включая дисбактериоз, синдром раздражённого кишечника и воспалительные заболевания кишечника. Обширные исследования продемонстрировали их потенциальное терапевтическое применение в профилактике и лечении целого ряда желудочно-кишечных, метаболических, иммунологических и неврологических заболеваний.

Современные исследования направлены на изучение различных видов бифидобактерий и их морфологических, генетических и функциональных характеристик. Особое внимание уделяется их способности выживать в условиях желудочно-кишечного тракта, взаимодействию с другими компонентами микробиоты и влиянию на здоровье хозяина.

Несмотря на значительный прогресс в изучении бифидобактерий, остаются нерешённые вопросы, связанные с их идентификацией, классификацией и механизмами действия. Традиционные методы идентификации, основанные на морфологических и биохимических признаках, часто недостаточны для точного определения видов. Введение молекулярно-генетических методов, таких как секвенирование генов 16S рРНК, позволило уточнить филогенетические взаимоотношения между различными видами бифидобактерий и улучшить их классификацию [2].

Целью данной статьи является обзор современных данных о бифидобактериях с акцентом на виды B. bifidum, B. longum, B. breve и B. adolescentis. В статье рассматривается их морфология, классификация, биологические функции, медицинское значение, применение в продуктах питания и пробиотиках, а также методы исследования и перспективы дальнейших разработок в этой области.

Механизм действия бифидобактерий

Механизм пробиотического действия бактерий рода Bifidobacterium основан на работе биологически активных гликоконъюгатов: полисахаридов, гликопротеинов, гликолипидов, фосфогликолипидов и липотейхоевой кислоты, которая содержится в клеточной стенке бактерий. Эти молекулы обладают иммуномодулирующими и противоопухолевыми свойствами, активируя различные иммунные реакции. Гликоконъюгаты корректируют популяцию лимфоцитов и повышают фагоцитарную активность нейтрофилов, индуцируя синтез альфа- и гамма- интерферонов и ФНО-α, что усиливает неспецифическую резистентность организма.

Конститутивный иммунный ответ является первичным механизмом защиты при нарушениях микробиоценоза. Он обусловлен выработкой эндогенных цитокинов, включая интерфероны (IFN-α, IFN-γ) и ФНО-α. ФНО-α, активируя макрофаги и усиливая продукцию оксида азота, способствует элиминации патогенов внутри фагоцитирующих клеток. Иммунологическая толерантность к антигенам симбиотической микрофлоры критически важна для гомеостаза. Её нарушение, сопровождающееся высоким уровнем антител против бифидобактерий, может приводить к устойчивым нарушениям микробиоценоза кишечника [1].

Согласно результатам исследований, бифидобактерии нормализуют количественные и функциональные характеристики В- и Т-клеток, повышают продукцию интерферонов и ФНО-α. Стимуляция продукции цитокинов коррелирует с концентрацией иммуномодулирующих гликоконъюгатов [3]. Гликолипиды актиномицетов, такие как димиколат трегалозы, фенольные гликолипиды, липоарабиноманнан и полярные липоолигосахариды, обладают выраженной иммуногенной активностью и применяются в серодиагностике. Аналогичные свойства выявлены у полярных липидов некоторых штаммов Bifidobacterium adolescentis, обладающих высокой иммунореактивностью и серологической специфичностью.

Иммунодиагностические тесты (dot-EIA и ELISA), использующие антигены гликолипидов и фосфолипидов Bifidobacterium, демонстрируют перспективность для серологической экспресс-диагностики смешанных инфекций, ранней идентификации патогенов у пациентов с высоким риском септических осложнений и мониторинга дисбиозов. Дальнейшее исследование структурных и функциональных характеристик липидных соединений бифидобактерий позволит выявить новые мишени для разработки эффективных лечебно-профилактических пробиотических препаратов, что открывает перспективы для инновационных биомедицинских технологий.

Морфология и классификация бифидобактерий

Род Bifidobacterium — ключевой представитель типа Actinobacteria, класса Actinobacteria (грамположительные бактерии с высоким содержанием G+C), отряда Bifidobacteriales и семейства Bifidobacteriaceae. С момента его первого описания в 1924 г. таксономия этого рода значительно эволюционировала благодаря достижениям в области молекулярной биологии и секвенирования генома. На сегодняшний день известно более 50 видов бифидобактерий, и по мере ускорения исследований микробиома регулярно описываются новые виды и подвиды [4].

Традиционно классификация бифидобактерий основывалась на морфологических и биохимических признаках, в частности на способности усваивать углеводы с помощью уникального пути ферментации, известного как «бифидобактериальный шунт» (фруктозо-6-фосфатный путь). Этому процессу способствует фермент фруктозо-6-фосфатфосфокетолаза (Xfp), который уже давно является отличительным признаком бифидобактерий. Однако с появлением секвенирования следующего поколения (NGS) и сравнительной геномики современная классификация основывается главным образом на филогенетическом анализе гена 16S рРНК и полногеномном секвенировании [5].

Значительный прорыв в классификации бифидобактерий произошёл в последние годы, когда были проведены широкомасштабные работы по секвенированию генома [6]. Филогенетическое исследование, в ходе которого были проанализированы 48 последовательностей генома, выявило семь различных филогенетических групп внутри рода:

1. Группа бифидобактерий adolescentis (B. adolescentis, B. catenulatum, B. pseudocatenulatum).
2. Группа Bifidobacterium asteroides — обычно содержится в кишечной микрофлоре насекомых.
3. Группа Bifidobacterium boum — встречается у жвачных животных.
4. Группа Bifidobacterium longum (B. longum, B. breve).
5. Группа Bifidobacterium bifidum (В. bifidum).
6. Группа Bifidobacterium pseudolongum — часто встречаются в кишечнике животных.
7. Группа Bifidobacterium pullorum — в основном заселяют птиц.

Эти группы частично коррелируют с экологическими нишами, из которых они были первоначально выделены, что демонстрирует эволюционную адаптацию бифидобактерий к различным хозяевам [7]. Важно отметить, что виды из групп B. longum, B. adolescentis и B. bifidum обычно встречаются в кишечнике человека и являются основными видами бифидобактерий, используемых в рецептурах пробиотиков.

Bifidobacterium bifidum

Среди многих видов бифидобактерий Bifidobacterium bifidum является одним из наиболее хорошо изученных благодаря своей важной роли в здоровье кишечника человека. Он относится к преобладающим и функционально значимым представителям кишечной микрофлоры человека, особенно в раннем детском возрасте.

Его генетическая структура характеризуется высокой долей генов, отвечающих за метаболизм и транспорт углеводов, включая те, которые отвечают за деградацию муцина, что является отличительной чертой этого вида [8]. Способность B. bifidum утилизировать гликаны, полученные от хозяина, обеспечивает конкурентное преимущество при колонизации кишечника, главным образом у новорожденных. У взрослых людей его количество снижается, но он остаётся важной частью микробиома кишечника, способствуя модуляции иммунитета, пищеварению и целостности кишечного барьера [9].

В отличие от многих штаммов бактерий, которые быстро проходят через желудочно-кишечный тракт, B. bifidum обладает исключительной способностью прикрепляться к эпителиальным клеткам кишечника, что обеспечивает более длительную колонизацию и потенциальную пользу для здоровья. Эта способность обусловлена наличием на поверхности специализированных молекул экзополисахаридов и гликопротеинов, способствующих адгезии.

Помимо колонизации, B. bifidum участвует в модуляции иммунного ответа организма. Известно, что B. bifidum влияет на пластичность регуляторных Т-лимфоцитов Treg/TH17, способствуя иммунному гомеостазу и толерантности слизистой оболочки. Было обнаружено, что некоторые штаммы (B. bifidum PRL2010) вызывают сильную провоспалительную реакцию, одновременно снижая уровень специфических хемокинов и белков теплового шока, что приводит к общему иммуномодулирующему эффекту, что может быть применимо для предотвращения чрезмерных воспалительных реакций [10].

Полезные и терапевтические свойства B. bifidum основаны на его пробиотическом потенциале. Данный вид обладает антагонистической активностью в отношении некоторых патогенов (Helicobacter pylori), способен смягчать течение воспалительных заболеваний кишечника и поддерживать целостность кишечного барьера. Новые исследования указывают на возможную связь между B. bifidum и неврологическим здоровьем, потенциально влияющую на настроение и когнитивные функции через ось «кишечник—мозг» [11].

В целом, B. bifidum представляет собой высокоспециализированную комменсальную бактерию, занимающую определённую роль в экологии кишечника человека. Несмотря на пробиотический потенциал, существуют различия между штаммами, и не все штаммы B. bifidum одинаково полезны для здоровья. Дальнейшие геномные и функциональные исследования необходимы для изучения влияния этого вида бифидобактерий на организм хозяина и его потенциал для применения в качестве пробиотиков.

Bifidobacterium longum

Bifidobacterium longum — один из наиболее доминирующих и хорошо изученных видов бифидобактерий в микробиоме кишечника человека. Хотя его содержание снижается в зрелом возрасте и ещё больше снижается у пожилых людей, он является существенным компонентом кишечной микробиоты [12].

Сравнительная геномика выявила более 3600 семейств генов у этого вида, значительная часть которых связана с углеводным обменом. К примеру, B. longum subsp. infantis особенно хорошо усваивает олигосахариды из грудного молока (ОГМ), что даёт большое преимущество при колонизации кишечника младенца. B. longum subsp. Longum, напротив, лучше приспособлен к усвоению сложных полисахаридов растительного происхождения, что способствует его сохранению в микробиоте взрослого человека [13].

Bifidobacterium longum делят на четыре подвида:

1. B. longum subsp. infantis (обычно называемый B. infantis) — специализирован на потреблении ОГМ и широко распространён среди детей, находящихся на грудном вскармливании.
2. B. longum subsp. longum — более разносторонний в контексте углеводного обмена, благодаря чему сохраняется как у младенцев, так и у взрослых.
3. B. longum subsp. suis — в основном встречается у свиней, но также был обнаружен в микробиомах человека.
4. B. longum subsp. suillum — ранее был обнаружен только у животных-хозяев, но недавние исследования указывают на его присутствие в кишечнике человека.

Такая адаптивность в значительной степени обусловлена способностью B. longum расщеплять широкий спектр пищевых углеводов и углеводов, получаемых из организма хозяина [14]. Более 13 % кластеров генов в его геноме отвечают за углеводный обмен, что позволяет ему использовать растительные полисахариды и другие сложные сахара, которые многие кишечные бактерии не могут переварить [15]. В результате B. longum закрепляется в кишечнике на длительный срок, в отличие от многих других штаммов пробиотиков, которые колонизируют кишечник лишь временно.

Данный штамм бифидобактерий активно изучается благодаря своему пробиотическому потенциалу. Способность B. longum эффективно колонизировать желудочно-кишечный тракт человека обусловлена его способностью противостоять стрессовым воздействиям окружающей среды — кислой среде и солям желчных кислот, таким как кислая среда и соли желчных кислот. Механизмы кислотоустойчивости заключаются в изменениях в составе мембран, активации системы F0F1-АТФазы и повышенной экспрессии защитных белков: белков теплового шока и экзополисахаридов [16]. Присутствие экзополисахаридов также способствует образованию биопленки, что повышает эффективность колонизации, выступая как фактор адгезии, способствующий взаимодействию с эпителиальными клетками кишечника, и вместе с тем модулирует иммунные реакции хозяина. Помимо этого, B. longum может быть эффективен в борьбе с синдромом раздражённого кишечника, снижении продукции провоспалительных цитокинов и поддержании когнитивных процессов [17].

Bifidobacterium longum представляет собой универсальный и полезный элемент микробиома кишечника человека. Трудность в изучении свойств B. longum заключается в обеспечении доступности и постоянства высококачественных штаммов. Будущие исследования продолжат анализ его геномного разнообразия, функциональных свойств и применения в качестве пробиотиков [18].

Bifidobacterium breve

Bifidobacterium breve — один из доминирующих элементов кишечной микробиоты детей, известный своим пробиотическим потенциалом. Геном B. breve имеет особенные гены, кодирующие гликозилгидролазы и транспортные системы, которые способствуют расщеплению и усвоению сложных углеводов, включая пищевые волокна и ОГМ [19]. Кроме того, некоторые штаммы B. breve демонстрируют специфические для штамма вариации в своём геномном составе, влияющие на их экологические свойства и функциональные возможности пробиотиков [20].

Отличительной особенностью B. breve является его устойчивое приживление в желудочно-кишечном тракте, что объясняется его кислото- и желчеустойчивостью. Производство большого количества экзополисахаридов дополнительно повышает его эластичность, защищая от воздействия окружающей среды и способствуя адгезии к поверхности кишечника. По этой причине B. breve используется в рецептурах функциональных пищевых продуктов, включая кисломолочные продукты и пробиотические добавки — было показано, что микрокапсулированный B. breve сохраняет более высокую жизнеспособность в условиях искусственного желудочно-кишечного тракта по сравнению со свободными клетками, что является ценным свойством для пробиотика [21]. Также B. breve продемонстрировал антимикробную активность в отношении ряда энтеропатогенов, опосредованную выработкой бактериоцина и конкурентным вытеснением патогенов [22].

Помимо своей роли в колонизации кишечника, B. breve оказывает иммуномодулирующее действие, влияя как на врожденные, так и на адаптивные иммунные реакции. Было показано, что он усиливает регуляторные реакции Т-клеток, модулирует выработку цитокинов и уменьшает воспаление кишечника [23].

Bifidobacterium breve можно назвать высокоадаптивным видом микробиома кишечника человека, обладающим рядом потенциальных преимуществ. Текущие и последующие исследования позволят еще больше прояснить его механизмы и расширить область применения в клинической практике.

Bifidobacterium adolescentis

Bifidobacterium adolescentis — один из наиболее распространённых видов бифидобактерий в толстом кишечнике взрослого человека. Примечательно, что его содержание ниже у детей и пожилых людей.

В процессе эволюции Bifidobacterium adolescentis приобрёл способность эффективно ферментировать гликаны растительного происхождения, обладая широким спектром переносчиков сахара и ферментов для расщепления. Такая универсальность метаболизма позволяет ему использовать различные углеводы, что благоприятствует его успешной колонизации кишечника человека [24].

B. adolescentis интересен своей способностью вырабатывать гамма- аминомасляную кислоту (ГАМК) — основной ингибирующий нейромедиатор, который играет решающую роль в регуляции взаимодействия кишечника и головного мозга. Геномные исследования показали, что B. adolescentis содержит гены gadB и gadC, которые кодируют изоформу глутаматдекарбоксилазы и ГАМК- антипортер соответственно. Эти гены высоко консервативны у штаммов B. adolescentis, что подтверждает их значение как модельного продуцента ГАМК в микробиоме кишечника человека. Способность B. adolescentis синтезировать ГАМК связывают с потенциальным терапевтическим применением при тревоге и депрессии, поскольку несколько метагеномных исследований указывают на корреляцию между распространенностью B. adolescentis в микробиоме кишечника и психическими расстройствами [25].

B. adolescentis также продемонстрировал способность укреплять кишечный барьер, стимулируя экспрессию белков плотных контактов — ZO-1, окклюдин и клаудин-2, — которые имеют большое значение для поддержания целостности эпителия кишечника [26]. Уменьшение количества B. adolescentis у людей с воспалительными заболеваниями кишечника (ВЗК) свидетельствует о его важности для гомеостаза кишечника. Иммуномодулирующий эффект B. adolescentis заключается в выработке цитокинов — он снижает содержание провоспалительных цитокинов, включая IL-6, IL-1β, TNF-α, IFN-γ и IL-17A, одновременно усиливая секрецию противовоспалительных цитокинов (IL-4, IL-10 и TGF-β1) [27].

B. adolescentis является достаточно высокоспециализированным в углеводном обмене — он обладает обширным набором гликозилгидролаз, углеводсвязывающих модулей и гликозилтрансфераз, которые позволяют расщеплять и использовать различные пищевые волокна и гликановые соединения, полученные из организма хозяина. Такая метаболическая адаптация повышает его способность колонизироваться и сохраняться в кишечнике, особенно у людей, употребляющих пищу с высоким содержанием клетчатки. Немаловажна роль В. adolescentis в производстве короткоцепочечных жирных кислот (КЖК), особенно ацетата и лактата, которые способствуют здоровью кишечника, снижая рН в нём и препятствуя колонизации патогенными микроорганизмами [28].

Bifidobacterium adolescentis рассматривают как универсальный пробиотик, обладающий терапевтическим потенциалом в лечении нервно-психических расстройств и желудочно-кишечных заболеваний. Будущие исследования должны быть сосредоточены на функциональных исследованиях и клинических испытаниях, специфичных для конкретного штамма.

Медицинское значение бифидобактерий

Бифидобактерии выполняют несколько важных экологических и биологических функций в поддержании здоровья человека. Бифидобактерии являются одними из основных представителей нормальной микрофлоры человека, особенно в тонкой и толстой кишке. Они поддерживают баланс микробиоты и предотвращают чрезмерный рост патогенных микроорганизмов. Благодаря конкуренции с патогенами за питательные вещества и места прикрепления на слизистой оболочке кишечника бифидобактерии также могут препятствовать колонизации вредоносных бактерий и таким образом поддерживают стабильность кишечной микрофлоры. По этой причине они активно используются в профилактике и терапии различных кишечных расстройств — их применение показало эффективность в лечении синдрома раздраженного кишечника (СРК), воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), включая болезнь Крона и язвенный колит, и других заболеваний [29].

Одним из наиболее хорошо изученных преимуществ бифидобактерий является их способность регулировать иммунную систему. Эти бактерии взаимодействуют с иммунными клетками лимфоидной ткани кишечника, стимулируя выработку противовоспалительных цитокинов и подавляя провоспалительные реакции. Они взаимодействуют с клетками иммунной системы, способствуя активации макрофагов и лимфоцитов, а также стимулируя выработку иммуноглобулинов, особенно иммуноглобулина A, который защищает слизистые оболочки от проникновения патогенов. Эти свойства бифидобактерий ассоциируются с повышением общей сопротивляемости инфекциям и снижением воспалительных процессов в организме [30, 31].

Применение бифидобактерий в раннем возрасте приводит к снижению риска развития аллергических заболеваний, из которых наиболее часто встречаются атопический дерматит и пищевая аллергия [32]. Доказано, что они модулируют иммунный ответ, формируя толерантность к аллергенам и снижая уровень провоспалительных цитокинов.

Бифидобактерии способствуют укреплению барьерной функции кишечника, повышая выработку слизи и укрепляя межклеточные соединения эпителия, что снижает проницаемость кишечника и препятствует проникновению патогенных микроорганизмов. В этом процессе участвуют не только продукты метаболизма бактерий, но и их поверхностные белки, взаимодействующие с эпителиальными клетками кишечника [33]. Их способность ферментировать пищевые волокна с образованием короткоцепочечных жирных кислот (КЖК) создаёт благоприятную среду для развития полезных микробных популяций и подавляет рост патогенной флоры [34].

В сущности, способность продуцировать короткоцепочечные жирные кислоты, такие как бутират, пропионат и ацетат, является одним из наиболее значимых аспектов метаболической активности бифидобактерий. Эти кислоты очень важны в поддержании кишечного гомеостаза и общего состояния здоровья человека, поскольку представляют собой основной поток углерода из рациона в микробиом человека.

Ацетат, один из основных метаболитов бифидобактерий, участвует в регуляции pH кишечной среды и выступает как субстрат для производства других КЖК [35].

Пропионат содействует регуляции метаболизма липидов и глюкозы — он способен снижать уровень холестерина и повышать чувствительность к инсулину, что делает его перспективным агентом для профилактики метаболических заболеваний, например диабета 2 типа [36]. Механизм его действия включает ингибирование синтеза холестерина в печени, а также влияние на рецепторы свободных жирных кислот, что способствует регуляции обмена веществ.

Бутират — это ключевой субстрат для клеток эпителия кишечника, который поддерживает их жизнеспособность и барьерную функцию кишечника. Бутират индуцирует экспрессию белков плотных контактов, снижает проницаемость кишечника и предотвращает транслокацию патогенов. Также он обладает выраженными противовоспалительными свойствами — регуляцией активности иммунных клеток и секрецией провоспалительных цитокинов [37].

Бифидобактерии продуцируют КЖК посредством ферментации неперевариваемых углеводов, включая олигосахариды, пищевые волокна и резистентный крахмал. Основной метаболический путь, ответственный за образование ацетата и пропионата, — это бифидобактериальный шунт, который обеспечивает эффективное расщепление углеводов с образованием полезных метаболитов [38]. Бутират продуцируется в основном косвенным путем, через перекрестные взаимодействия бифидобактерий с другими бактериями кишечной микробиоты, такими как Faecalibacterium prausnitzii и Eubacterium rectale, которые используют промежуточные продукты метаболизма бифидобактерий для его синтеза. Результаты многих исследований подтверждают благотворное влияние пробиотических микроорганизмов на баланс кишечного микробиома и образующихся метаболитов, включая КЖК.

Широко изучена роль бифидобактерий в лечении острых кишечных инфекций (ОКИ), включая вирусные и бактериальные диареи. Эти бактерии демонстрируют способность подавлять рост и адгезию патогенных бактерий Escherichia coli, Salmonella spp. и Clostridioides difficile и др. за счёт конкуренции за питательные вещества и выработки антимикробных метаболитов [39]. В дополнение к этому они продуцируют органические кислоты (уксусную, молочную), снижающие pH кишечного содержимого, что создаёт неблагоприятные условия для размножения патогенной флоры. Вирусные диареи, вызванные ротавирусами и норовирусами, также поддаются коррекции с применением бифидобактерий, поскольку они стимулируют выработку IgA и тем самым повышают защитные свойства кишечного барьера, снижают воспаление и блокируют провоспалительные сигнальные пути, такие как NF-κB [40].

Клинические испытания подтверждают эффективность бифидобактерий в терапии и профилактике инфекционных диарей. Применение пробиотиков с содержанием Bifidobacterium bifidum и Bifidobacterium lactis у детей с ротавирусной инфекцией ускоряет выздоровление, сокращая длительность диареи и уменьшая степень дегидратации.

Нормальные уровни бифидобактерий в кишечнике составляют:

1. У взрослых — содержание бифидобактерий в кишечнике здорового взрослого человека составляет от 10⁸ до 10¹⁰ КОЕ/г кала.
2. У детей старше 1 года — норма составляет от 10⁹ до 10¹⁰ КОЕ/г кала.
3. У грудных детей — уровень бифидобактерий достигает от 10¹⁰ до 10¹¹ КОЕ/г кала.

Считается, что минимально эффективная доза пробиотиков, содержащих бифидобактерии, составляет 10⁹ КОЕ/г. При различных состояниях это число может поддаваться изменениям:

1. Эрадикация Helicobacter pylori: 6 × 10⁹ КОЕ дважды в день.
2. Диарея после приема антибиотиков: 10¹⁰ КОЕ дважды в день.
3. Язвенный колит: 18 × 10¹¹ КОЕ дважды в день.

Таким образом, содержание бифидобактерий в пробиотических препаратах — и монокомпонентных, и комбинированных, в состав которых, помимо бифидобактерий, входят другие активные компоненты — не менее 10⁷ КОЕ бифидобактерий [41].

У пациентов с бактериальными ОКИ добавление бифидобактерий к стандартной антибиотикотерапии приводит к снижению частоты рецидивов и побочных эффектов, в том числе антибиотикоассоциированной диареи. Механизмы иммуномодуляции, реализуемые бифидобактериями, способствуют восстановлению нормального микробного сообщества кишечника после перенесённой инфекции. Их действие предотвращает развитие дисбиоза и хронических воспалительных процессов [42].

Бифидобактерии могут быть особенно полезны в программах эрадикации Helicobacter pylori, одного из ведущих факторов развития гастрита, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Традиционная терапия H. pylori подразумевает применение антибиотиков и ингибиторов протонной помпы, однако различные побочные эффекты и опасения развития антибиотикорезистентности требуют дополнительных стратегий лечения [43]. Исследования показывают, что добавление бифидобактерий к стандартной терапии повышает эффективность эрадикации H. pylori, снижает выраженность побочных эффектов антибиотиков (диарея, дисбактериоз, дискомфорт в желудке) и в целом ускоряет восстановление микробиоты. Бифидобактерии подавляют рост H. pylori в основном благодаря продукции органических кислот, которые снижают рН желудка, но они также выделяют антимикробные пептиды, ингибирующие жизнеспособность бактерий [44]. Так как пробиотические штаммы бифидобактерий модулируют иммунный ответ, они не только помогают успешной эрадикации H. pylori, но и снижают риск рецидивов инфекции и развития связанных с ней патологий.

Недавние исследования выявили, что бифидобактерии принимают активное участие в регуляции множества метаболических процессов: липидного обмена, гомеостаза глюкозы и чувствительности к инсулину [45]. Их использование связывают с улучшением показателей при метаболическом синдроме, включая снижение уровня общего холестерина и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и триглицеридов, что, в свою очередь, снижает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и дислипидемии [46]. Свойство бифидобактерий влиять на состав микробиоты ценно и при коррекции ожирения, так как они способствуют увеличению популяции бактерий, ассоциированных со снижением массы тела [47, 48].

Определённые штаммы бифидобактерий проявляют противоопухолевую активность, ингибируя рост раковых клеток и стимулируя иммунный ответ против опухолей. Основой их действия является продукция биологически активных метаболитов — КЖК и бактериоцинов [49]. Эти метаболиты могут подавлять пролиферацию раковых клеток, индуцировать апоптоз и уменьшать воспаление, которое часто является фактором, способствующим онкогенезу. Кроме того, были разработаны генно-инженерные штаммы Bifidobacterium longum в качестве систем адресной доставки для генной терапии рака. Благодаря своей анаэробной природе эти бактерии преимущественно колонизируют гипоксическую опухолевую среду, что делает их подходящими переносчиками для доставки противораковых препаратов непосредственно к опухолям [50]. Результаты доклинических исследований показали, что терапия на основе бифидобактерий может повысить эффективность химиотерапии и иммунотерапии при одновременном снижении системных побочных эффектов [51, 52].

Существуют данные о влиянии бифидобактерий на психическое здоровье через ось «кишечник—мозг». Их применение связывают со снижением симптомов депрессии и тревожности, что объясняется их способностью модулировать выработку нейротрансмиттеров и снижать уровень воспалительных маркеров [53]. Известно, что бактерии могут влиять на работу мозга и психическое здоровье путём выработки нейромедиаторов — среди которых, например, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), которая регулирует работу гипоталамо-гипофизарно- надпочечниковой системы [54]. Клинические исследования показали, что использование определённых штаммов бифидобактерий может уменьшать симптомы тревожных расстройств и депрессии у пациентов с синдромом раздражённого кишечника [55, 56].

Бифидобактерии были исследованы на предмет их роли в повышении эффективности вакцины. Некоторые штаммы — например, Bifidobacterium longum и Bifidobacterium breve, — усиливают иммунный ответ организма на вакцины за счёт увеличения выработки антигенспецифического иммуноглобулина А (IgA) в кишечнике [57]. Это указывает на потенциальное применение этих бактерий для улучшения иммунной защиты от инфекционных заболеваний. В настоящее время рассматривается возможность их применения в терапии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, поскольку они способствуют снижению уровня воспаления и окислительного стресса, тем самым защищая когнитивные функции [58].

Заключение

Хотя обоснование для применения пробиотиков кажется убедительным, также очевидно, что предстоит пройти долгий путь в понимании как сложности микробиоты, так и влияния пробиотиков на многие заболевания и нарушения. Каждый человек обладает уникальным кишечным микробиомом, а значит воздействие различных бактерий, содержащихся в коммерческих пробиотиках, может быть весьма разнообразным. Считается, что их применение должно быть адаптировано в рамках персонализированной медицины, которая учитывает заболевание, подлежащее лечению, и состояние микробиоты конкретного пациента для достижения максимальной пользы.

Исследования бифидобактерий открывают внушительные перспективы в области онкологии, метаболических нарушений и пробиотической терапии. Иммунотерапия опухолей представляется как одно из самых многообещающих направлений. Генетическая модификация штаммов бифидобактерий и разработка биопрепаратов на их основе могут привести к новым методам лечения рака, особенно в сочетании с традиционной иммунотерапией. Однако остаются нерешённые вопросы, касающиеся вариабельности реакции пациентов, лекарственной устойчивости и совместимости, а также необходимости стандартизации методов исследований. Для повышения эффективности противоопухолевой терапии требуется углублённое изучение взаимодействий между бифидобактериями и иммунной системой человека, что предполагает проведение крупных клинических испытаний и разработку международных стандартов оценки их терапевтического потенциала [59].

Немаловажной областью изучения является роль бифидобактерий в борьбе с ожирением и метаболическими нарушениями. Несмотря на статистически значимые эффекты пробиотиков, клиническая значимость некоторых изменений остаётся под вопросом из-за ограниченного количества исследований. Требуется более детальный анализ влияния дозировки, времени вмешательства и состава пробиотиков. Особое внимание следует уделить взаимодействию бифидобактерий с пребиотическими волокнами, которые могут усиливать их метаболические эффекты.

Будущее пробиотических исследований зависит от разработки штаммов бифидобактерий с высокой способностью к колонизации кишечника. Улучшенные пробиотики могут обеспечить более длительное влияние на микробиоту, что особенно важно для поддержания здоровья. Необходим строгий научный контроль за безопасностью и эффективностью пробиотических продуктов, чтобы обеспечить потребителям доступ к качественным и доказанно полезным добавкам. Интересным направлением является изучение состава микробиоты долгожителей, поскольку их кишечная флора, богатая бифидобактериями, может указывать на связь между пробиотиками и долголетием [60]. Дальнейшие исследования помогут создать персонализированные пробиотические продукты, адаптированные к индивидуальным потребностям и особенностям организма.

Список литературы

1. Новик Г. И. Бифидобактерии: научные основы практического использования / Г. И. Новик // Проблемы здоровья и экологии. – 2006. – № 3(9). – С. 144–151.
2. Sharma V. Exploration of survival traits, probiotic determinants, host interactions, and functional evolution of bifidobacterial genomes using comparative genomics / V. Sharma, F. Mobeen, T. Prakash // Genes. – 2018. – Vol. 9, No 10. – P. 477.
3. Itoh K. Exploring the Potential of Humoral Immune Response to Commensal Bifidobacterium as a Biomarker for Human Health, including Both Malignant and Non-Malignant Diseases: A Perspective on Detection Strategies and Future Directions / K. Itoh, S. Matsueda // Biomedicines. – 2004. – Vol. 12, No 4. – P. 803.
4. Hidalgo-Cantabrana C. Bifidobacteria and their health-promoting effects / C. Hidalgo-Cantabrana, S. Delgado, L. Ruiz [et al.] // Microbiology Spectrum. – 2017. – Vol. 5, No 3. – P. 1–19.
5. Чаплин А. В. Изучение видового разнообразия бактерий рода Bifidobacterium кишечной микрофлоры с использованием метода MALDI-TOF масс-спектрометрии / А. В. Чаплин, А. Г. Бржозовский, Т. В. Парфёнова [и др.] // Вестник Российской академии медицинских наук. – 2015. – № 70(4). – С. 435–440.
6. Lugli G. A. Investigation of the evolutionary development of the genus Bifidobacterium by comparative genomics / G. A. Lugli, C. Milani, F. Turroni [et al.] // Applied and environmental microbiology. – 2014. – Vol. 80, No 20. – P. 6383–6394.
7. Forster S. C. A human gut bacterial genome and culture collection for improved metagenomic analyses / S. C. Forster, N. Kumar, B. O. Anonye [et al.] // Nat. Biotechnol. – 2019. – Vol. 37, No 2. – P. 186–192.
8. Бутенко Д. С. Влияние экзометаболитов Bifidobacterium bifidum на баланс про- и противовоспалительных цитокинов / Д. С. Бутенко // FORCIPE. – 2021. – № 4(S1). – C. 530–531.
9. Turroni F. Bifidobacterium bifidum: A Key Member of the Early Human Gut Microbiota / F. Turroni, S. Duranti, C. Milani [et al.] // Microorganisms. – 2019. – Vol. 7, No. 11. – P. 544.
10. Куклина Е. М. С. Il-17-продуцирующие регуляторные т-лимфоциты – супрессоры или эффекторы? / Е. М. Куклина, Н. С. Глебездина // Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. – 2023. – № 165(3). – С. 393–410.
11. Lu J. Probiotics and Non-Alcoholic Fatty Liver Disease: Unveiling the Mechanisms of Lactobacillus plantarum and Bifidobacterium bifidum in Modulating Lipid Metabolism, Inflammation, and Intestinal Barrier Integrity / J. Lu, D. Shataer, H. Yan [et al.] // Foods (Basel, Switzerland). – 2024. – Vol. 13, No 18. – P. 2992.
12. Wong C. B. Beneficial effects of Bifidobacterium longum subsp. longum BB536 on human health: Modulation of gut microbiome as the principal action / C. B. Wong, T. Odamaki, J. Z. Xiao // J. Funct. Foods. – 2019. – No 54. – P. 506–519.
13. Blanco G. Revisiting the Metabolic Capabilities of Bifidobacterium longum susbp. longum and Bifidobacterium longum subsp. infantis from a Glycoside Hydrolase Perspective / G. Blanco, L. Ruiz, H. Tamés // Microorganisms. – 2020. – No 8. – P. 723.
14. Артюхова C. И. Изучение биотехнологических свойств штаммов Bifidobacterium longum для производства биологически активных добавок / C. И. Артюхова, О. А. Зверева // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 8-1. – С. 132–132.
15. Longhi G. Highly conserved bifidobacteria in the human gut: Bifidobacterium longum subsp. longum as a potential modulator of elderly innate immunity / G. Longhi, G. A. Lugli, M. G. Bianchi [et al.] // Beneficial Microbes. – 2024. – No 15. – P. 1–18.
16. Dargenio V. N. Impact of Bifidobacterium longum Subspecies infantis on Pediatric Gut Health and Nutrition: Current Evidence and Future Directions / V. N. Dargenio, F. Cristofori, V. F. Brindicci [et al.] // Nutrients. – 2024. – Vol. 16, No 20. – P. 3510.
17. Yu J. Bifidobacterium longum promotes postoperative liver function recovery in patients with hepatocellular carcinoma / J. Yu, P. Zhu, L. Shi // Cell. Host. Microbe. – 2024 – Vol. 32, No 1. – P. 131–144.
18. Громова О. А. Пробиотический штамм Bifidobacterium Longum BB36 – нутрицевтик широкого профиля / О. А. Громова, И. Ю. Торшин // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. – 2022. – № 2(198). – С. 77–85.
19. Sharma M. Recent developments in probiotics: an emphasis on Bifidobacterium / M. Sharma, A. Wasan, R. K. Sharma // Food Biosci. – 2021. – No 41.
20. Kujawska M. Exploring the Potential Probiotic Properties of Bifidobacterium breve DSM 32583 – A Novel Strain Isolated from Human Milk / M. Kujawska, K. Neuhaus, C. Huptas [et al.] // Probiotics & Antimicro. Prot. – 2024.
21. Naklong K. Microencapsulation of Bifidobacterium breve to Enhance Microbial Cell Viability in Green Soybean Yogurt / K. Naklong, P. Therdtatha, N. Sumonsiri [et al.] // Fermentation. – 2023. – Vol. 9, No 3. – P. 296.
22. Bozzi Cionci N. Therapeutic Microbiology: The Role of Bifidobacterium breve as Food Supplement for the Prevention/Treatment of Paediatric Diseases / N. Bozzi Cionci, L. Baffoni, F. Gaggìa [et al.] // Nutrients. – 2018. – Vol. 10, No 11. – P. 1723.
23. Wong C. B. Exploring the Science behind Bifidobacterium breve M-16V in Infant Health / C. B. Wong, N. Iwabuchi, J. Z. Xiao // Nutrients. – 2019. – Vol. 11, No 8. – P. 1724.
24. Leser T. Bifidobacterium adolescentis – a beneficial microbe / T. Leser, A. Baker // Beneficial microbes. – 2023. – Vol. 14, No 6. – P. 525–551.
25. Козин С. В. Антиоксидантный и анксиолитический эффекты Bifidobacterium adolescentis и Lactobacillus acidophilus в условиях нормобарической гипоксии с гиперкапнией / С. В. Козин, А. А. Кравцов, С. В. Кравченко [и др.] // Вопросы питания. – 2021. – № 90 (2 (534)). – С. 63–72.
26. Ших Е. В. Перспективы пробиотических штаммов бифидобактерий и энтерококков в лечении и профилактике заболеваний гастроэнтерологического профиля / Е. В. Ших, А. А. Махова, А. А. Астаповский [и др.] // Вопросы питания. – 2021. – № 90 (2 (534)). – С. 15–25.
27. Duranti S. Bifidobacterium adolescentis as a key member of the human gut microbiota in the production of GABA / S. Duranti, L. Ruiz, G. A. Lugli [et al.] // Sci. Rep. – 2020. – No 10. – P. 14112.
28. Li B. Genome analysis of Bifidobacterium adolescentis and investigation of its effects on inflammation and intestinal barrier function / B. Li, H. Wang, M. Wang [et al.] // Frontiers in microbiology. – 2025. – No. 15. – P. 1496280.
29. van der Lelie D. Rationally designed bacterial consortia to treat chronic immune-mediated colitis and restore intestinal homeostasis / D. van der Lelie, A. Oka, S. Taghavi [et al.] // Nat. Commun. – 2021. – No 12. – P. 1–17.
30. Chen J. Recent Development of Probiotic Bifidobacteria for Treating Human Diseases / J. Chen, X. Chen, C. L. Ho // Front. Bioeng. Biotechnol. – 2021. – Vol. 22, No 9. – P. 770248.
31. Cheng J. Bifidobacterium animalis subsp. lactis HN019 Effects on Gut Health: A Review / J. Cheng, A. Laitila, A. C. Ouwehand // Front. Nutr. – 2021. – No 8. – P. 790561.
32. Arboleya S. Gut Bifidobacteria Populations in Human Health and Aging / S. Arboleya, C. Watkins, C. Stanton [et al.] // Frontiers in Microbiology. – 2016. – No 7.
33. Yoon S. J. Bifidobacterium-derived short-chain fatty acids and indole compounds attenuate nonalcoholic fatty liver disease by modulating gut-liver axis / S. J. Yoon, J. S. Yu, B. H. Min [et al.] // Frontiers in microbiology. – 2023. – No 14. – P. 1129904.
34. Markowiak-Kopeć P. The Effect of Probiotics on the Production of Short-Chain Fatty Acids by Human Intestinal Microbiome / P. Markowiak-Kopeć, K. Śliżewska // Nutrients. – 2020. – Vol. 12, No 4. – P. 1107.
35. Ordoñez-Rodriguez A. Changes in Gut Microbiota and Multiple Sclerosis: A Systematic Review / A. Ordoñez-Rodriguez, P. Roman, L. Rueda-Ruzafa [et al.] // International journal of environmental research and public health. – 2023. – Vol. 20, No 5. – P. 4624.
36. Cui Z. Bifidobacterium species serve as key gut microbiome regulators after intervention in gestational diabetes mellitus / Z. Cui, S. Wang, J. Niu [et al.] // BMC Microbiol. – 2024. – No 24. – P. 520.
37. Fusco W. Short-Chain Fatty-Acid-Producing Bacteria: Key Components of the Human Gut Microbiota / W. Fusco, M. B. Lorenzo, M. Cintoni [et al.] // Nutrients. – 2023. – Vol. 15, No 9. – P. 2211.
38. Ratajczak W. Immunomodulatory potential of gut microbiome-derived short-chain fatty acids (SCFAs) / W. Ratajczak, A. Rył, A. Mizerski [et al.] // Acta biochimica Polonica. – 2019. – Vol. 66, No 1. – P. 1–12.
39. Shaw C. The Yin and Yang of pathogens and probiotics: interplay between Salmonella enterica sv. Typhimurium and Bifidobacterium infantis during co-infection / C. Shaw, B. C. Weimer, R. Gann [et al.] // Frontiers in microbiology. – 2024. – No 15. – P. 1387498.
40. Fukuda S. Bifidobacteria can protect from enteropathogenic infection through production of acetate / S. Fukuda, H. Toh, K. Hase [et al.] // Nature. – 2011. – Vol. 469, No 7331. – P. 543–547.
41. O'Callaghan A. Bifidobacteria and Their Role as Members of the Human Gut Microbiota / A. O'Callaghan, D. van Sinderen // Frontiers in microbiology. – 2016. – No 7. – P. 925.
42. Rahila Y. Bifidobacterium sp as Probiotic Agent – Roles and Applications / Y. Rahila, B. V. Pradeep // J. Pure. Appl. Microbiol. – 2019. – Vol. 13, No 3. – P. 1407–1417.
43. Devi T. B. Low Bifidobacterium Abundance in the Lower Gut Microbiota Is Associated with Helicobacter pylori-Related Gastric Ulcer and Gastric Cancer / T. B. Devi, K. Devadas, M. George [et al.] // Frontiers in microbiology. – 2021. – No 12. – P. 631140.
44. Chenoll E. Novel probiotic Bifidobacterium bifidum CECT 7366 strain active against the pathogenic bacterium Helicobacter pylori / E. Chenoll, B. Casinos, E. Bataller [et al.] // Applied and environmental microbiology. – 2011. – Vol. 77, No 4. – P. 1335–1343.
45. Bernini L. J. Beneficial effects of Bifidobacterium lactis on lipid profile and cytokines in patients with metabolic syndrome: A randomized trial. Effects of probiotics on metabolic syndrome / L. J. Bernini, A. N. Simão, D. F. Alfieri [et al.] // Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif.). – 2016. – Vol. 32, No 6. – P. 716–719.
46. Tang J. The therapeutic value of bifidobacteria in cardiovascular disease / J. Tang, Y. Wei, C. Pi [et al.] // NPJ Biofilms Microbiomes. – 2023. – No 9. – P. 82.
47. Maruta H. Effects of Bifidobacterium-Fermented Milk on Obesity: Improved Lipid Metabolism through Suppression of Lipogenesis and Enhanced Muscle Metabolism / H. Maruta, Y. Fujii, N. Toyokawa [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. – 2024. – Vol. 25, No 18. – P. 9934.
48. León Aguilera X. E. Probiotics and Gut Microbiota in Obesity: Myths and Realities of a New Health Revolution / X. E. León Aguilera, A. Manzano, D. Pirela [et al.] // Journal of personalized medicine. – 2022. – Vol. 12, No 8. – P. 1282.
49. Procaccianti G. Bifidobacterium in anticancer immunochemotherapy: friend or foe? / G. Procaccianti, S. Roggiani, G. Conti [et al.] // Microbiome research reports. – 2023. – Vol. 2, No 3. – P. 24.
50. Pei B. Bifidobacterium modulation of tumor immunotherapy and its mechanism / B. Pei, S. Peng, C. Huang [et al.] // Cancer immunology, immunotherapy. – 2024. – Vol. 73, No 5. – P. 94.
51. Shang F. Bifidobacterium longum suppresses colorectal cancer through the modulation of intestinal microbes and immune function / F. Shang, X. Jiang, H. Wang [et al.] // Frontiers in microbiology. – 2024. – No 15. – P. 1327464.
52. Ugai S. Long-term yogurt intake and colorectal cancer incidence subclassified by Bifidobacterium abundance in tumor / S. Ugai, L. Liu, K. Kosumi [et al.] // Gut Microbes. – 2025. – Vol. 17, No 1. – P. 2452237.
53. Azuma N. Effect of Continuous Ingestion of Bifidobacteria and Dietary Fiber on Improvement in Cognitive Function: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Trial / N. Azuma, T. Mawatari, Y. Saito [et al.] // Nutrients. – 2023. – Vol. 15, No 19. – P. 4175.
54. Zhu G. Administration of Bifidobacterium breve Improves the Brain Function of Aβ1-42-Treated Mice via the Modulation of the Gut Microbiome / G. Zhu, J. Zhao, H. Zhang [et al.] // Nutrients. – 2021. – Vol. 13, No 5. – P. 1602.
55. Wang H. Bifidobacterium longum 1714™ Strain Modulates Brain Activity of Healthy Volunteers During Social Stress / H. Wang, C. Braun, E. F. Murphy [et al.] // The American journal of gastroenterology. – 2019. – Vol. 114, No 7. – P. 1152–1162.
56. Patterson E. Bifidobacterium longum 1714 improves sleep quality and aspects of well-being in healthy adults: a randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial / E. Patterson, H. T. T. Tan, D. Groeger [et al.] // Sci. Rep. – 2024. – No 14. – P. 3725.
57. Huda M. N. Bifidobacterium Abundance in Early Infancy and Vaccine Response at 2 Years of Age / M. N. Huda, S. M. Ahmad, M. J. Alam [et al.] // Pediatrics. – 2019. – Vol. 143, No 2. – P. 1489.
58. Abdelhamid M. Probiotic Bifidobacterium breve MCC1274 Mitigates Alzheimer's Disease-Related Pathologies in Wild-Type Mice / M. Abdelhamid, C. Zhou, C. G. Jung [et al.] // Nutrients. – 2022. – Vol. 14, No 12. – P. 2543.
59. Sibanda T. Bifidobacterium species viability in dairy-based probiotic foods: challenges and innovative approaches for accurate viability determination and monitoring of probiotic functionality / T. Sibanda, T. A. Marole, U. L. Thomashoff [et al.] // Front. Microbiol. – 2024. – No 15. – P. 1327010.
60. 60. Ku S. The role of Bifidobacterium in longevity and the future of probiotics / S. Ku, M. A. Haque, M. J. Jang [et al.] // Food science and biotechnology. – 2024. – Vol. 33, No 9. – P. 2097–2110.