СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОСТАВА МИКРОБИОТЫ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ У ЧЕЛОВЕКА, ЖИВОТНЫХ, ПТИЦ И РЫБ

АННОТАЦИЯ

Проведён сравнительный анализ микробиома пищеварительной системы у человека, домашних животных (собака, кошка, корова, свинья, крыса, курица) и рыб (радужная форель, карп, атлантический лосось, нильская тилапия) с учётом анатомической дифференциации по отделам и полного таксономического спектра — бактерий, архей и грибов. Установлено, что у теплокровных млекопитающих и птиц в толстой кишке доминируют филы Firmicutes и Bacteroidetes, тогда как у рыб в среднем отделе кишечника преобладают Proteobacteria (40–85 %). Полученные данные подтверждают, что состав микробиома пищеварительной системы является отражением эволюционной адаптации, типа питания и физиологии хозяина, что имеет практическое значение для разработки видоспецифичных пробиотиков и стратегий модуляции микробиоты.

ABSTRACT

A comparative analysis of the gastrointestinal tract microbiome in humans, domestic animals (dog, cat, cow, pig, rat, and chicken), and fish (rainbow trout, carp, Atlantic salmon, and Nile tilapia) was conducted, taking into account the anatomical differentiation of the gastrointestinal tract and the full taxonomic spectrum of bacteria, archaea, and fungi. It has been established that in warm-blooded mammals and birds, the Firmicutes and Bacteroidetes phyla dominate in the large intestine, whereas in fish, the middle intestine is dominated by Proteobacteria (40–85 %). These findings confirm that the composition of the gut microbiome reflects evolutionary adaptation, dietary habits, and host physiology, which has practical implications for the development of species-specific probiotics.

Ключевые слова: микробиом, бактерии, археи, грибы, пробиотик, синбиотик, ветеринарная диетология.

Keywords: microbiome, bacteria, archaea, fungi, probiotic, synbiotic, veterinary nutrition.

Введение

Микробиом пищеварительной системы представляет собой сложную полимикробную экосистему, включающую бактерии, археи, грибы, вирусы и протисты, находящиеся в симбиотических отношениях с хозяином [1]. Современные методы высокопроизводительного секвенирования позволили выйти за рамки бактериального компонента и оценить роль архей в метаногенезе и грибов в иммунной регуляции [2, 3].

Сравнительные исследования микробиоты у различных видов выявляют чёткую связь между составом микробиома, типом питания (хищник, растительноядный, всёядный), анатомией пищеварительной системы и терморегуляцией (теплокровные или холоднокровные) [4]. Однако большинство работ ограничиваются отдельными таксонами или отделами кишечника.

Цель настоящего обзора — систематизировать и сравнить данные о полной микробиоте желудочно-кишечного канала (бактерии, археи, грибы) у человека, основных домашних животных и представителей аквакультуры с дифференциацией по анатомическим отделам.

Результаты исследования

Анализ основан на результатах 16S rRNA (бактерии и археи), ITS/18S rRNA (грибы) и метагеномных исследований, опубликованных в международных рецензируемых журналах (2010–2025 гг.). В обзор включены данные по здоровым взрослым особям, содержащимся в стандартных условиях. Относительная численность таксонов приведена в процентах для ключевых отделов системы пищеварения.

Наиболее выраженные различия наблюдаются между теплокровными и холоднокровными видами. У человека, свиньи, коровы и кур в ферментационных отделах (толстая кишка, слепая кишка, рубец) доминируют Firmicutes и Bacteroidetes — филы, специализированные на анаэробной ферментации полисахаридов [5, 6]. У собак и кошек, как у хищников, отмечается повышенное содержание Fusobacteria (до 20 % у собаки), что редко встречается у растительноядных [7].

У рыб, включая радужную форель (Oncorhynchus mykiss), карпа (Cyprinus carpio), атлантического лосося (Salmo salar) и нильскую тилапию (Oreochromis niloticus), в среднем отделе кишечника (основной локус микробиоты) доминируют Proteobacteria (35–85 %), что связано с более высоким окислительно-восстановительным потенциалом, водной средой и холоднокровностью [8, 9, 10]. При этом всёядная тилапия демонстрирует более высокие уровни Firmicutes и Actinobacteria по сравнению с хищным лососем.

Особое внимание заслуживает корова как жвачное животное: в рубце присутствует филум Fibrobacteres (3–10 %), ключевой для деградации целлюлозы, который почти отсутствует в тонком и толстом кишечнике [11].

Археи, представленные преимущественно метаногенами рода Methanobrevibacter (филум Euryarchaeota), выявлены в значимых количествах только в рубце коровы (0,5–3 %) [12,13]. У человека, свиньи и других нежвачных археи присутствуют в следовых количествах (<0,1 %) и не играют существенной метаболической роли.

Грибы, в основном дрожжевые формы из отдела Ascomycota (Candida, Saccharomyces), обнаружены в толстой кишке человека (0,1–1 %), кур и свиней. У рыб и хищных млекопитающих (кошка, собака) грибковая нагрузка минимальна (<0,3 %), что, вероятно, связано с доминированием протеолитических бактерий и низким pH [14,15,16].

Таблица 1.

Состав микробиома пищеварительной системы по отделам у различных видов (доминирующие таксоны, %)

Примечание: «–» = не обнаружено или <0,1 %.

                        «±» = спорадически

Расширенный сравнительный анализ показывает, что: филогенетическое положение и тип питания определяют доминирующие бактериальные филы. Отделы пищеварительной системы существенно различаются по микробиоте даже в пределах одного вида (например, рубец и толстая кишка у коровы). Археи имеют ключевое значение только у жвачных, тогда как грибы — компонент микробиома человека, птиц и всёядных рыб (тилапии и карпа). У кошек и собак грибы обычно подавляются нормальной бактериальной микробиотой и обнаруживаются только при дисбиозе

Заключение

Проведённый анализ подтверждает, что микробиом пищеварительной системы является отражением эволюционной, физиологической и экологической специализации хозяина. Эти данные открывают возможности для разработки персонализированных микробиом-ориентированных стратегий в медицине, ветеринарии и аквакультуре, учитывающих не только вид, но и конкретный отдел.

Список литературы:

1. Lloyd-Price J. et al. Multi-omics of the gut microbial ecosystem in inflammatory bowel diseases // Nature. – 2019. – Vol. 569, № 7758. – P. 655–662. –DOI:10.1038/s41586-019-1237-9.
2. Huseyin C. E. et al. The gut mycobiome: a neglected component of the human microbiome // Microbiome. – 2017. – Vol. 5, № 1. – Article 12. – DOI:10.1186/s40168-016-0225-7.
3. Borrel G. et al. The archaeal dimension of the human gut microbiome // Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. – 2022. – Vol. 19, № 4. – P. 240–254. – DOI:10.1038/s41575-021-00547-5.
4. Ley R. E. et al. Evolution of mammals and their gut microbes // Science. – 2008. – Vol. 320, № 5883. – P. 1647–1651. – DOI:10.1126/science.1155725.
5. Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome // Nature. – 2012. – Vol. 486, № 7402. – P. 207–214. – DOI:10.1038/nature11234.
6. Henderson G. et al. Rumen microbial community composition varies with diet and host, but a core microbiome is found across a wide geographical range // Scientific Reports. – 2015. – Vol. 5. – Article 14567. – DOI:10.1038/srep14567.
7. Suchodolski JS. Intestinal microbiota of dogs and cats: a bigger world than we thought. Vet Clin North Am Small Anim Pract. 2011 Mar;41(2):261-72. doi: 10.1016/j.cvsm.2010.12.006. PMID: 21486635; PMCID: PMC7132526.
8. Ricaud K, Rey M, Plagnes-Juan E, Larroquet L, Even M, Quillet E, Skiba-Cassy S, Panserat S. Composition of Intestinal Microbiota in Two Lines of Rainbow Trout (Oncorhynchus Mykiss) Divergently Selected for Muscle Fat Content. Open Microbiol J. 2018 Aug 31;12:308-320. doi: 10.2174/1874285801812010308. PMID: 30288186; PMCID: PMC6142665.
9. Dehler, Carola E et al. “Environmental and physiological factors shape the gut microbiota of Atlantic salmon parr (Salmo salar L.).” Aquaculture (Amsterdam, Netherlands) vol. 467 (2017): 149-157. doi:10.1016/j.aquaculture.2016.07.017
10. Nayak S. K. Role of gastrointestinal microbiota in fish // Aquaculture Research. – 2010. – Vol. 41, № 11. – P. 1553–1573. – DOI:10.1111/j.1365-2109.2010.02546.x.
11. Jami E., Mizrahi I. Composition and similarity of bovine rumen microbiota across individual animals // PLoS ONE. – 2012. – Vol. 7, № 3. – e33306. – DOI:10.1371/journal.pone.0033306.
12. Amin, A.B., Zhang, L., Zhang, J. et al. Metagenomics analysis reveals differences in rumen microbiota in cows with low and high milk protein percentage. Appl Microbiol Biotechnol 107, 4887–4902 (2023). https://doi.org/10.1007/s00253-023-12620-2
13. Gaci N, Borrel G, Tottey W, O'Toole PW, Brugère JF. Archaea and the human gut: new beginning of an old story. World J Gastroenterol. 2014 Nov 21;20(43):16062-78. doi: 10.3748/wjg.v20.i43.16062. PMID: 25473158; PMCID: PMC4239492.
14. Ross M. The gut mycobiome of the Human Microbiome Project healthy cohort. Microbiome. 2017; doi:10.1186/S40168-017-0373-4.
15. Li X, Yan Q, Xie S, Hu W, Yu Y, et al. (2013) Gut Microbiota Contributes to the Growth of Fast-Growing Transgenic Common Carp (Cyprinus carpio L.). PLOS ONE 8(5): e64577. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0064577
16. Li, J., Chen, D., Yu, B. et al. Fungi in Gastrointestinal Tracts of Human and Mice: from Community to Functions. Microb Ecol 75, 821–829 (2018). https://doi.org/10.1007/s00248-017-1105-9