Общеизвестный факт, что микробиота кишечника играет фундаментальную роль в иммунной защите, впервые был описан M. Bohnhoff et al. в 1954 г. в исследовании, проведенном на мышах. Мыши, которых кормили стрептомицином, были гораздо более восприимчивы к экспериментально спровоцированным инфекциям, вызванным сальмонеллой, чем животные, которым не вводили антибиотики. Это наблюдение объясняется тем, что антибиотик делает мышь «уязвимой для внедрения загрязняющих микроорганизмов, подавляя или уничтожая некоторых из ее обычных обитателей» [1]. Сегодня ученые, в частности ветеринары, стоят перед новым вызовом антибиотикорезистентности микроорганизмов, поэтому продолжаются поиски альтернативных путей терапии, которые могли бы заменить использование антимикробных препаратов. Одной из таких процедур может стать трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ).

Не существует общепринятого определения того, что такое ТФМ [2]. Методика ТФМ заключается во введении фекалий от здорового донора в кишечник больного реципиента с целью модуляции или замены кишечной микробиоты [3]. История ТФМ восходит к IV веку и получила высокую оценку начиная с 2013 г., когда управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило ТФМ для лечения у людей рецидивирующей и рефрактерной инфекции, вызванной Clostridium difficile [4][5].

В ветеринарии перенос содержимого желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) в терапевтических целях использовался на протяжении веков, например у крупного рогатого скота (так называемая трансфаунация рубца) [6]. Имеются сведения об использовании средства в виде срыгнутой жвачки для трансплантации микроорганизмов, которое длительное время применялось в Швеции для лечения несварения желудка в области рубца, и даже отмечалось благотворное влияние жвачки как «живого существа» [7]. Важным различием между ТФМ и трансфаунацией является место сбора микробиоты из ЖКТ (то есть прямая кишка и рубец); однако концептуально и функционально обе методики являются схожими [8]. В гастроэнтерологии мелких животных только недавно начали интенсивно применять процедуру ТФМ [8][9].

Механизмы, лежащие в основе терапии с помощью ТФМ, до конца не изучены [8], но предполагается, что ТФМ может увеличивать бактериальное разнообразие, обеспечивать поступление бактериоцинов и бактериофагов, а также стимулировать метаболизм питательных веществ, включая первичную конверсию желчных кислот. Восстановление эубиоза может способствовать укреплению здорового и функционального кишечного барьера, а также иммунной системы [10]. В гуманной медицине применение ТФМ изучалось и продолжает изучаться при различных заболеваниях, таких как хронические энтеропатии (воспалительные заболевания кишечника, синдром раздраженного кишечника), заболевания печени, ожирение, метаболический синдром и нервно-психические расстройства. Однако наиболее широко признанным использованием ТФМ является лечение рецидивирующей инфекции, вызванной Clostridium difficile, резистентной к стандартной терапии [10, 11].

Тем не менее, несмотря на широкое изучение ТФМ, есть много вопросов, нуждающихся в разъяснении, по которым отсутствует общепринятое мнение. Например, конкретный механизм действия ТФМ не уникален, но может обладать различной эффективностью в зависимости от заболевания и вида животного [2]. Другим фундаментальным аспектом, по которому отсутствует единство мнений, является то, как следует рассматривать и юридически регулировать терапию, основанную на ТФМ. В зависимости от страны, ТФМ может рассматриваться, например, как биологический агент (США), лекарственный препарат (Великобритания) или как трансплантация клеток/тканей (Италия) [2]. Наконец, хотя эта процедура считается в целом безопасной, потенциальные краткосрочные и особенно средне- и долгосрочные риски, которые могут быть связаны с ТФМ, все еще нуждаются в тщательном изучении [2][12][13].

Основные цели ТФМ в ветеринарии – это уменьшение количества патогенов, восстановление здорового микробиома и в конечном итоге – улучшение общего состояния здоровья животных. Согласно исследованию M. C. Niederwerder, ключевой эффект ТФМ заключается в увеличении бактериального разнообразия и повышении численности полезных микроорганизмов, что позволяет стабилизировать и поддерживать здоровый микробиоценоз ЖКТ, ингибирующий рост патогенов [8].

Принято считать, что основными компонентами, обеспечивающими эффективность ТФМ, являются комменсальные бактерии в кале. Тем не менее другие компоненты фекалий, такие как вирусы, грибы, иммуноглобулины и бактериальные метаболиты, также играют важную роль при использовании ТФМ. При приготовлении фекалий важно максимально сохранить эти компоненты [14].

Трансплантация фекальной микробиоты включает несколько обязательных этапов.

Процедура проведения ТФМ пока не имеет строго утвержденного протокола, что требует адаптации методик под конкретные случаи и условия.

В настоящее время исследования ТФМ на людях более специфичны и тщательны, чем на животных, в частности на собаках. Тем не менее микробиота кишечника собак близка к человеческой [28]. Соответственно, бактерии, вирусы, бактериальные фрагменты, грибы, муцин, иммуноглобулин А (IgA) и бактериальные метаболиты могут быть важными компонентами ТФМ и у собак [14], как это было показано для ТФМ у людей [29].

В настоящее время выделяют три основные направления использования ТФМ у животных: терапевтическое, профилактическое и стимулирование патоген-специфического иммунитета [8].

Терапевтическое применение ТФМ необходимо, когда целью является лечение клинических признаков или устранение хронических заболеваний. Профилактику с помощью ТФМ целесообразно использовать для обеспечения полезных характеристик микробиома до начала воздействия патогенов на организм, что может стать частью профилактической медицины. Наконец, ТФМ может использоваться в качестве иммуностимулирующего средства, аналогичного вакцинации, когда трансплантационный материал стимулирует патоген-специфический иммунитет с целью усиления переноса иммуноглобулинов.

Большая часть научной литературы по теме ТФМ касается ее терапевтического использования после появления клинических признаков и постановки диагноза заболевания, хотя профилактическое действие и иммуногенетическое применение первично проверялись на свиньях и домашней птице.

Из доступных источников следует, что ТФМ была проверена на разных видах животных: рыбы, мыши, цыплята, кошки, собаки, обезьяны, свиньи, телята, лошади. ТФМ может быть использована как самостоятельная процедура, а также в комплексе с другой терапией, количество итераций ТФМ также варьирует в разных исследованиях от единичных введений до десятков раз, что подтверждает отсутствие единого протокола или стандартизации данной методики в ветеринарии. Систематизированные и обобщенные сведения с указанием литературных источников по рассматриваемой в обзоре теме представлены в виде таблицы в разделе «Дополнительные файлы» по адресу https://doi.org/10.29326/2304-196X-2024-13-4-314-321 [13][15–19][21–27][30–44].

Использование ТФМ у домашних животных. Животными, на которых чаще всего исследовалось влияние ТФМ, являются собаки (см. табл.), при этом в основном изучалась гастроэнтерологическая патология, но также и другие заболевания, например атопический дерматит [25]. Примечательно, что ТФМ зарекомендовала себя эффективным методом полного излечения или улучшения состояния реципиентов во всех указанных случаях. Преимущественно процедура ТФМ проводилась как самостоятельная терапия, за рядом исключений [17][21][24][44], когда наблюдалось комбинирование с другими методами. Успешное использование в большинстве случаев данного метода как самостоятельной процедуры говорит о возможности простой стандартизации ТФМ без включения дополнительных средств. Интересен также тот факт, что практически во всех исследованиях на домашних животных ТФМ проводилась однократно с успешным результатом, однако в работе C. A. Rojas et al. кошкам на протяжении эксперимента ввели по 50 капсул [31]. Что касается пути введения фекального материала домашним животным, то здесь используются ректальный, пероральный способы и введение с помощью зонда.

Ключевыми метаболитами ЖКТ, которые могут регулировать иммунитет хозяина и поддерживать иммунный гомеостаз, являются короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), влияющие на метаболизм липидов [37]. Стоит отметить, что при осуществлении ТФМ пероральным способом КЦЖК быстро всасываются и окисляются, поэтому клизмы или колоноскопия являются более предпочтительными. В то же время пероральное введение ТФМ может дать возможность бактериям колонизироваться в тонком кишечнике и подвздошной кишке, а также метаболитам, которые вырабатываются в толстой кишке (вторичные желчные кислоты), проникать в тонкий кишечник и подвздошную кишку. Следовательно, комбинирование обоих способов проведения ТФМ (перорально и клизма/колоноскопия) является наиболее правильным подходом [14].

Использование ТФМ в свиноводстве. Исследования на свиньях предоставляют обширные данные об эффективности ТФМ в различных аспектах, таких как профилактика кишечных заболеваний, улучшение кормовой эффективности и усиление иммунной защиты [15][32-35]. В большинстве работ фекальная суспензия вводилась свиньям через назогастральный или ректальный зонды. В то же время в исследовании A. Brunse et al. (2019) изучалось комбинированное введение препарата у недоношенных поросят, которое показало, что использование данного типа введения было связано с более высоким риском колонизации патогенными бактериями, что в конечном итоге привело к увеличению смертности [32]. Тогда как сугубо ректальная ТФМ оказалась эффективной для уменьшения частоты некротического энтероколита без негативных последствий. Данное наблюдение отличается от вывода, сделанного K. Li et al. относительно собак, возможно, комбинированное введение не является наиболее эффективным способом трансплантации для всех видов животных [14].

В исследовании, проведенном A. Brunse et al. в 2021 г., поросята получали курс антибактериальных препаратов в комплексе с ТФМ, данная процедура частично восстанавливала микробное разнообразие и снижала количество резистентных к антибиотикам бактерий, таких как Enterobacter cloacae и Pseudomonas aeruginosa. Самостоятельная процедура ТФМ (без предварительной антибиотикотерапии) оказалась более эффективной для восстановления здоровой микробиоты толстого кишечника поросят. Концентрации таких цитокинов, как IL-6 и CXCL-8, были выше при лечении с использованием только ТФМ, чем в группе комплексной терапии (p < 0,05). Таким образом, комбинированное применение антимикробных препаратов и трансплантации оказалось менее эффективным, чем отдельное использование, что указывает на их антагонистическое взаимодействие [33].

Как уже было сказано выше, правильный выбор донора является одним из ключевых моментов в успешном проведении ТФМ. Так, в исследовании на поросятах данная процедура только от конкретного донора снижала риски некротического энтероколита. В тестах PERMANOVA (многофакторный дисперсионный анализ) между группами на уровне родов и видов микробиоты (R2 = 0,45 для 16S рРНК; p = 0,001) было выявлено, что микробиом под воздействием фекального материала от определенного донора значительно отличался от других групп. Происходило снижение концентрации Enterobacter cloacae, Staphylococcus aureus и других патогенов, а также повышение относительной численности Limosilactobacillus reuteri и Lactobacillus crispatus [15]. Есть данные, что ТФМ также эффективна при лечении вирусных заболеваний у свиней. Так, в исследовании M. C. Niederwerder et al. обозначенная процедура использовалась для успешного лечения цирковирусной болезни и репродуктивно-респираторного синдрома свиней, она способствовала изменению микробиоценоза кишечника, снижая присутствие условно-патогенных бактерий, таких как Vibrionaceae и Spirochaetaceae, а также увеличивая уровень антител у зараженных поросят [35].

Важный параметр при выращивании свиней – кормовая эффективность, которая является значимым экономическим аспектом в свиноводстве. Результаты изучения влияния ТФМ на микробиоту свиноматок показали повышение кормовой эффективности у полученных от них поросят [34]. Улучшались такие показатели, как снижение остатков кормового потребления и увеличение микробного разнообразия. Это связано с повышением численности бактерий, ассоциированных с ферментацией клетчатки, что улучшает усвояемость кормов. Добавление инулина дополнительно способствовало увеличению численности ряда полезных бактерий и снижению уровня некоторых патогенов (например, Chlamydia), хотя это не привело к значительному увеличению веса. Таким образом, ТФМ в комбинации с пребиотиками может быть эффективной стратегией для повышения продуктивности в свиноводстве.

Использование ТФМ в птицеводстве. Существует ряд исследований касательно успешного использования процедуры ТФМ у кур. Изучались такие нарушения, как кишечные инфекции [39], изменения циркадных ритмов [36], а также влияние данного метода на рост, иммунный баланс [38] и липидный метаболизм у птиц [37]. В исследовании, проведенном J. Pang et al., была изучена эффективность терапии с использованием ТФМ курам, зараженным Campylobacter jejuni двумя способами: прямое заражение через введение суспензии с бактериями в организм и через подселение здоровых цыплят к зараженным особям. Оказалось, что трансплантация эффективно снижает колонизацию C. jejuni при прямом заражении. Уровни C. jejuni в данной группе были снижены в 2,5; 1,2 и 1,7 раза в сравнении с контрольной группой на 5, 10 и 15-й день соответственно (р < 0,0001). Также увеличилось содержание родов Butyricimonas, Parabacteroides и Parasutterella, которые могут способствовать устойчивости к колонизации патогена. Напротив, ТФМ не показала значимого эффекта для цыплят, зараженных через контакт с больными птицами [39]. Данный результат указывает на недостаточную гибкость процедуры, что требует более глубокого изучения, так как второй вариант заражения (через контакт с зараженными особями) наиболее реален в птицеводстве.

Как и в свиноводстве, ТФМ может помочь в улучшении экономических аспектов при выращивании птицы. Так, исследование Z. Ma et al. показывает, что масса цыплят в группе, где применяли ТФМ, была на 10,6% выше, чем в контрольной (627,4 г против 567,3 г; р < 0,0001). Также была продемонстрирована важная роль процедуры ТФМ для иммунной системы реципиента: лактобациллы, обнаруженные в кишечнике, усиливали метаболизм триптофана, который стимулирует Treg-клетки и подавляет Th17, что способствует улучшению иммунного ответа и снижению воспаления, следовательно, благоприятно влияет на рост кур [38]. Накопление избыточного жира у бройлеров также имеет негативное влияние на экономические показатели в птицеводстве. Трансплантация фекальной микробиоты была изучена как метод воздействия на липидный метаболизм [37]. В результате переноса фекальных бактерий донора установлено значимое преобладание бактерий Oscillospira и Streptococcus, известных способностью к выработке КЦЖК, что связано с уменьшением жировой массы. Таким образом, ТФМ способствовала уменьшению брюшных жировых отложений, подтверждая значимость микробиоценоза ЖКТ в метаболизме липидов. В другом исследовании основное внимание было уделено применению ТФМ как метода коррекции негативных эффектов при нарушении циркадных ритмов у кур [36]. При этом ТФМ способствовала значительному улучшению уровня митохондриальной ДНК и снижению оксидативного стресса, нормализовав экспрессию генов, связанных с клеточным циклом. Гены, отвечающие за гормональную активность и воспалительные процессы, менялись при нарушении циркадных ритмов, но возвращались к норме после трансплантации.

Использование ТФМ у крупного рогатого скота. В исследовании на телятах было показано, что ТФМ является более эффективной терапией для восстановления полезного микробиома кишечника (Bacteroides и Firmicutes), увеличения уровня КЦЖК и снижения признаков диареи по сравнению с антибиотиками [40]. Такое влияние привело к ускорению роста телят, что подтверждает потенциал использования ТФМ для повышения продуктивности в животноводстве. В своем исследовании J. Islam et al. проводили широкоформатный анализ (метагеномный, метаболомный и биохимический), чтобы выявить факторы, способствующие повышению эффективности ТФМ и улучшению методики выбора доноров и реципиентов. Успех от применения данной процедуры был достигнут в 70% случаев, при этом было доказано, что аминокислоты и КЦЖК вносят в него существенный вклад [16]. Ключевыми микроорганизмами, обуславливающими эффективность ТФМ, являются представители семейства Veillonellaceae и рода Selenomonas у доноров и реципиентов, при этом споробактерии (Sporobacter) были предложены как маркер оптимального донора. В работе Y. Li et al. непосредственно сама процедура ТФМ не была основным предметом исследования, но в ней изучалось влияние двух штаммов Lactobacillus reuteri L81 и Lactobacillus johnsonii L29, выделенных из фекалий коров после ТФМ, на рост, иммунную защиту и функцию кишечного барьера у телят после отъема. В итоге L. reuteri L81 и L. johnsonii L29 повысили интенсивность роста телят, уменьшили частоту диареи, укрепили иммунитет и снизили маркеры проницаемости кишечника [45].

Использование ТФМ у лошадей. В исследовании D. P. M. Dias et al. ТФМ оказалась высокоэффективным подходом для лечения острого колита у лошадей, так как у всех реципиентов после однократной процедуры наблюдалось полное исчезновение клинических симптомов в течение суток. Данный прием оказался более быстрым и дешевым по сравнению с традиционной антибиотикотерапией, к тому же без таких побочных эффектов, как дисбактериоз и антибиотикорезистентность [22]. В другом исследовании, проведенном Y. Kinoshita et al., применение ТФМ не было успешным у лошадей с дисбактериозом кишечника, вызванным метронидазолом [23].

Использование ТФМ у других животных. Общее воздействие ТФМ на микробиоту кишечника реципиента изучено в ряде работ. В одном исследовании, проведенном C. N. Ross and K. R. Reveles, показано, что ТФМ является безопасной процедурой для молодых игрунок (Callithrix jacchus), что подтверждается отсутствием побочных эффектов, хотя изменения непосредственно микрофлоры больше зависели от базового состояния кишечника реципиентов, чем от микробиоты доноров. Различия в относительной численности микробных таксонов говорят о потенциале ТФМ как метода для стабильного изменения кишечного микробиома у игрунок [43]. В исследовании на мышах донорами выступали домашние и дикие свиньи. Наибольший эффект для здорового микробиоценоза кишечника продемонстрировала группа мышей с ТФМ от диких свиней и высоким содержанием клетчатки в диете реципиентов. Также наблюдалось увеличение концентрации полезных жирных кислот (никотиновой) [44].

Проводились также исследования на рыбах. Так, Z. Han et al. сосредоточились на использовании ТФМ для более быстрого восстановления кишечного микробиома у карпов кои с дисбактериозом, вызванным антибиотиком флорфениколом [41]. В результате исследователи продемонстрировали эффективность данной процедуры, проведение которой сопровождалось восстановлением уровней содержания полезных бактерий, таких как Lactobacillus, Bifidobacterium, Bacteroides и Faecalibacterium. Также было определено, что такие метаболиты, как ароматические аминокислоты и глутатионовые соединения, играют ключевую роль в нормализации метаболизма кишечника после дисбактериоза. В другом исследовании было изучено влияние ТФМ от молодых особей в кишечник средневозрастных африканских рыб Nothobranchius furzeri на жизненный цикл и сохранение здоровья последних [42]. В результате продолжительность жизни рыб с ТФМ увеличилась на 37% по сравнению с контрольной группой (Logrank-тест, p < 0,001). У стареющих особей, которым проводили ТФМ, сохранялись такие бактериальные роды, как Exiguobacterium, Planococcus, Propionigenium и Psychrobacter, наличие которых характерно для молодых рыб. Среднее расстояние, преодоленное рыбой из ТФМ-группы за 20 мин, было выше на 15% по сравнению с контролем, что указывает на сохранение активности на уровне молодых особей.

Несмотря на впечатляющие результаты, многие аспекты эффективности и безопасности ТФМ остаются малоизученными, особенно в ветеринарной практике,где отсутствуют стандартизированные протоколы проведения данной процедуры [9]. Отсутствие характеристик множества штаммов, наполняющих фекальный материал при проведении ТФМ, не позволяет классифицировать его как пробиотик [2][46]. Поэтому дальнейшее развитие ТФМ в первую очередь связано с возможностью разработки целенаправленных микробных сообществ, которые позволят производить «чистые» продукты без потенциально вредных микроорганизмов, что приведет к стандартизации и повысит безопасность метода [8].

Трансплантация фекальной микробиоты имеет ряд неоспоримых преимуществ (поддержка иммунной системы слизистой оболочки, слизистого барьера и гомеостаза, устойчивость к заселению патогенами) [3], но на сегодняшний день рецензируемых научных работ, в которых установлена истинная ценность ТФМ в лечении заболеваний ЖКТ, не так много. Хотя в свободном доступе и имеются такие ценные данные, как дизайн, заболевание, выбор донора и реципиента, режим проведения ТФМ, последующее наблюдение, но они ограниченны, что обусловливает необходимость продолжения исследований в данной области [24]. К тому же в ветеринарии выбор донора и реципиента, вероятно, будет сильно различаться в зависимости от географических отличий в инфекционных и неинфекционных заболеваниях ЖКТ, а также других факторов [8][9].

Трансплантация фекальной микробиоты в животноводстве имеет большие перспективы, однако остаются и определенные вызовы. Во-первых, выбор метода введения и донора являются критически важными аспектами, влияющими на результаты процедуры [15][32]. Применение ТФМ для терапии вирусных инфекций хотя и демонстрирует положительные результаты [35], но также требует дополнительной проверки на больших выборках и в разных условиях. ТФМ не всегда может рассматриваться как высокоэффективный способ терапии в реальных условиях. К примеру, в исследовании J. Pang et al. эффективность ТФМ проявилась лишь в случае прямого заражения реципиентов, а когда реципиенты заражались через контакт с больными особями, то клинические показатели в результате переноса фекальных бактерий донора не улучшались [39]. В другом случае применение ТФМ у лошадей также не было успешным [23]. Это требует подробного изучения для поиска причин таких результатов.

Перспективность дальнейшего внедрения ТФМ в животноводстве подтверждают исследования, показавшие эффективность процедуры для увеличения экономической продуктивности [34][37][38]. Интересны также исследования на рыбах, где ТФМ зарекомендовала себя как перспективный метод для лечения кишечных заболеваний [41] и как подход, способствующий омоложению стареющих особей [42].

Таким образом, хотя ТФМ как самостоятельная терапия в большинстве случаев уже показывает высокую эффективность при лечении ряда заболеваний ЖКТ и напрямую не связанных патологий, дальнейшие исследования необходимы для понимания точных механизмов трансплантации и для разработки стандартизированных протоколов, которые должны повысить результативность данной процедуры, а также снизить риски для реципиентов.

Исследования применения ТФМ в ветеринарии демонстрируют ее потенциал как эффективной профилактической, терапевтической и иммуномодулирующей процедуры. Результаты показывают, что ТФМ способствует восстановлению здоровой микробиоты кишечника реципиента, что особенно важно в условиях антибиотикорезистентности и нарастающей потребности в альтернативных подходах к лечению заболеваний у животных. Хотя процедура уже получила положительные результаты для ряда видов животных, необходимой является стандартизация протоколов, а также изучение более точных механизмов ее воздействия на организм, чтобы в будущем появилась возможность классифицировать метод ТФМ как пробиотический подход в ветеринарии.

Ключевыми факторами успешного применения ТФМ является тщательный выбор донора без патогенов с соблюдением необходимых условий подготовки фекального материала, а также способ ввода суспензии в организм, который для конкретного вида животных может быть разным. В большинстве исследований с успешным исходом ТФМ использовалась как самостоятельная процедура, но комбинирование метода, например с пребиотиками, также показывает высокую эффективность.

Положительные результаты от применения ТФМ наблюдаются в терапевтическом лечении как бактериальных, так и вирусных инфекций у животных. Использование ТФМ у сельскохозяйственных животных подтверждает ее потенциал для улучшения кормовой эффективности и наращивания массы, что имеет экономическую значимость в животноводстве. На рыбах продемонстрирована возможность применения ТФМ как «омоложающей» процедуры.

Опубликованные данные подтверждают, что ТФМ имеет все основания считаться потенциальной альтернативой антибиотикотерапии в ветеринарии, однако это направление требует более масштабных исследований с учетом специфики разных видов животных.