Предпосылки и цели. Совокупность молекул метаболитов (метаболом) в крови не случайно образно называют молекулярным «зеркалом» нашего здоровья. Новейшие данные показа-ли,что 69% ассоциаций метаболитов были обусловлены исключительно микробиомом, 15% — исключительно генетикой и 16% находились под гибридным контролем генома и микро-биома (Diener et al., 2022). Микробиом человека является отличным предиктором изменений в фенотипе хозяина и, в более общем плане, в феноме , объясняя до 20% адаптации хозяина и связанных с ней клеточных / молекулярных явлений, в то время как геном может объяснить до менее 2% модификаций, связанных с хозяином( Puce et al.,2022). Эти выводы признаны многообещающими, потому что дают ключи к успешной разработке коррекции нарушений метаболизма, если сможем управлять микробиомом, поскольку большим количеством метаболитов можно манипулировать с помощью диеты и пробиотиков. В то же время метаболиты, находящиеся под строгим генетическим контролем, не будут реагировать на изменения образа жизни, а потому их надо рассматривать как мишени для фармакологических и нелекарственных вмешательств, к которым, в частности, относится фотобиомодуляция (ФБМ) человека. ФБМ применяется достаточно широко для облегчения боли, заживления ран и многого другого. Достаточно молодым направлением ФБМ является внешнее (через поверхность тела) облучение микробиоты кишечника (МК), которой даже отводят роль как важнейшему органу организма (Bicknell et al.,2022.), а МК определяют как ключевой компонент здоровья и снижение микробного разнообразия и изменением микробного состава, признаны одними из основных факторов многих заболеваний и расстройств. Дизайн исследования, материалы и методы. Для экзогенного значимого воздействии на экосистему МК через поверхность живота целесообразно использовать свет в окне прозрачности биологических тканей (600–1500 нм), что было обосновано теоретически (Храмов, 2021). Мы впервые попытались оценить эффективность прямой ФБМ в насколько возможно выделенной полной экосистеме микроорганизмов МК in vitro, полученной из образцов стула человека. При этом пытаться сравнить эффективность ФБМ для светодиодного излучения в двух диапазонах длин волн: в красном (К) и ближнем инфракрасном (БИК) с максимумами 660 нм и 940 нм соответственно. Мы стремились получить больше информации об интегральных параметрах всей выделенной экосистемы МК, а также одного из важнейших МК штаммов – бифидобактерий (Bifidobacterium breve), по показателям выживаемости клеток после повреждающей крионагрузки в жидком азоте и по влиянию на кривые роста микроорганизмов при предварительной ФБМ в этих диапазонах при разных дозах облучения. Кривые роста были измерены по оптической плотности культивируемых клеток МК в анаэробных условиях, подвергнутых предварительному воздействию светом с максимумами 660 или 940 от светодиодных источников. Устойчивость к повреждениям от нагрузочного теста криокон-сервации микроорганизмов оценивали с помощью анализа соотношения количества живых и мертвых клеток.

Результаты. Микроорганизмы МК по разному реагировали на воздействие при 660 нм и 940 нм. Максимальный достоверный прирост выживаемости МК после нагрузочного теста криоконсервации был более чем в три раза больше при 940 нм по сравнению с 660 нм (до 40% по отношению к контролю)в диапазоне доз от 10 до 600 J/m2. Аналогичная картина наблюдалась и для микроорганизмов Bifidobacterium breve: при 940нм при-рост выживаемости достигал 14%, а при 660нм не наблюдалось достоверных изменений в диапазоне 10–160 J/m2. ФБМ 660нм не оказывала достоверного влияния на кривые роста Bifidobacterium breve, в то время как ФБМ 940 нм вызывала на 4 и 6 часе культивации достоверные изменения кривых роста: как подавление на 3,5%, так и увеличение на 9% по сравнению с контрольными, но только лишь на культурах клеток после нагрузочной процедуры криоконсервации. Также только на культуре МК после криоконсервации излучение с 940 нм вызывало достоверные изменения в широком диапазоне доз как при очень низкой дозе 1 J/m2 так и при достаточно больших дозах до 67800 J/m2, на которых эффекты были позитивными и носили нетепловой характер. Показано, что при добавлении криопротектора ДМСО защитные эффекты ФБМ нивелируются.

Заключение. Насколько нам известно, это первая демонстрация различной чувствительности бактерий МК in vitro в ответ на ФБМ с помощью красного и ближнего инфракрасного светодиодного излучения. Оказалось, что тестирование на выживаемость является более чувствительным методом чем анализ кривых роста микроорганизмов в ответ на ФБМ. Мы также обнаружили специфические для клеточного типа различия в ответе на ФБМ воздействие vitro с помощью красного и ближнего инфракрасного светодиодного излучения. Эти результаты подтверждают, что различные пути ответа задействованы после воздействия светодиодного излучения 660 и 940 нм и, что ближний инфракрасный свет 940 нм может вызывать более значимое в сравнении с красным светом позитивное воздействие на микроорганизмы МК. Эффекты ФБМ с большой вероятностью носят стабилизирующий характер действия на мембрану клеток. То, что эффекты ФБМ больше выявляются либо при повреждениях или при культивировании после повреждений, вызываемых неинвазивной процедурой криоконсервации, можно предполагать, что ФБМ может быть особенно эффективна при различных заболеваниях или стрессорных воздействиях, приводящих к дисбиозу с повреждениями и гибелью полезной МК человека.

Background and goals. It is no coincidence that the totality of metabolite molecules (metabolome) in the blood is figuratively called the molecular "mirror" of our health. Recent data have shown that 69% of metabolite associations were exclusively microbiome-driven, 15% were exclusively genetic, and 16% were under hybrid genome-microbiome control (Diener et al., 2022). The human microbiome is an excellent predictor of changes in host phenotype and, more generally, phenome, explaining up to 20% of host adaptation and associated cellular/molecular phenomena, while the genome can explain up to less than 2% of host-related modifications (Puce et al., 2022). These findings are considered promising because they provide the keys to successful development of the correction of metabolic disorders if we can manage the microbiome, since a large number of metabolites can be manipulated with diet and probiotics. At the same time, metabolites under strict genetic control will not respond to lifestyle changes, and therefore they should be considered as targets for pharmacological and non-drug interventions, which, in particular, include human photobiomodulation (PBM). PBM is used widely enough to relieve pain, heal wounds and much more. A rather young area of PBM is external (through the surface of the body) irradiation of the gut microbiota (GM), which is even assigned a role as the most important organ of the body (Bicknell et al., 2022.), and GM is defined as a key component of health and a decrease in microbial composition, are recognized as one of the main factors of many diseases and disorders.

Study design, materials and methods. For an exogenous significant impact on the GM ecosystem through the surface of the abdomen, it is advisable to use light in the transparency window of biological tissues (600–1500 nm), which was justified theoretically (Khramov, 2021). We have attempted for the first time to evaluate the efficacy of direct PBM in an isolated, as far as possible, complete microbial ecosystem of GM in vitro derived from human stool samples. At the same time, try to compare the efficiency of PBM for LED radiation in two wavelength ranges: in red (K) and near infrared (NIR) with max-ima of 660 nm and 940 nm, respectively. We sought to obtain more information about the integral parameters of the entire isolated GM ecosystem, as well as one of the most important GM strains, bifidobacteria (Bifidobacterium breve), in terms of cell survival after damaging cryoloading in liquid nitrogen and the effect on growth curves of microorganisms during PBM in these ranges at different radiation doses. Growth curves were measured from the optical density of cultured GM cells under anaerobic conditions, pre-exposed to light with a maximum of 660 or 940 from LED sources. Resistance to damage from the stress test of cryopreservation of microorganisms was assessed by analyzing the ratio of the number of living and dead cells.

Results. GM microorganisms reacted differently to exposure at 660 nm and 940 nm. The maximum significant increase in GM survival after the cryo-preservation stress test was more than three times greater at 940 nm compared to 660 nm (up to 40% relative to control) in the dose range from 10 to 600 J/m2. A similar picture was observed for Bifidobacterium breve microorganisms: at 940 nm, the increase in survival reached 14%, and at 660 nm, no significant changes were observed in the range of 10–160 J/m2. PBM 660 nm did not have a significant effect on the growth curves of Bifidobacterium breve, while PBM 940 nm caused significant changes in growth curves at 4 and 6 hours of cultivation: both suppression by 3.5% and an increase by 9% compared to the control, but only on cell cultures after the loading procedure of cryopreservation. Also, only in the culture of GM after cryopreservation, radiation from 940 nm caused significant changes in a wide range of doses, both at a very low dose of 1 J/m2 and at sufficiently high doses up to 67800 J/m2, on which the effects were positive and were of a non-thermal nature. . It has been shown that the addition of cryoprotectant DMSO reduces the protective effects of PBM.

Conclusion. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of different in vitro susceptibility of GM bacteria in response to PBM using red and near-infrared LED light. It turned out that testing for survival is a more sensitive method than the analysis of growth curves of microorganisms in response to PBM. We also found cell-type-specific differences in response to PBM exposure in vitro with red and near-infrared LED light. These results confirm that different response pathways are involved after exposure to 660 and 940 nm LED light and that 940 nm near infrared light can produce a greater beneficial effect on GM microbes than red light. The effects of PBM are highly likely to have a stabilizing effect on the cell membrane. The fact that the effects of PBM are more pronounced either during damage or during cultivation after damage caused by a non-invasive cryopreservation procedure, it can be assumed that PBM can be especially effective in various diseases or stress factors leading to dysbiosis with damage and death useful human GM.