Fecal microbiota transplantation: a step into the past or the future? A review

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

New data on the association of intestinal microbiome changes with some serious diseases raised the question of the role of the bacteria living in the intestine in maintaining human health. One way to study the composition and function of the microbiome and adjust it is fecal microbiota transplantation (FMT), which refers to the transfer of the donor's intestinal microbiota into the recipient's body to modify species diversity. Currently, FMT is included in the standards of care for relapsed and refractory types of clostridial infection in many countries. Its possible effect on the course of diseases such as inflammatory bowel disease, irritable bowel syndrome, metabolic syndrome, and some neurological and other diseases is being studied. Fecal biomaterial storage banks have been established in Europe, Asia, and the USA to facilitate donor selection, storage and delivery of the biomaterial to the recipient and simplify the control of the procedure, safety and adverse events. In Australia, a medicinal product is approved, which includes feces of specially examined and prepared donors. Despite many unresolved technological, legal and ethical issues, FMT has already been established as a promising potential treatment for many diseases.

About the authors

Irina N. Zakharova

Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Author for correspondence.
Email: zakharova-rmapo@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4200-4598

D. Sci. (Med.), Prof.

Russian Federation, Moscow

Anastasia D. Gostyukhina

Russian Medical Academy of Continuous Professional Education; Bashlyaeva Children`s City Clinical Hospital

Email: gostuhinaa@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3774-2633

Graduate Student

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Sun Y, Chen Q, Lin P, et al. Characteristics of Gut Microbiota in Patients with Rheumatoid Arthritis in Shanghai, China. Front Cell Infect Microbiol. 2019;9:369. doi: 10.3389/fcimb.2019.00369
  2. Cantoni C, Lin Q, Dorsett Y, et al. Alterations of host-gut microbiome interactions in multiple sclerosis. eBioMedicine. 2022;76:103798. doi: 10.1016/j.ebiom.2021.103798
  3. Mejía-León ME, Petrosino JF, Ajami NJ, et al. Fecal microbiota imbalance in Mexican children with type 1 diabetes. Sci Rep. 2014;4:3814. doi: 10.1038/srep03814
  4. Luo XM, Edwards MR, Mu Q, et al. Gut Microbiota in Human Systemic Lupus Erythematosus and a Mouse Model of Lupus. Appl Environ Microbiol. 2018;84:e02288-17. doi: 10.1128/AEM.02288-17
  5. Collado MC, Calabuig M, Sanz Y. Differences between the fecal microbiota of coeliac infants and healthy controls. Curr Issues Intest Microbiol. 2007;8:9–14.
  6. Liptak R, Gromova B, Maronek M, Gardlik R. Reverse phenotype transfer via fecal microbial transplantation in inflammatory bowel disease. Med Hypotheses. 2019;122:41-4. doi: 10.1016/j.mehy.2018.10.017
  7. Liu X, Liu M, Zhao M, et al. Fecal microbiota transplantation for the management of autoimmune diseases: Potential mechanisms and challenges. J Autoimmun. 2023;141:103109. doi: 10.1016/j.jaut.2023.103109
  8. Zhang F, Luo W, Shi Y, et al. Should we standardize the 1,700-year-old fecal microbiota transplantation? Am J Gastroenterol. 2012;107(11):1755. doi: 10.1038/ajg.2012.251
  9. De Groot PF, Frissen MN, de Clercq NC, Nieuwdorp M. Fecal microbiota transplantation in metabolic syndrome: History, present and future. Gut Microbes. 2017;8(3):253-67. doi: 10.1080/19490976.2017.1293224
  10. DeSalle R, Perkins SL. Welcome to the Microbiome. Getting to Know the Trillions of Bacteria and Other Microbes In, On, and Around You. Yale University Press. 2015.
  11. Yong E. Sham Poo Washes Out – The Atlantic – Atlantic Media Company. 2016. Available at: https://www.theatlantic.com/science/archive/2016/08/sham-poo-washes-out/493811/ Accessed: 14.05.2024.
  12. Eiseman B, Silen W, Bascom GS, Kauvar AJ. Fecal enema as an adjunct in the treatment of pseudomembranous enterocolitis. Surgery. 1958;44(5):854-9.
  13. Borody TJ, Paramsothy S, Agrawal G. Fecal microbiota transplantation: Indications, methods, evidence, and future directions. Curr Gastroenterol Rep. 2013;15:1-7. doi: 10.1007/s11894-013-0337-1
  14. Andrews PJ, Borody TJ. "Putting back the bugs": bacterial treatment relieves chronic constipation and symptoms of irritable bowel syndrome. Med J Aust. 1993;159(9):633-4. doi: 10.5694/j.1326-5377.1993.tb138063.x
  15. Lawson PA, Citron DM, Tyrrell KL, Finegold SM. Reclassification of Clostridium difficile as Clostridioides difficile (Hall and O’Toole 1935) Prevot 1938. Anaerobe. 2016;40:95-9. doi: 10.1016/j.anaerobe.2016.06.008
  16. Leffler DA, Lamont JT. Clostridium difficile infection. N Engl J Med. 2015;373:287-8. doi: 10.1056/NEJMc1506004
  17. McDonald LC, Gerding DN, Johnson S, et al. Clinical practice guidelines for Clostridium difficile infection in adults and children: 2017 update by the Infectious Diseases Society of America (IDSA) and Society for Healthcare Epidemiology of America (SHEA). Clin Infect Dis. 2018;66:e1-48. doi: 10.1093/cid/cix1085
  18. Wang JW, Kuo CH, Kuo FC, et al. Fecal microbiota transplantation: Review and update. J Formos Med Assoc. 2019;118(Suppl. 1):S23-31. doi: 10.1016/j.jfma.2018.08.011
  19. Van Nood E, Vrieze A, Nieuwdorp M, et al. Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile. N Engl J Med. 2013;368(5):407-15. doi: 10.1056/NEJMoa1205037
  20. Louie T, Cannon K, O’Grady H, et al. Fecal microbiome transplantation (FMT) via oral fecal microbial capsules for recurrent Clostridium difficile infection (rCDI). 2015.
  21. U.S. Food and Drug Administration. Enforcement Policy Regarding Investigational New Drug Requirements for Use of Fecal Microbiota for Transplantation to Treat Clostridium difficile Infection Not Responsive to Standard Therapies. Available at: https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/enforcement-policy-regarding-investigational-new-drug-requirements-use-fecal-microbiota. Accessed: 13.07.2024.
  22. Cammarota G, Ianiro G, Tilg H, et al. European FMT Working Group. European consensus conference on faecal microbiota transplantation in clinical practice. Gut. 2017;66(4):569-80. doi: 10.1136/gutjnl-2016-313017
  23. Sipos D, Varga A, Kappéter Á, et al. Encapsulation protocol for fecal microbiota transplantation. Front Cell Infect Microbiol. 2024;14:1424376. doi: 10.3389/fcimb.2024.1424376
  24. Шелыгин Ю.А., Алешкин В.А., Сухина М.А., и др. Клинические рекомендации по диагностике, лечению и профилактике Clostridium difficile-ассоциированной диареи. Клинические рекомендации. М. 2017 [Shelygin IuA, Aleshkin VA, Sukhina MA, et al. Klinicheskie rekomendatsii po diagnostike, lecheniiu i profilaktike Clostridium difficile-assotsiirovannoi diarei. Klinicheskie rekomendatsii. Moscow. 2017 (in Russian)].
  25. Borody TJ, George L, Andrews P, et al. Bowel-flora alteration: a potential cure for inflammatory bowel disease and irritable bowel syndrome? Med J Aust. 1989;150(10):604. doi: 10.5694/j.1326-5377.1989.tb136704.x
  26. Bennet JD, Brinkman M. Treatment of ulcerative colitis by implantation of normal colonic flora. Lancet. 1989;1(8630):164. doi: 10.1016/s0140-6736(89)91183-5
  27. Moayyedi P, Surette MG, Kim PT, et al. Fecal Microbiota Transplantation Induces Remission in Patients With Active Ulcerative Colitis in a Randomized Controlled Trial. Gastroenterology. 2015;149;102-6. doi: 10.1053/j.gastro.2015.04.001
  28. Costello SP, Hughes PA, Waters O, et al. Effect of Fecal Microbiota Transplantation on 8-Week Remission in Patients With Ulcerative Colitis: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2019;321(2):156-64. doi: 10.1001/jama.2018.20046
  29. Cui B, Feng Q, Wang H, et al. Fecal microbiota transplantation through mid-gut for refractory Crohn’s disease: Safety, feasibility, and efficacy trial results J Gastroenterol Hepatol. 2015;30;51-8. doi: 10.1111/jgh.12727
  30. Rossen NG, Fuentes S, Van Der Spek S, et al. Findings from a Randomized Controlled Trial of Fecal Transplantation for Patients With Ulcerative Colitis. Gastroenterology. 2015;149:110-8.e114. doi: 10.1053/j.gastro.2015.03.045
  31. Wei Y, Zhu W, Gong J, et al. Fecal Microbiota Transplantation Improves the Quality of Life in Patients with Inflammatory Bowel Disease. Gastroenterol Res Pract. 2015;517597. doi: 10.1155/2015/517597
  32. Vermeire S, Joossens M, Verbeke K, et al. Donor Species Richness Determines Fecal Microbiota Transplantation Success in Inflammatory Bowel Disease. J. Crohns Colitis. 2016;10,387-94. doi: 10.1093/ecco-jcc/jjv203
  33. Quraishi MN, Widlak M, Bhala N, et al. Systematic review with meta-analysis: the efficacy of faecal microbiota transplantation for the treatment of recurrent and refractory Clostridium difficile infection. Aliment Pharmacol Ther. 2017;46(5):479-93. doi: 10.1111/apt.14201
  34. Nishida A, Inoue R, Inatomi O, et al. Gut microbiota in the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Clin J Gastroenterol. 2018;11:1-10. doi: 10.1007/s12328-017-0813-5
  35. Lavelle A, Sokol H. Gut microbiota-derived metabolites as key actors in inflammatory bowel disease. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2010;17(4):223-37. doi: 10.1038/s41575-019-0258-z
  36. Fang H, Fu L, Wang J. Protocol for Fecal Microbiota Transplantation in Inflammatory Bowel Disease: A Systematic Review and Meta-Analysis. Biomed Res Int. 2018;2018:8941340. doi: 10.1155/2018/8941340
  37. Shi Y, Dong Y, Huang W, et al. Fecal Microbiota Transplantation for Ulcerative Colitis: A Systematic Review and Meta-Analysis. PLoS One. 2016;11(6):e0157259. doi: 10.1371/journal.pone.0157259
  38. Xiao L, Liu Q, Luo M, Xiong L. Gut Microbiota-Derived Metabolites in Irritable Bowel Syndrome. Front Cell Infect Microbiol. 2021;11:729346. doi: 10.3389/fcimb.2021.729346
  39. Hillestad EMR, van der Meeren A, Nagaraja BH, et al. Gut bless you: The microbiota-gut-brain axis in irritable bowel syndrome. World J Gastroenterol. 2022;28(4):412-31. doi: 10.3748/wjg.v28.i4.412
  40. Ивашкин В.Т., Зольникова О.Ю. Синдром раздраженного кишечника с позиций изменений микробиоты. Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. 2019;29(1):68-76 [Ivashkin VT, Zolnikova OYu. Irritable Bowel Syndrome in Terms of Changes in the Microbiota. Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology. 2019;29(1):68-76 (in Russian)]. doi: 10.22416/1382-4376-2019-29-1-84-92
  41. Johnsen PH, Hilpüsch F, Cavanagh JP, et al. Faecal microbiota transplantation versus placebo for moderate-to-severe irritable bowel syndrome: a double-blind, randomised, placebo-controlled, parallel-group, single-centre trial. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2018;3:17-24. doi: 10.1016/S2468-1253(17)30338-2
  42. El-Salhy M, Hatlebakk JG, Gilja OH, et al. Efficacy of faecal microbiota transplantation for patients with irritable bowel syndrome in a randomised, double-blind, placebo-controlled study. Gut. 2020;69(5):859-67. doi: 10.1136/gutjnl-2019-319630
  43. Halkjær SI, Christensen AH, Lo BZS, et al. Faecal microbiota transplantation alters gut microbiota in patients with irritable bowel syndrome: results from a randomised, double-blind placebo-controlled study. Gut. 2018;67(12):2107-15. doi: 10.1136/gutjnl-2018-316434
  44. Wu J, Lv L, Wang C. Efficacy of Fecal Microbiota Transplantation in Irritable Bowel Syndrome: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Front Cell Infect Microbiol. 2022;12:827395. doi: 10.3389/fcimb.2022.827395
  45. Zhao HJ, Zhang XJ, Zhang N, et al. Fecal Microbiota Transplantation for Patients With Irritable Bowel Syndrome: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Front Nutr. 2022;9:890357. doi: 10.3389/fnut.2022.890357
  46. Saklayen MG. The Global Epidemic of the Metabolic Syndrome. Curr Hypertens Rep. 2018;20(2):12. doi: 10.1007/s11906-018-0812-z
  47. Mente A, Yusuf S, Islam S, et al. INTERHEART Investigators. Metabolic syndrome and risk of acute myocardial infarction a case-control study of 26,903 subjects from 52 countries. J Am Coll Cardiol. 2010;55(21):2390-8. doi: 10.1016/j.jacc.2009.12.053
  48. Захарова И.Н., Малявская С.И., Творогова Т.М., и др. Метаболический синдром у детей и подростков. Принципы лечения. Медицинский совет. 2017;1:204-10 [Zakharova IN, Malyavskaya SI, Tvorogova TM, et al. Metabolic syndrome in children and adolescents. Principles of treatment. Meditsinskii Sovet. 2017;1:204-10 (in Russian)].
  49. Matulewicz N, Karczewska-Kupczewska M. Insulin resistance and chronic inflammation. Postepy Hig Med Dosw. 2016;70(0):1245-58.
  50. Di Vincenzo F, Del Gaudio A, Petito V, et al. Gut microbiota, intestinal permeability, and systemic inflammation: a narrative review. Intern Emerg Med. 2024;19(2):275-93. doi: 10.1007/s11739-023-03374-w
  51. Cani PD, Amar J, Iglesias MA, et al. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes. 2007;56(7):1761-72. doi: 10.2337/db06-1491
  52. Verhaar BJH, Prodan A, Nieuwdorp M, Muller M. Gut Microbiota in Hypertension and Atherosclerosis: A Review. Nutrients. 2020;12(10):2982. doi: 10.3390/nu12102982
  53. Kootte RS, Levin E, Salojärvi J, et al. Improvement of Insulin Sensitivity after Lean Donor Feces in Metabolic Syndrome Is Driven by Baseline Intestinal Microbiota Composition. Cell Metab. 2017;26(4):611-9.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2017.09.008
  54. Vrieze A, Van Nood E, Holleman F, et al. Transfer of intestinal microbiota from lean donors increases insulin sensitivity in individuals with metabolic syndrome. Gastroenterology. 2012;143(4):913-6.e7. doi: 10.1053/j.gastro.2012.06.031
  55. Smits LP, Kootte RS, Levin E, et al. Effect of Vegan Fecal Microbiota Transplantation on Carnitine- and Choline-Derived Trimethylamine-N-Oxide Production and Vascular Inflammation in Patients With Metabolic Syndrome. J Am Heart Assoc. 2018;7(7):e008342. doi: 10.1161/JAHA.117.00834
  56. Bundgaard-Nielsen C, Knudsen J, Leutscher PD, et al. Gut microbiota profiles of autism spectrum disorder and attention deficit/hyperactivity disorder: a systematic literature review. Gut Microbes. 2020;11(5):1172-87. doi: 10.1080/19490976.2020.1748258
  57. De Angelis M, Piccolo M, Vannini L, et al. Fecal microbiota and metabolome of children with autism and pervasive developmental disorder not otherwise specified. PloS One. 2013;8(10):e76993. doi: 10.1371/journal.pone.0076993
  58. Kwak MJ, Kim SH, Kim HH, et al. Psychobiotics and fecal microbial transplantation for autism and attention-deficit/hyperactivity disorder: microbiome modulation and therapeutic mechanisms. Front Cell Infect Microbiol. 2023;13:1238005. doi: 10.3389/fcimb.2023.1238005
  59. Li N, Chen H, Cheng Y, et al. Fecal Microbiota Transplantation Relieves Gastrointestinal and Autism Symptoms by Improving the Gut Microbiota in an Open-Label Study. Front Cell Infect Microbiol. 2021;11:759435. doi: 10.3389/fcimb.2021.759435
  60. Kang DW, Adams JB, Coleman DM, et al. Long-term benefit of Microbiota Transfer Therapy on autism symptoms and gut microbiota. Sci Rep. 2019;9(1):5821. doi: 10.1038/s41598-019-42183-0
  61. Dendrou CA, Fugger L, Friese MA. Immunopathology of multiple sclerosis. Nat Rev Immunol. 2015;15:545-58. doi: 10.1038/nri3871
  62. Yissachar N, Zhou Y, Ung L, et al. An intestinal organ culture system uncovers a role for the nervous system in microbe-immune crosstalk. Cell. 2017;168:1135-48.e12. doi: 10.1016/j.cell.2017.02.009
  63. Makkawi S, Camara-Lemarroy C, Metz L. Fecal microbiota transplantation associated with 10 years of stability in a patient with SPMS. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 2018;5(4):e459. doi: 10.1212/NXI.0000000000000459
  64. Vendrik KEW, Ooijevaar RE, de Jong PRC, et al. Fecal Microbiota Transplantation in Neurological Disorders. Front Cell Infect Microbiol. 2020;10:98. doi: 10.3389/fcimb.2020.00098
  65. Wang JW, Kuo CH, Kuo FC, et al. Fecal microbiota transplantation: Review and update. J Formosan Med Assoc. 2019;118(1):S23-31. doi: 10.1016/j.jfma.2018.08.011
  66. Zeng J, Peng L, Zheng W, et al. Fecal microbiota transplantation for rheumatoid arthritis: A case report. Clin Case Reports. 2020;9(2):906-9. doi: 10.1002/ccr3.3677
  67. Zhang YW, Cao MM, Li YJ, et al. Fecal microbiota transplantation as a promising treatment option for osteoporosis. J Bone Miner Metab. 2022;40(6):874-89. doi: 10.1007/s00774-022-01375-x
  68. Tetro JA. Applications of Fecal Microbiota Transplantation – The Human Microbiome Handbook. 2016.
  69. Tizard IR. Modifying the Intestinal Microbiota in Animals. 2023. Available at: https://www.merckvetmanual.com/immune-system/modifying-the-intestinal-microbiota/modifying-the-intestinal-microbiota-in-animals. Accessed: 10.04.2024.
  70. Wang Z, He H, Chen M, et al. Impact of coprophagy prevention on the growth performance, serum biochemistry, and intestinal microbiome of rabbits. BMC Microbiol. 2023;23(1):125. doi: 10.1186/s12866-023-02869-y
  71. Cammarota G, Ianiro G, Kelly CR, et al. International consensus conference on stool banking for faecal microbiota transplantation in clinical practice. Gut. 2019;68(12):2111-21. doi: 10.1136/gutjnl-2019-319548
  72. Harnessing the Microbes Within Us to Transform Global Health. Available at: https://openbiome.org/ Accessed: 12.04.2024.
  73. Harnessing ecology to deliver novel, cultured microbial therapies. Available at: https://www.biomebank.com/ Accessed: 12.04.2024.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».