Основные характеристики микробного ценоза. Особенности микробных отношений

В отдельной статье на сайте дано описание становления и состава микрофлоры основных биотопов организма человека. Поэтому здесь мы ограничимся лишь некоторыми дополнениями относительно инфраструктуры микробного сообщества.

Популяционную основу микробного ценоза в различных биотопах организма человека и других млекопитающих формируют строгие анаэробы: бактероиды, клостридии, пептострептококки, пептококки, бифидо-, фузо-, эубактерии и др.

Анализируя видовой, численный состав и инфраструктуру микробного ценоза, можно зафиксировать три основные характеристики:

• общее число видов превосходит 500;

• к основным по их физиологической роли, в частности, по влиянию на гомеостаз и абсорбционно-метаболические мощности, следует отнести роды анаэробных кокков, эубактерий, многочисленных представителей бактероидов, в меньшей степени бифидобактерий;

• отношение анаэробов к аэробам в норме для данного биотопа является константой: от 10:1 до 1000:1. Облигатных и факультативных анаэробов, по крайней мере, на порядок больше, нежели аэробов, как в «анаэробных органах» (толстая кишка), так и на поверхности кожи.

Господствующая в литературе концепция ведущей роли бифидобактерий, лактобацилл и других облигатных анаэробов и аэробов в поддержании симбионтных отношений с хозяином справедлива, очевидно, только для организма детей раннего возраста.

Как известно, такое представление породило соответствующие подходы не только к клиническим оценкам степени дисбиоза, но также и к подбору лечебных препаратов, и выразилось в создании многочисленных препаратов пробиотического ряда и продуктов функционального питания на их основе. Функционирование строгих анаэробов, вкупе с комплементарной деятельностью эпителия, создают те характеристики физико-химических параметров в приэпителиальной зоне, которые необходимы для существования бифидобактерий, лактобацилл и других достаточно уязвимых симбионтов. Таким образом, именно влияние мощных популяций строгих анаэробов можно считать основой гомеостаза микрофлоры.

В этой связи уместно подчеркнуть, что последние десятилетия в научной литературе интенсивно развивается популяционно-коммуникационная концепция, в основе которой лежат представления о социальном поведении микроорганизмов. В рамках такого подхода микробные объекты рассматриваются в терминах взаимодействия организованных субпопуляций, со свойственными им межклеточными взаимодействиями различных типов — конкуренцией и кооперацией, взаимной изоляцией клеточных клонов и когезией (здесь мы употребляем этот термин, чтобы подчеркнуть множественность взаимных контактов разной природы между микробными субпопуляциями).

В последнее время всё более осознается, что не только высшие животные и человек, но и ряд более простых организмов, включая одноклеточные, способны к тем или иным формам коллективных взаимоотношений, обмену информацией, к формированию более или менее целостных ассоциаций из многих индивидов. Именно социальным поведением бактерий объясняется и образование биопленок — одной из основных стратегий, способствующих выживанию бактерий в окружающей среде. Микробное сообщество любых слизистых оболочек человека в определенной мере является организованной биопленкой, включающей, в подавляющем большинстве, компоненты аутохтонной микрофлоры.

В биопленке микроорганизмы в количестве 1011 клеток/см3 распределены в пристеночном слое относительно прочного геля («матрикс»), состоящего из гликопротеидов, полисахаридов, пептидогликана, продуцируемых клетками эпителия и бактерий.

Такое расположение обеспечивает контакт клеток с диффундирующим в матрикс химусом (в кишечнике) и клетками между собой для быстрого обмена продуктами метаболизма, продукции ферментов, витаминов, антибиотиков, иммуностимуляторов, а также токсинов и токсичных метаболитов, защиты от агрессивных воздействий (антибиотики, факторы локального и системного иммунитета макроорганизма). Считают, что пристеночная микрофлора, покрывающая в виде биопленки кишечную стенку, другие слизистые оболочки и кожу человека более концентрирована, стабильна и физиологична, чем полостная микрофлора.

Биопленки содержат бактерии одного или нескольких видов микроорганизмов, которые могут быть в состоянии активно функционирующих, покоящихся или некультивируемых клеток, «впечатанных» в матрикс. Индивидуальные члены этого сообщества могут выполнять различные функции, т. к. в разных местах биопленки активация генов происходит по-разному (дифференциальная экспрессия генов).

В биопленке — по иному, в сравнении с чистыми культурами бактерий — происходят многочисленные физиологические процессы, в том числе продукция метаболитов и биологически активных веществ. Сообщество организует единую генетическую систему в виде плазмид — кольцевых ДНК, несущих поведенческий код для членов биопленки, определяющих их пищевые, энергетические и другие связи между собой и внешним миром. Реакция микроорганизмов на изменение условий окружающей среды в биопленке существенно отличается от реакции каждого отдельного вида в монокультуре. Коллективное существование обеспечивает микрофлоре физиологическую и функциональную стабильность, а в организме человека поддерживает гомеостаз органов и систем, функциональность которых зависит от населяющих их микробов.

В частности, предполагают, что межвидовое общение помогает смешанным популяциям (например, Pseudomonas aeruginosa и Burkcholderia cepacia) согласованно регулировать продукцию факторов вирулентности и способствует прогрессированию заболевания при совместной инфекции. Можно также полагать, что бифидобактерии, не имеющие ферментативного аппарата детоксикации токсических форм кислорода, нуждаются в «защитной кооперации», например, с бактероидами, располагающими таким аппаратом.

Образование биопленок, функционирование их генетических систем регулируются по принципу QS-системы (Quorum sensing — англ, «чувство кворума»). К настоящему времени получено значительное количество доказательств того, что процесс внутрипопуляционного информационного обмена бактериальных клеток между собой определяется QS-системой, осуществляющей регуляцию экспрессии определенных генов в зависимости от плотности клеточной популяции бактерий на основе принципа аутоиндукции. В основе функции всех регуляторных QS-систем лежит возрастание концентрации секретируемого клетками аутоиндуктора по мере увеличения плотности клеточной культуры.

Характерным признаком таких систем является наличие двух регуляторных белков: одного сенсорного (рецепторного), ответственного за связывание своего аутоиндуктора, и второго — белка регуляторного ответа. В результате бактерии не атакуют эукариотическую клетку хозяина до тех пор, пока ими не будет достигнута определенная плотность, при которой синтезирующееся количество факторов патогенности «гарантирует» успешное развитие инфекционного процесса.

Все описанные к настоящему времени индукторы являются низкомолекулярными соединениями и легко проникают через клеточную мембрану. Они высоко специфичны в своем взаимодействии с мишенями — белками сенсорами, синтезирующимися в бактериях.

По типу QS-системы в результате транскрипции определенных бактериальных генов включаются механизмы ауторегуляции широкого спектра физиологических процессов: осуществление межвидовых контактов, продукция антибиотиков и субстанций, отвечающих за конкурентные внутри- и межпопуляционные взаимоотношения, синтез детерминант вирулентности у патогенных бактерий, перенос конъюгативных плазмид, образование биопленки, процесс репликации, осуществление информационного cross-talking между микробными клетками и клетками хозяина и др.

Природа аутоиндукторов у грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов различна. Однако недавно был обнаружен аутоиндуктор АИ-2, образуемый большим количеством тех и других микроорганизмов, что дает возможность предположить его участие и в межвидовой коммуникации.

Разработка регуляторов QS-системы может внести существенный вклад в поиск мер профилактики инфекционных заболеваний.

Не исключено, что подход к разработке пробиотиков, основанный на учете QS-факторов и их использовании, может оказаться весьма плодотворным и значительно усилить стабильность и эффективность пробиотических препаратов.

- Читать далее "Эпителий и микрофлора человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 15.6.2020

Остались вопросы или замечания?

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.