Характеристика подсистем и вариантов взаимоотношений микрофлоры с хозяином

Макроорганизм и его микрофлора представляют собой единую, открытую, способную к саморегуляции систему, между подсистемами которой и окружающей средой происходит циркуляция материальных потоков, энергетический обмен, обмен информацией.

Изучение проблемы молекулярных взаимосвязей в системе «макроорганизм — его микрофлора» позволит пролить свет на многие аспекты существования системы в целом.

В отдельной статье на сайте статус микрофлоры формулируется следующим образом: «Нормальная микрофлора — продукт интеграции человека с внешней средой». В настоящей главе излагаются основные идеи и принципы микроэкологии в рамках молекулярных взаимоотношений как продукта и инструмента интеграции. Установлены разнообразные физиологические функции собственной микрофлоры человека: энергетическая поддержка, многочисленные синтетические функции, участие в своеобразном информационном обмене на молекулярном уровне внутри микробиоценоза и с хозяином, поддержание иммунологического гомеостаза, участие в создании системы колонизационной резистентности, участие в защите от негативных внешних воздействий.

P.S. Для обозначения этого явления в англоязычной литературе используется метафора, заимствованная из давней практики телефонной связи — cross talk. Это так называемые «паразитные» взаимные наводки электромагнитных сигналов, которые передаются по линиям, расположенным в тесном соседстве друг с другом — например, по проводам, запечатанным в один кабель. Проще говоря, термин cross talk первоначально относился к ситуации, когда вы слышали в телефонной трубке не только голос своего прямого собеседника, но и (пусть не вполне отчетливо) какие-то посторонние разговоры. Точно так же ваш разговор слышал кто-то другой.

В связи с этим необходимо отметить следующее:

• отношения между хозяином и аутохтонной микрофлорой — это отношения между двумя сверхсложными подсистемами. Одна из них — макроорганизм, другая подсистема — многочисленное и многовидовое бактериальное сообщество (именно, сообщество как целое, как своеобразный организм). По глубоким биологическим причинам эти отношения сложились в процессе коэволюции, т.е. совместной эволюции многоклеточного организма и микробов;

• коэволюция не всегда протекает бесконфликтно. Поэтому, в наследство нам досталось несколько стратегически различных вариантов отношений в системе хозяин/аутофлора: партнерские (симбионтные) отношения, взаимная агрессия и промежуточные состояния, когда конфликта еще нет, но обе подсистемы уже готовы к нему, так что многие важные связи между ними уже не функционируют;

• когда подсистемы взаимодействуют бесконфликтно, осуществляя нормальные взаимодействия, они приносят друг другу большую пользу. Их взаимосвязи направлены на поддержание иммунного статуса организма-хозяина, его колонизационной резистентности; на обеспечение хозяина критически важными микроэлементами, которыми «правильно» не обеспечит никакая система питания, и важнейшими биохимическими субстратами (синтезируя, например, незаменимые аминокислоты), медиаторами и антиоксидантами.

Воздействия, которые оказывают друг на друга хозяин и микрофлора, классифицируются на три типа эффектов:

• обмен энергией в форме прямого теплообмена и взаимного переноса энергосубстратов — таких как аденозиноторифосфат (АТФ), летучие жирные кислоты (ЛЖК), то есть субстратов, используемых для получения энергии;

• материальный обмен химическими элементами — циркуляция между подсистемами углерода, кислорода, водорода, серы, азота, железа, кобальта и др. в заданной молекулярной форме;

• обмен информацией — регуляторными молекулами, нейромедиаторами и другими сигнальными молекулами, витаминами и коферментами, а также генетической информацией (мобильными генетическими элементами различного типа).

Если характеристики этих трех потоков имеют показатели (дозовые, кинетические), адекватные потребностям хозяина и микрофлоры, то реализуется такое состояние системы, при котором собственная микрофлора макроорганизма обеспечивает хозяина (а он, в свою очередь, ее) всем необходимым: энергией, микро- и макроэлементами, коферментами. Более того, микрофлора защищает хозяина от многих условно-патогенных, патогенных бактерий и вирусов, а также играет роль универсального абсорбера-детоксикатора, поглощая и метаболизируя различные ксенобиотики: лекарственные средства, токсические химикаты, фоновые экотоксиканты. Таким образом, микробиотой поддерживается гомеостаз организма хозяина.

Даже сравнительно интенсивные воздействия внешних факторов — инфекционные заболевания, химиотерапия, радиация — далеко не сразу нарушают этот гомеостаз и изменяют нормальный статус микробиоценоза. Иногда возмущение негативного фактора может проявляться только в изменениях метаболической активности некоторых видов бактерий. Однако по достижении определенных (пороговых) значений такие возмущения способны вывести всю систему из состояния динамического равновесия. В этом случае, нарушается не только метаболическая активность, но и видовой спектр микробного ценоза, и даже его инфраструктура (т. е. соотношение аэробных и анаэробных микроорганизмов), морфология бактериальных популяций, появляется метаболический дисбаланс. В результате, мы сталкиваемся с ситуацией, часто обозначаемой термином «дисбактериоз». При дисбиотических сдвигах иными, как в качественном, так и количественном отношении, становятся взаимосвязи между хозяином и аутофлорой, в первую очередь, регуляторные, метаболические, свойства зоны, через которую осуществляется контакт. При этом могут меняться окислительно-восстановительный потенциал приэпителиальной зоны, сдвигаясь в «аэробную» сторону (в сторону положительных значений), а также другие физико-химические параметры (pH, вязкость и т.д.). В частности, вязкость оказывает сильное воздействие на конформационную подвижность молекулярных систем (подвижность, обусловленную явлением вращения частей молекул относительно ординарных связей), что, в свою очередь, может изменять, например, лиганд-рецепторные взаимодействия, адгезивные свойства и пр.

Такие изменения, как мы покажем далее, приводят к возникновению состояния взаимной агрессии между подсистемами. Более того, нарушаются взаимосвязи внутри подсистем, т. е. в организме изменяется система метаболического обеспечения и регуляции, а микрофлора переходит к иному типу межпопуляционных отношений.

Такая ситуация способствует развитию клинически наблюдаемого синдрома дисбиоза, крайними проявлениями которого являются эндотоксемия, бактериемия, оппортунистические инфекции, энцефалопатия, сепсис, токсический шок, и т. д. Исходя из сказанного, важно будет осветить следующие вопросы:

Какие молекулярные механизмы обеспечивают взаимосвязи макроорганизма и его микрофлоры?

Как эти механизмы трансформируются в направления («векторы»), ведущие к патологии?

Какие подходы к коррекции дисбиозов вытекают из знания этих механизмов?

Итак, мы рассматриваем систему, которая включает в себя (1) собственно микрофлору, (2) макроорганизм, (3) объекты, обеспечивающие взаимосвязи между ними. К таким объектам следует отнести:

• поверхностные структуры бактерий (адгезины, пептидогликаны, липотейхоевые кислоты и т.д.) — олиго- и полимерные молекулы, которые опосредуют контакты бактерий между собой и с клетками хозяина (эукариотами);

• эпителий с экспонированными на нем макромолекулами. Среди них — поверхностные гликопрогеидные структуры, секретируемые полисахариды, лактоферрин, лизоцим, компоненты системы локального иммунитета, в частности, секреторный компонент иммуноглобулина A (s-IgA); — «приэпителиальный слой», включающий уже названные выше объекты, а также «впечатанные» в него бактериальные колонии, клетки бактерий и слущенного эпителия; молекулярные объекты различных типов, участвующие в обмене и поддерживающие взаимосвязи в системе. Сюда относятся низкомолекулярные метаболиты (НММ), сложные надмолекулярные структуры субклеточного и клеточного уровня (эндотоксины, пептиды и пептидные токсины, органеллы и пр.).

Взаимосвязи в системе хозяин-микрофлора имеют динамическую природу. Поэтому, как указывалось выше, система может пребывать в разных состояниях (состоянии симбиоза, состоянии взаимной агрессии между отдельными подсистемами или некотором промежуточном состоянии), когда значительная часть обменных молекулярных и энергетических потоков не работает, а подсистемы (хозяин и микрофлора) функционируют сравнительно автономно друг от друга.

Следует подчеркнуть, что высказанные положения относятся не только к желудочно-кишечному тракту, но и к другим биотопам макроорганизма: родовому тракту, дыхательным путям, кожным покровам.

- Читать далее "Основные характеристики микробного ценоза. Особенности микробных отношений"

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.