Диссертация (1146667), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Крометого, известно, что не существует истинно универсальной питательной среды,которая подходила бы всем микроорганизмам.Среди представителей микрофлоры толстого кишечника60% − 70%относятся к так называемым «некультивируемым» микроорганизмам [The NIHHMP; Wopereis H., 2014]. Несмотря на то, что с внедрением методовамплификации ДНК в медицину, наши представления о кишечной микробиотестали гораздо более конкретными, механизмы регуляции внутри этого крайнеразнообразного сообщества до сих пор остаются неясными.В экологии концепция альтернативных стабильных состояний, отделенныхопорными точками, принята как основная.
Суть ее состоит в том, что вэкологическихсообществахестьопределенныегруппысбимодальнымраспределением микроорганизмов, то есть одни виды присутствуют в оченьбольшом количестве, а другие почти отсутствуют, но все эти виды поддерживаютдинамический баланс. В каждой группе на каждом полюсе есть опорные точки19(специфические компоненты микробиоты), которые поддерживают стабильностьвсей экосистемы [Lahti L., Salojarvi J., 2014].Проект Микробиом человека (the National Institutes of Health (NIH) - HumanMicrobiomeProject)-пятилетнийпроект,инициированныйСШАсориентировочным бюджетом $115 млн, запущен в 2008 году с целью описатьразнообразиемикробиоты,котораявключает1014микробныхклеток,представляющих тысячи видов бактерий, а также оценить влияние на неевнешних и внутренних факторов.
Концепция Проекта впервые была предложенаJoshua Lederberg в 2001 годудля описания «экологического сообществакомменсалов, симбиотов и патогенов, с которыми мы делим наше тело».Основной метод исследования - секвенирование 16S РНК [The NIH HMP, 2014].Этот метод (16S РНК) позволяет идентифицировать большое число редких видовмикроорганизмов, представленных в малых количествах, которые, тем не менее,определяют бактериальное разнообразие микробиоты.В последние годы распространяются и молекулярные технологии, такие какметагеномика, метапротеиномика, метаболомика, пополняющие наши знания омикробиоте [Gosalbes M.J., 2011; Pérez-Cobas A.E., 2013]Считается, что основная часть микробиоты кишечника сосредоточена впристеночной слизи, покрывающей эпителиальные клетки [Johansson M. E., 2011].Аутохтонные (постоянные) и аллохтонные (транзитные) микроорганизмыподдерживают определенный баланс.
Среди разнообразия микробиоты особоеместо занимают фермикуты (Firmicutes), бактероиды (Bacteroidetes),а такжеActinobacteria и Verrucomicrobia, Proteobacteria иFusobacteria. Эти бактериинаряду с простейшими, грибами, вирусами и бактериофагами играют важнуюроль в поддержании микробного разнообразия в толстом кишечнике человека[Chandrabali Gh., 2013]. Совокупность взаимодействий микроорганизмов, в т.ч.конкуренцияза нишу инутриенты,лежитв основеколонизационнойрезистентности - важнейшего механизма защиты кишечника от колонизациипатогенных микроорганизмов. В формировании колонизационной резистентностиучаствуют некоторые виды нетоксигенных клостридий (порядок Firmicutes),20представители семейства эубактерий (Anaerovorax) и энтеробактерий (родEscherichia)[Pérez-Cobas A.E., 2014].Ферментирующие бактерии, такие как бактероиды и непатогенныеклостриии, являются важнейшими продуцентами короткоцепочечных жирныхкислот, которые являются продуктом ферментации углеводов.
Кишечныйдисбиоз,особенноснижениеилиисчезновениебутират-продуцирующихмикроорганизмов, и рост лактат-продуцирующих микроорганизмов, может бытьпредпосылкой к нарушению колонизационной резистентности [Ling Z., 2014].Короткоцепочечные жирные кислоты влияют на иммунную функцию черезсигнальные протеины.Другой механизм защиты − желчные кислоты, которые подавляют каквегетативные формы патогенов, так и прорастание спор.
Метаболизм желчныхкислот также осуществляется при непосредственном участии микроорганизмовтолстого кишечника.Желудочно-кишечный тракт представляет собой крупный иммунный орган,образованныйкишечной лимфоидной тканью,собственной пластинкойслизистой оболочки и поверхностью слизистой оболочки. Он играет важную рольв развитии организма человека. Около 60% иммунных клеток располагаютсяименно в слизистой оболочке кишечника [Guarner Fr. WGO]. Их основнаяфункция - защита от прямого влияния внешних антигенов (патогенныхмикроорганизмов), входными воротами которых является желудочно-кишечныйтракт.Согласно современным представлениям кишечную микробиоту разделяютна просветную и пристеночную.
Просветная микробиота очень вариабельна, и насостав ее сильно влияет диета. А пристеночная микробиота, обитающая вмукозном слое, характеризуется бо́льшим постоянством и оказывает болеевыраженное влияние на организм за счет выделения в кровь биологическиактивных веществ.Слизь играет основную роль в поддержании гомеостаза микробиоты.Изменение ее состава является звеном в патогенезе воспалительных заболеваний21кишечника, коло-ректальном раке и кишечных инфекциях [Johansson M.E.Composition., 2011; McGuckin M.A., 2011; Sheng Y.H., 2012; Pelaseyed T., 2014].Муцин, основной компонент слизи, состоит из сиаловых кислот, формирующихцепи О-гликана с белковым основанием.
Муцин вырабатывается бокаловиднымиклетками ЖКТ и формирует гель на поверхности эпителия [Ouwerkerk J.P., 2013].Сиаловые кислоты обеспечивают формирование биопленок и модификациюиммунного ответа. Они также являютсянутриентами для представителейнормальной микробиоты (Bifidobacterium, Bacteroides spp.), что дает ей(нормобиоте) экологическое преимущество обитать в слизи, покрывающейэпителий [Lewis A.L., 2012; Wopereis H., 2014].Микроорганизмы, метаболизирующие гликаны слизи, имеют NAN-оперон(участок генома, которыйферментовсодержит гены, кодирующие набор определенныхN-acetylneuraminatelyase(NanA),acteylmannosamine (ManAc) epimerase (NanE))kinase(NanK)andN-и формируют так называемыйNAN-кластер.
Впервые такой кластер был описан для Escherichia coli в 1999г.[Plumbridge J., 1999; Tailford L.E., 2015].Микроорганизмы в составе NAN–кластера колонизируют разные области человеческого организма (кишечник,легкие, ротовая полость, мочевой пузырь), где высока концентрация сиаловыхкислот, которые могут служить источником энергии, углерода и нитратов.Интересно, что, например, B. fragilis или E. coli имеют полный набор генов длязавершенногоокружающейметаболизмасредесвободных[Nakayama-ImaohjiсиаловыхH.,2012].кислот,доступныхНапротив,внекоторыемикроорганизмы имеют неполный комплекс ферментов для метаболизмасиаловых кислот.
Так, Salmonella typhimurium и Clostridium difficille, которыеимеют в генетическом коде NAN –оперон, не могут самостоятельно полноценнометаболизировать сиаловые кислоты. Поэтому они используют сиаловыекислоты, частично метаболизированные нормальной микрофлорой [Ng K.M.,2013].Муцин защищает нормальную микробиоту от антимикробных пептидов,локализованныхнаслизистойоболочкеиобладающихвыраженной22антимикробной активностью против грам-положительных и грам- отрицательныхмикроорганизмов. У пациентов с воспалительными заболеваниями кишечникаопределяется дисбаланс микроорганизмов, метаболизирующих муцин, например,дефицит Ruminococcus gnavus [Tailford L.E., 2015]. Поврежденный муцин неспособен защищать нормальную микрофлору от антимикробных пептидов.
Приповреждении структуры муцина (при воспалительных заболеваниях кишечника)уменьшаетсяколичествопредставителейEnterobacteriaceae,дажебезантибактериальной терапии. Следует учитывать, что при язвенном колитеструктура муцина страдает сильнее, чем при Болезни Крона [Cobo E.R., 2015]. Этоможет быть одной из причин того, что у пациентов с ВЗК выше заболеваемостьинфекцией C.difficile (1,7% против 0,4% по популяции), причем у пациентов сЯзвенным колитом выше (2,8%), чем у пациентов с Болезнью Крона (1%)[Vindigni S.M., 2015].Муцин, кроме того, является компонентом биопленок. Биопленки − этоорганизованные сообщества клеток, часто, но не всегда, на органической илинеорганическойповерхности,заключенныевовнеклеточныйматрикс,образованный из полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот, в зависимости отвида микроорганизма и условий роста.
Концепция биопленок сформироваласьменее 40 лет назад. Термин «биопленки» предложен Høiby в 1985 г. [Høiby N.ESCMID, 2015]. Многие микроорганизмы обладают способностью формироватьбиопленки для защиты от вредоносных факторов внешней среды [Semenyuk E.G.,2014]. Вероятнее всего, в натуральной среде биопленки являются самой частойформой роста микроорганизмов.
Следует помнить, что низко патогенные инепатогенные представители нормальной микрофлоры могут быть значимымипродуцентамибиопленок.Организмывбиопленкахмогутстать«некультивируемыми» [Penterman J., 2014]. Биопленки также часто встречаютсясреди патогенов, что может определять патогенез и исход инфекционногозаболевания. Биопленки обеспечивают микроорганизмам прикрепление к тканямхозяина, устойчивость к защитным механизмам макроорганизма, в том числеиммунного ответа, и резистентность к антибактериальным препаратам. Поэтому23некоторые бактериальные инфекции могу рецидивировать даже после повторнойантибактериальной терапии.
Клиническое значение биопленок состоит в том, чтоих труднее удалить с медицинских инструментов, и они обладают значительнойрезистентностью к дезинфектантам.1.1.2 Формирование кишечной микробиоты у человекаTheodor Escherich (1857–1911) первым изучал кишечную микробиоту удетей. В 1886 г. он опубликовал диссертацию «Кишечные бактерии у детей и ихсвязь с физиологией питания». Он предполагал, что меконий стерилен, ибактериальная колонизация кишечника обусловлена окружающей средой игрудным молоком в первые 3−24 часа после рождения, подчеркивая важностьгрудного вскармливания [Shulman S.T., 2007].Согласносовременнымпредставлениямформированиемикробиотыпроходит две стадии: от рождения до введения прикорма и от ведения прикорма ксостоянию взрослого с учетом диеты.
Первыми микроорганизмами в желудочнокишечном тракте новорожденного обычно бывают факультативные анаэробы(Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus и Enterobacter spp.), которые создаютанаэробную среду для роста облигатных анаэробов (Bifidobacterium, Bacteroides,Clostridium и Eubacterium spp.), доминирующих со второй недели жизни[Wopereis H., 2014].Предположение Escherichs о стерильности мекония в настоящее времяопровергнуто. Современные методы позволили установить, что колонизациямекония может начаться до рождения от матери. Сразу после рожденияноворожденныйбыстроприобретаетэлементыматеринскоймикробиоты(вагинальной, кишечной, из молока, рта, кожи) [Makino H., Kushiro A., 2011;Wopereis H., 2014].У детей на грудном вскармливании доминируют бифидобактерии, а у детей,вскормленных смесями, микробиота более разнообразна [Makino H., Kushiro A.,2011].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
