INFECTIOUS SYMBIOLOGY

Full Text

Начало нового тысячелетия ознаменовалось для инфектологии новыми идеями, повлекшими разработку перспективных научных направлений и подходов. Введение в научный оборот микробиологов термина «микробиом» (микробное сообщество, проживающее на единой территории) позволило Дж. Ледербергу [17] раздвинуть привычные рамки микрофлоры, а организм хозяина определить как суперорганизм со всем микробным населением биотопа. Не ускользнула от внимания микробиологов и мысль Нобелевского лауреата, что дальнейшая перспектива инфектологического направления будет развиваться как на генетическом, так и симбиотическом плацдарме, ибо симбиотические связи имеют не меньшее значение, чем трансгеномные перестройки микробной флоры. К тому же, появились работы, подтверждающие, что микробиота имеет важное значение в поддержании гомеостаза (здоровья) человека [16]. Обосновано положение, что симбиоз - биологическая основа инфекции. Аргументом тому определение симбиоза автором термина А.А. де Бари (1879), указывающего, что «Симбиоз - это продолжающееся тесное совместное существование различных организмов. Паразитизм является наиболее известной и очевидной формой симбиоза» [1]. Поддержку этому положению принесло и изучение природного явления - ассоциативного симбиоза, под которым понимают многокомпонентную интегральную систему, включающую хозяина в качестве макропартнера, стабильные доминантные микросимбионты и ассоциативные микросимбионты с разнонаправленными воздействиями, определяющими формирование, стабильность существования и продуктивность симбиоза в целом [2]. Это позволило выделить три основных вектора взаимодействия симбионтов: 1) хозяин-доминантный партнер; 2) хозяин-ассоциативные микроорганизмы; 3) доминант-ассоциант (микросимбиоценоз). Разделение четко очерченных векторов взаимодействия симбионтов позволило использовать патогенный и персистентный потенциал микробиоты для решения вопросов о механизмах взаимодействий как проэукариот, так и пропрокариот. В свою очередь, это дало основание рассматривать инфекцию в качестве модельной системы ассоциативного симбиоза [3]. При изучении взаимоотношений симбионтов в рамках обозначенных векторов при инфекции стало совершенно очевидно, что взаимодействие доминантной микрофлоры и хозяина (1 вектор) определяет колонизационную резистентность биотопов хозяина. Колонизационная же резистентность хозяина - это физиологическая регуляторная система, контролирующая проникновение эндогенных и экзогенных патогенов, где описаны синергидные функции доминантов для хозяина, включающие: метаболизм нормофлоры за счет собственного ферментного набора «дорасщепляющего» углеводные, жировые и белковые субстраты пищи; синтез витаминов группы В («биофабрика» витаминов); защита хозяина от ассоциативных микроорганизмов за счет прямого антагонизма и антиперсистентного действия в отношении аллохтонных патогенов; детоксицирующее действие анаэробной нормофлоры, выполняющей роль «второй печени»; и иммуномодулирующий эффект нормофлоры. К тому же, оказалось, что видовой состав нормофлоры в каждой микробиоте различен и определяется теми внешними и внутренними факторами среды, в которой проживают эти микроорганизмы. Наличие взаимосвязи микробиоты с организмом хозяина определяет участие микроорганизмов в защите, метаболизме и репродуктивных функциях макропартнера [14]. При сравнении нестерильных животных с гнотобионтами оказалось, что микроорганизмам принадлежит большая часть метаболитов, обнаруживаемых в плазме крови животных [20]. Развитие технологии секвенирования геномов и подходов, основанных на биоинформатике, позволило внести ясность в особенности состава основной резидентной микрофлоры (ядро метагенома) разных биотопов организма, а также определить некоторые ее различия в норме и при патологии человека. Оказалось, что микробиом вариабелен и связан с биотопом хозяина. Однако видовой состав основных (характерных для биотопа) видов микроорганизмов достаточно стабилен, несмотря на индивидуальные различие и некоторое варьирование структуры микробного сообщества во временном интервале [13, 19]. Вместе с тем, установлено, что различия белкового профиля бифидобактерий отражают уникальность спектра белков (протеома) каждого отдельного штамма (штаммоспецифичность), определяя их функциональную активность, особенности взаимодействия с ассоциативными микросимбионтами и интеграцию с организмом хозяина при ассоциативном симбиозе человека [6]. Стабильность присутствия резидентных видов микроорганизмов и их уникальный состав обеспечивают платформу для формирования гомеостаза организма и состояния здоровья человека. Микробиом же человека, применительно к кишечной микробиоте, представлен шестью основными группами микроорганизмов (Actinobacteria, Firmicutes, Proteobacteria, Bacteroidates, Cyanobacteria, Fusobacteria), соотношение между которыми варьирует в зависимости от биотопа [15, 18]. При оценке огромного потенциала метаболических функций доминантных микроорганизмов в кишечной микробиоте выявилась прямая связь индигенной микрофлоры (бифидобактерий) с развитием изолированных лимфоидных фолликул специализированных кишечных структур, составленных из дендритных клеток и агрегатов В-клеток [21]. Популяции кишечных иммунных клеток буквально «требуют» микробиоту с ее бифидофлорой для своего развития и функционирования. Отсюда следует, и мы на это обратили внимание [6], что этим комменсальным микроорганизмам место жительства в организме хозяина забронировано, а механизмы хозяина и микробиоты вовлечены в тесное синергидное сотрудничество в целях сохранения устойчивого симбиоза. Это проливает свет на осуществление первичной дискриминации свой-чужой при встрече с ассоциативной микрофлорой. Экспериментальным подтверждением этой мысли является выявленный феномен микробного распознавания бифидофлорой свой-чужой по оппозитному (усиление/подавление) эффекту базовых физиологических функций (репродукция и адаптация) ассоциативных микросимбионтов в паре доминант-ассоциант [4]. Не исключено, что это инициальные ступени иммунологического «сигналинга» задолго до включения иммунной системы для опознавания чужеродной информации в организме хозяина. Включение же в ассоциативный симбиоз бактерий-ассоциантов (2 вектор) приводит к разным исходам инфекции, что зависит от патогенного потенциала ассоциантов - пато-генассоциированных молекулярных паттернов (ПАМП), их способности преодолевать распознающие механизмы врожденного иммунитета хозяина - паттернраспознающие рецепторы (ПРР), определяющие стереотипные и консервативные в эволюции молекулы, присущие большим группам микроорганизмов [8]. Защитные субстраты экониш хозяина преодолеваются ассоциантами за счет приобретения антифакторов (антилизоцимная, антикарнозиновая, антилактоферри-новая, антииммуноглобулиновая и др. активность), способствующих выживанию (пер-систенции) бактерий при инфекции. Приведенный материал в настоящее время значительно расширяется за счет симбиотического подхода в его изучении, но незыблемым остается традиционный профессиональный подход микробиологов к рассмотрению и выявлению новых функций микросимбионтов для хозяина, а иммунологов к оценке защитного ресурса организма при инфекции с включением цитокинового профиля исследований. Иное дело изучение третьего вектора ассоциативного симбиоза - микросимбиоцено-за, где в работу включены не только микробиологи, иммунологи, но и биохимики, физиологи, биофизики и др. специалисты. К сожалению, этот слабо изученный вектор недооценен в защите хозяина. Что же такое микросимбиоценоз? Микросимбиоценоз - единая динамическая система, состоящая из многовидовых консорциумов микроорганизмов, образующих симбиотические связи между собой и макроорганизмом в условиях биокоммуникативного общения с широким диапазоном адаптационных возможностей (ауторегуляции и аутостабилизации) с целью создания гомеостаза для своей жизнедеятельности и хозяина [7]. Нам представляется, что термин «микросимбиоценоз» с точки зрения тезаурусного определения включает все три основные составляющие: микроорганизмы, совместное проживание и общение (биокоммуникативная активность) как между собой, так и с хозяином. В связи с этим, изучение физиологии микросимбиоценоза было сконцентрировано на рассмотрении основных базовых физиологических функций микросимбионтов и построении системообразующего фактора этого вектора симбиоза с учетом инфектологи-ческих интересов. Оценивая микросимбиоценоз в качестве биологической системы, обладающей регуляторной функцией, направленной на поддержание собственной сложной многовидовой структуры и выступающей регулятором гомеостаза организма хозяина, мы выделили 2 наиболее важные функции микробных клеток: размножение и их адаптацию к меняющимся условиям среды. Ради чего природа трудилась на протяжении многих веков эволюции живых организмов? Ответ один - чтобы организм мог выжить и произвести новое поколение. Другими словами, воспроизводство вида - основная цель. В соответствии с названными базовыми функциями были уточнены их критерии. Для контроля за размножением - это колониеобразующие единицы (КОЕ), т.е. число микробных клеток, а адаптации - факторы персистенции (переживания). Универсальный характер факторов персистенции позволил выделить биопленкообразование (БПО) и анти-лизоцимную активность (АЛА) как отражающие адаптивные возможности микроорганизмов и встречающиеся одинаково часто как при эубиозе, так и дисбиозе. На основе полученных данных был выявлен высокий коэффициент кластерной диф-ференцировки этих характеристик по сравнению с другими биологическими параметрами микросимбионтов, что позволило выделить их в системообразующий фактор микро-симбиоценоза. Выбор этих универсальных тестов, характеризующих базовые функции микросимбионтов, важен и позволяет одновременно решить вопрос об определении «биомишени», без чего невозможна регуляция биосвойств микроорганизмов и отбор эффективных средств для борьбы с инфекцией. Внимания заслуживают материалы по установлению регуляторной функции экзометаболитов бифидофлоры в отношении аллохтонных микроорганизмов: в высоких концентрациях они подавляют размножение условно патогенных микроорганизмов, а в субингибиторных - модифицируют персистентный потенциал (АЛА и БПО) последних. Эти эксперименты способствовали разработке способа микробного распознавания свой-чужой в микросимбиоценозе кишечника человека с использованием метаболитов микросимбионтов при соинкубировании доминантной микрофлоры с ассоциативной [7]. Экспериментально выявленный оппозитный (усиление/подавление) феномен базовых физиологических функций микроорганизмов (размножение и персистенция) в условиях взаимодействий в паре доминант-ассоциант позволил осуществить межмикробное распознавание свой-чужой. Это стало возможным в условиях разработки алгоритма межмикробного распознавания и создания математической модели дифференцирования микроорганизмов. Перспективы этой работы очевидны и вряд ли нуждаются в комментариях. Логическим продолжением изучения физиологии микросимбиоценоза следует рассматривать материалы по лекарственной регуляции биосвойств микросимбионтов. Практическая направленность этих исследований определяется возможностью их использования в клинической практике, так как биоэффекты были оценены с применением широкого круга препаратов: антибиотиков, про- и пребиотиков, иммуномодуляторов, гормонов, фитопрепаратов и микробных «сигнальных» метаболитов. Полученные данные важны для клиницистов инфектологического профиля. Интерес представляют и материалы по изучению роли микробного фактора в регуляции гомеостаза организма. В этих исследованиях удалось установить, что незначительные сбои в гомеостазе хозяина, сопровождающиеся дисбиозом различной степени выраженности, способствуют нарушению функционирования висцеральных систем организма. Это демонстрируют клинико-лабораторные данные по нарушениям опорно-двигательного аппарата у детей с дисбиозом и дисплазиями соединительной ткани [12]. Аналогичные выводы сделаны в работе по анализу неудач в экстракорпоральном оплодотворении, что напрямую связано с дисбиозом обследованного контингента [9]. Наличие дисбаланса цитокиновой сети в условиях инфекционной патологии репродуктивного тракта женщин рассматривается как возможная причина рекуррентных спонтанных абортов раннего гестационного периода [11]. Значителен вклад микробного фактора в нарушение гомеостаза при грибково-бактериальной патологии, где расшифрованы патогенетические механизмы формирования хронической инфекции [5]. Наконец, в самое последнее время появились материалы [10], показавшие, что вклад микробной сенсибилизации к C. pneumoniae и латентного воспаления в развитие и дестабилизацию атерогенез-ассоциирован-ных заболеваний очевиден, а регистрируемый у таких больных недостаточный для элиминации персистирующих патогенов уровень цитокинов служит постоянно провоцирующим фактором неблагополучия эндотелия, способствуя развитию атеросклероза у человека. Таким образом, экспериментальное изучение проблем медико-биологического плана уже сегодня реализуется в работах клинического профиля, а направление инфекционной симбиологии приобретает реальные очертания.

About the authors

O. V Bukharin

Research Institute of СelШar and Intracellular Symbiosis

References

Supplementary files