ANALYSIS OF PROPHYLACTIC AND THERAPEUTIC EFFECT OF PROBIOTIC PREPARATIONS FROM POSITION OF NEW SCIENTIFIC TECHNOLOGIES

Full Text

В настоящее время активно развиваются новые направления в исследовании молекулярных основ здоровья человека и риска возникновения различных хронических инфекционных и ряда метаболических заболеваний, включая атеросклероз, липидный дистресс-синдром, диабет 2 типа, ожирение и др. [7, 33]. В клиническую микробиологию активно включаются новые научные технологии: геномика, протеомика, ме-таболомика, транскриптомика человека. Аналогичные научные технологии используют и для оценки роли нормальной микрофлоры (микробиоты) человека, что позволяет выявить тонкие механизмы ее реагирования на различные стрессовые воздействия внешней среды и установить факторы, поддерживающие биохимическое, метаболическое и иммунологическое равновесие, необходимое для сохранения стабильности взаимоотношений между макроорганизмом и микроорганизмами. В настоящее время также обсуждается важность оценки профилактического и лечебного действия новых препаратов с пробиотическим действием на микробиоту человека с позиций новых научных технологий [26]. Микробиота. В процессе накопления новых данных стало понятно, что общее число клеток микробиоты, которая является совокупностью микроорганизмов, населяющих открытые полости организма человека, составляет 90% от общего числа клеток организма и насчитывает около 1 триллиона бактерий. Клетки и ткани макроорганизма содержат 2,5 млн различных молекул, около 1 млн разнообразных белков, 300 тысяч разновидностей липидов и сотни тысяч других простых и сложных соединений [48]. Установлено, что в таких сложных биологических системах, как организм человека, различные представители микробиоты участвуют в метаболических процессах как в отдельных клетках, так и в органах и тканях всего организма хозяина. Микробиом. В настоящее время показано, что в микробиоме, представляющем собой совокупность всех генов микробиоты человека, количество генов на 3 порядка выше количества генов генома человека [38]. Полученные данные требуют глубокого исследования роли микроорганизмов во всех проявлениях функциональной и метаболической активности человеческого организма с применением в области клинической микробиологии новых медицинских технологий. Использование новых научных технологий применительно к микробиоте человека позволяет с большей точностью устанавливать функции большинства их генов, а также выявлять метаболические и сигнальные пути, влияющие на реализацию экспрессии необходимых для адаптации генов симбионтных представителей нормальной микрофлоры, являющихся основой пробиотических препаратов. Пробиотическое воздействие микробиоты связано с проявлением самых различных свойств бактерий, что может оказывать существенное влияние на клеточные функции всего макроорганизма. Показано, что у бактерий эпигеномные механизмы участвуют в детерминировании фазных вариаций клеточного цикла; синтеза факторов, ассоциированных с адгезией, адаптацией, биопленкообразованием, антагонистической активностью, вирулентностью, токсинообразованием и др. [24, 44]. Благодаря эпигенетическим исследованиям стали более понятными многие механизмы клинических проявлений метаболического синдрома, аллергии и астмы [47]. В сложных микробиоценозах представители симбионтной микробиоты тесным образом связаны с функциями отдельных клеток, органов и тканей всего организма хозяина [20]. Эпигенетическое воздействие может быть индивидуальным: ткане- и/или клеточно-специфическим [21]. Возникшие в раннем онтогенезе эпигенетические изменения могут стать триггерными в процессах развития многих хронических заболеваний [46]. Транскриптомика. В настоящее время стало возможным устанавливать интенсивность синтеза всех молекул РНК (транскриптов) в эукариотических и прокариотических клетках организма в определенном его физиологическом состоянии, а также в конкретный период времени и в определенных условиях среды, в том числе и при возникновении и развитии заболеваний с помощью методических подходов транс-криптомики. В отличие от геномики и метагеномики, свидетельствующих лишь о потенциальных возможностях организма, транскриптомика количественно измеряет динамическую экспрессию молекул РНК хозяина, его микрофлоры и/или всего на-дорганизма в целом (метатранскриптомика). Анализ транскриптома (определение в исследуемом материале количественного и качественного профиля всех синтезированных информационных, рибосомальных, транспортных и других РНК) позволяет установить, какие именно гены транскрибируются для последующего синтеза соответствующих белков, характерных для здорового человека или для конкретного заболевания. Разновидностью транскриптомики является РНомика, методологический подход, направленный на идентификацию в исследуемом образце молекул РНК, которые непосредственно не связаны с синтезом белков, а выполняют регуляторную функцию, влияя на экспрессию генов, в том числе через феномен интерференции с мРНК [43]. Например, при исследовании метатранскриптома кишечной микрофлоры здоровых людей установлено, что более 50% всех обнаруженных в образцах молекул РНК относились к микроРНК, не участвующих в синтезе белков [29]. Информация по количественному содержанию РНК позволяет установить, какие именно гены активированы в организме в момент взятия исследуемого биоматериала. Протеомика. Понятие «протеом» включает совокупный спектр всех белков, обнаруживаемых в исследуемом образце. В связи с этим, протеомика позволяет дать характеристику количества и качественных особенностей всех индивидуальных белковых продуктов на уровне клеток, тканей и всего организма, т.е. осуществляет оценку состояния организма человека на основе исследования всего профиля присутствующих у него белков, их функций и структуры [26, 50]. Для оценки протеома используют метод идентификации белков путем анализа фрагментов, получаемых при предварительном воздействии на белки протеолитических ферментов и разделяемых с помощью микрокапиллярной жидкостной хроматографии. Подобный подход позволяет проанализировать до 10 000 индивидуальных белков в одном образце и получить их количественную характеристику. Однако использование вышеуказанных приемов позволяет идентифицировать относительно ограниченное число белков из всех присутствующих в образцах, взятых у живых организмов (например, в образцах фекалий здоровых взрослых людей содержится не более 20 - 40% общего мета-протеома кишечной микробиоты). Для расширения спектра выявляемых протеинов в последнее время разработаны новые количественные методы протеомики, в том числе масс- спектрометрический анализ пептидов. Разновидностью протеомики является научно-аналитический подход, получивший название «интерактомика». Целью этой разновидности протеомного анализа является изучение живых клеток путем одновременного исследования молекулярных взаимоотношений всего комплекса белков, участвующих в клеточных процессах в виде совместно агрегированных мультибелковых комплексов. Интерaктомику, таким образом, следует рассматривать как важный раздел функциональной протеомики, позволяющий глубже отобразить клеточный метаболизм. Данные интерактомики открывают физико-химические или функциональные взаимоотношения между компонентами живой клетки и биологических систем на различных уровнях их структурной организации [58]. Метаболомика. Методические приемы метаболомики позволяют идентифицировать и количественно оценить максимально возможный спектр низкомолекулярных метаболических продуктов и/или компонентов клеток, присутствующих в биологическом материале человека. В результате удается создать специфический метаболический портрет и на его основании получить наиболее полную информацию о геноме, микробиоме, эпигеноме и фенотипе, а также их функциональном взаимодействии в конкретных условиях окружающей среды [30, 39, 58]. Расщепление тканевыми и микробными ферментами различных пищевых компонентов и химических соединений сопровождается формированием большого числа разнообразных низкомолекулярных конечных или промежуточных метаболитов. Количественное определение входящих в их состав соединений позволяет получить объективную информацию о фенотипической экспрессии генов, их активности, эпигеномных механизмах взаимодействия человека с окружающей средой, дать интегральную оценку внутри и межпопуляционных взаимоотношений эукариотических клеток и симбиотических микроорганизмов. Метаболомика применяет различные приемы спектроскопии, протонного ядерного магнитного резонанса, хроматографии и другие методы для идентификации и количественной оценки метаболитов в сыворотке крови, моче и других физиологических жидкостях организма человека. Эти методы позволяют установить, какие исходные субстраты, их метаболиты и сигнальные молекулы участвуют в ДНК метаболизме, ДНК репарации, регуляции экспрессии генов, посттрансляционной модификации генных продуктов, в метаболических реакциях в клетках и во всем организме в целом. Омик-технологии, используемые в последнее время без выделения чистых культур микроорганизмов для исследования генома, транскриптома и протеома всех симбиотических, в том числе некультивируемых микроорганизмов, присутствующих в различных биотопах человека, получили соответственно названия «метагеномика», «метатранскриптомика» и «метапротеомика» [43, 55]. Различные Омик приемы нашли применение также и для оценки функциональных эффектов пробиотических микроорганизмов [22]. Комплексное использование Омик и Метаомик технологий значительно расширяет понимание молекулярного взаимодействия симбиотической микробиоты и эукариотических клеток различных органов и тканей человека в процессах сохранения и восстановления нормального функционирования макроорганизма [32]. Биоинформатика. Основной целью и задачами биоинформатики является хранение, анализ, объединение, распределение, моделирование и распространение биологической, генетической, протеомной, метаболомной, клинической и биомедицинской информации. Биоинформатика использует комплексные методы биомедицины совместно с приемами компьютерной техники, статистики и математики, что позволяет более детально расшифровывать механизмы, определяющие те или иные биологические феномены, генерировать новые гипотезы, визуализировать известные и новые сведения, давать им новую интерпретацию, сопоставлять гетерогенные Омик данные, полученные при применении новых технологий [19, 54]. Таким образом, недавно была установлена роль симбионтной кишечной микробиоты в эпигеномике метаболического синдрома, ожирения, сахарного диабета 2 типа и других патологических состояний [26]. Данные, полученные с помощью методических подходов транскриптомики, про-теомики и метаболомики, позволяют лучше понять происходящие в клетках макро- и микроорганизмов процессы, способствующие стабилизации и нормальному функционированию микробиоты для оптимизации жизнедеятельности организма человек [55]. Роль микробиоты человека. Для любого макроорганизма, в том числе человека, характерно изменение структуры микробиоценоза кишечника в онтогенезе, связанное с явлением естественной сукцессии нормальной микрофлоры. Аутогенная сукцессия - это последовательность смены биоценоза в определенной экологической нише. В ходе этого процесса в видовом сообществе происходит вытеснение одних видов другими вследствие их биоэкологического преимущества в определенных условиях. При этом образуется так называемый сукцессионный ряд с образованием конечного устойчивого биоценоза. Аутогенная сукцессия затрагивает первые два года жизни человека и проходит в 4 стадии: 1 - до введения прикорма, 2 - после начала прикорма, 3 - после включения в рацион твердой пищи, 4 - после прекращения грудного вскармливания. Помимо этого, изменения в составе микрофлоры совпадают с критическими периодами развития в детском и подростковом возрасте: становлением иммунной и ферментативной систем, изменением гормонального фона, сменой пищевого рациона. В то время, как микробиоценоз взрослых людей в норме считается относительно стабильным. Исследование микробного пейзажа детей и взрослых показало, что бифидобактерии в кишечнике здорового человека представлены сразу несколькими видами, каждый из которых имеет свои биохимические и физиологические особенности. Вид B. bifidum выявляют у здоровых людей всех возрастных групп; у детей на грудном вскармливании он является преобладающим и выделяется у 70% обследованных, до 40% - у детей 4 - 6 лет и до 15 - 20% - у взрослых [42]. Вид B.longum также характерен для детей и взрослых и выделяется у 40 - 60% детей первого года жизни, у 70 - 75% детей старшего возраста и взрослых людей среднего возраста; у пожилых людей его выделяют в 30% случаев. Вид B.adolescentis свойственен взрослым людям и детям старшего возраста и обнаруживается у них в 60 - 65% случаев. Этот вид становится преобладающим у пожилых людей (85%). Виды B.infantis и B.breve, B.animalis [14] и их подвиды обнаруживают преимущественно у детей грудного возраста. Указанные виды бактерий характерны для детей и взрослых различных рас и географических мест проживания населения с небольшим разнообразием энтеротипов, зависимых от вида потребляемых пищевых продуктов. Наряду с бифидобактериями важная роль в поддержании симбиотических отношений между макроорганизмом и его микрофлорой, а также в регуляции межмикробных взаимоотношений принадлежит бактериям рода Lactobacillus, заселяющим организм новорожденного ребенка в раннем постнатальном периоде. Лактобациллы присутствуя во всех отделах пищеварительного тракта, начиная с полости рта и заканчивая толстой кишкой, являются доминирующей нормальной микрофлорой влагалища, выявляются в грудном молоке. В полости рта здоровых людей обнаруживают, как правило, 7 видов лактобацилл. В желудочном соке общее количество лактобацилл может достигать 103, в содержимом тощей кишки - 104, подвздошной кишке - от 102 до 105, а в фекалиях - от 106 до 1010 КОЕ/мл в зависимости от возраста. Позитивная роль микробиоты состоит в обеспечении колонизационной резистентности желудочно-кишечного тракта, иммуномодулирующем, антимутагенном и антиканцерогенном действии, участии в метаболических процессах, регуляции роста эпителиоцитов, защите слизистой оболочки от повреждений и регуляции местной толерантности [5, 6, 14, 17, 18]. Нарушение микробной экологии кишечника принято обозначать термином «дисбактериоз». Согласно ОСТ Минздрава РФ «дисбактериоз кишечника - это клинико-лабораторный синдром, возникающий при целом ряде заболеваний, характеризующийся изменением качественного и количественного состава нормофлоры, а также метаболическими и иммунными нарушениями, сопровождающимися у части пациентов поражением кишечника, транслокацией бактерий в несвойственные биотопы и их избыточным ростом» [13]. Известно, что увеличение числа лиц с иммунодефицитными состояниями ведет к росту инфекционных заболеваний, вызываемых условно патогенными микроорганизмами. Увеличение заболеваемости тесным образом связано с широким распространением микроэкологических нарушений в кишечнике, неуклонным ростом числа больных, страдающих хроническими воспалительными заболевания желудочно-кишечного тракта, включая гастриты, язвенную болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, панкреатиты, гепатиты и холециститы, а также воспалительные процессы урогенитального и респираторного трактов [1, 3, 8]. Определенное значение имеют микроэкологические нарушения при атеросклерозе, астме, бесплодии, ожирении, подагре, остеохондрозе, поражении суставов, остеопорозе, диабете 2 типа и некоторых онкологических заболеваниях, сопровождающихся дисбиозами [7, 16, 57]. Положение о том, что в основе многих хронических патологических процессов лежит воспаление, срыв оральной толерантности и цитокиновый дисбаланс в последнее десятилетие широко обсуждается на различных медицинских форумах и симпозиумах. Решение этой проблемы тесно связано с развитием новых научных технологий в области исследования состава и функций микробиоты организма, относимой к «на-дорганизму», а также разработкой более совершенных и эффективных пробиотических препаратов. Результаты расшифровки геномов макро- и микроорганизмов показали, что геном человека содержит нуклеотидные последовательности, характерные более чем для 200 бактериальных генов, а также для 500 видов ретровирусов, которые, очевидно, заимствованы у микроорганизмов в процессе филогенеза. Благодаря координированной работе эволюционно сложившихся систем регуляции симбиоза осуществляется согласованное взаимодействие генов эукариотических клеток и геномов многочисленных симбиотических микроорганизмов. Процесс регуляции внутрипопуляционного информационного обмена бактериальных клеток между собой получил название «Quorum Sensing» (QS) и представляет специфический вариант глобальной регуляции экспрессии генов, т.е. механизм, посредством которого микроорганизмы способны осваивать окружающую среду, в том числе и человеческий организм [28]. Взаимодействие друг с другом и с клетками хозяина происходит через низкомолекулярные сигнальные молекулы, называемые аутоиндукторами. Благодаря аутоиндукторам бактерии обмениваются информацией и координируют свою деятельность. Исследования последних лет показали, что микроорганизмы синтезируют и распознают широкий спектр аутоиндукторов различной химической природы [31]. Важным является выявление сигнальных молекул, стимулирующих рост и развитие биопленок собственных индигенных микроорганизмов, зависимое от функции QS системы, контролирующей плотность популяции в биотопе. Определенное значение имеет и мишень-опосредованный способ доставки лекарственных форм пробиотиков, получивший обозначение как таргетированный (target - мишень). Возможно, познание методов управления единой симбионтной системой микробиота-макроорганизм в будущем будет иметь первостепенное значение в плане укрепления здоровья человеческой популяции и оптимального продления долголетия [18, 22, 56 - 58]. Следует отметить, что многие гнойно-воспалительные инфекции часто возникают у пациентов со сниженной иммунологической резистентностью макроорганизма. Больные обращаются за медицинской помощью и поступают в различные стационары, как правило, уже со сформированными микроэкологическими нарушениями. Микробиота таких лиц находится в состоянии нового ассоциативного симбиоза. Полагают, что в этом процессе на фоне утраты способности организма различать «свой-чужой» осуществляется замена биопленок индигенной микрофлоры организма хозяина на смешанные полимикробные биопленки условно патогенных микроорганизмов. В результате такой трансформации формируется локальный инфекционный очаг, который впоследствии может перейти в генерализованную форму путем трансинтестинальной транслокации микроорганизмов и их токсинов в лимфатическое и кровеносное русло с возникновением дополнительных очагов инфекционного процесса и суперинфекций различной локализации. Наиболее часто очаги эндогенной инфекции формируются в кишечном, урогенитальном и респираторном трактах и обусловлены полиантибиотикорезистентными штаммами бактерий родов Staphylococcus, Enterococcus, Klebsiella, Escherichia, Enterobacter, Citrobacter, Hafnia, Serratia, Providencia, Morganella, Proteus, Pseudomonas, Acinetobacter, Streptococcus, грибами родов Candida и Geotri-chium. Наиболее тяжело протекают эндогенные инфекционные процессы, возникаю-щине на фоне такой основной соматической патологии как опухоли, спаечная болезнь кишечника, нейроэндокринная и генетическая патология с выраженными вторичными иммунодефицитами. Возможно сочетание микстинфекции с наличием микологических, глистных и паразитарных заболеваний у лиц с лучевой болезнью и при суперинфекциях (хламидиоз, микоплазмоз, уреаплазмоз, герпес-, рота-, корона- и цитомегаловирусная инфекции, вирусные гепатиты, туберкулез и сифилис). Поэтому в случае обнаружения мультирезистентных бактериальных ассоциаций условно патогенных микроорганизмов больным рекомендуется проведение дополнительных целевых микробиологических, вирусологических, иммунологических и паразитологических исследований для исключения вышеуказанных суперинфекций, паразитозов и различных иммунодефицитных состояний, что в большинстве случаев позволяет провести правильную диагностику и адекватное лечение основных заболеваний и сопутствующих микроэкологических нарушений. Усугубление заболевания может произойти при назначении этиотропной химиотерапии, подавляющей нормальную микрофлору. На фоне микроэкологических нарушений могут проявляться признаки аллергии, атопического дерматита и нейродермитов, степень выраженности которых в разных случаях может быть различной. Для восстановления нарушений структуры микробиоценоза открытых полостей организма применяют препараты, подразделенные на пробиотики, пребиотики, син-биотики и метабиотики [8, 10]. Пробиотики - это живые микроорганизмы, оказывающие при естественном способе введения позитивные эффекты на физиологические, биохимические и иммунные реакции организма хозяина через стабилизацию и оптимизацию функции его нормальной микрофлоры. Аналогичную дефиницию предложили и эксперты ВОЗ: «пробиотики - это живые микроорганизмы, которые при употреблении в необходимом количестве, оказывают благоприятное воздействие на здоровье организма-хозяина». Пребиотики - это препараты немикробного происхождения, способные оказывать позитивный эффект на организм хозяина через селективную стимуляцию роста или метаболической активности нормальной микрофлоры кишечника. В эту группу входят препараты, относящиеся к различным фармакотерапевтическим группам, но обладающие общим свойством - стимулирововать рост нормальной микрофлоры кишечника. Синбиотики - это препараты, полученные путем рациональной комбинации пробиотиков с пребиотиками. Ряд синбиоти-ков можно позиционировать как пробиотические биологически активные добавки (БАД), содержащие живые бактерии определенных видов и различные полезные для поддержания здоровья человека ингредиенты. Метабиотики - препараты, содержащие микробные метаболиты, которые в совокупности с компонентами бактериальных поверхностных и цитоплазматических структур, ДНК и органическими кислотами оказывают лечебный эффект путем нормализации состава микробиоты кишечника и восстановления водно-электролитного баланса организма хозяина. Механизм действия пробиотических препаратов. Пробиотические бактерии могут оказывать комплексное многоуровневое воздействие на организм человека. Однако наиболее важную роль играют адгезивная и антагонистическая активность пробиотических бактерий ЖКТ, их способность колонизировать слизистую оболочку, что в большей степени определяет длительность персистенции интродуцента при его пероральной аппликации. Роль адгезинов у разных микроорганизмов выполняют различные поверхностные структуры (капсулы, фимбрии), а также компоненты клеточной стенки (антигены белковой или полисахаридной природы, липотейхоевые кислоты, фосфолипиды и др.). Благодаря адгезии бактерии способны удерживаться в определенной экологической нише, что обеспечивает возможность эффективной колонизации слизистой оболочки симбионтами. Следовательно, одним из способов предотвращения колонизации кишечника патогенами является подавление их прикрепления путем насыщения эпителиальных рецепторов лигандами адгезии симбионтных микроорганизмов. Адгезия лактобацилл и бифидобактерий к кишечному эпителию происходит за счет фимбриоподобных структур и компонентов клеточной стенки белковой природы, а также липотейхоевой кислоты. Антагонистическое действие пробиотических бактерий связано с продукцией органических кислот, бактериоцинов, образованием КЖК, перекиси водорода и диацетила. Органические кислоты являются конечными продуктами метаболизма, экскретируемыми в окружающую среду: молочная, уксусная, масляная, пропионовая, изомасляная, изовалериановая, муравьиная, сукцини-ловая, янтарная и др. кислоты. Антимикробный эффект молочной и уксусной кислот достаточно хорошо изучен: кислоты проникают через мембрану, выделяют ионы гидроокиси в нейтральную цитоплазму, что приводит к подавлению жизненных функций клетки [2]. Так, уксусная кислота при рН выше 4,5 проявляет более выраженный ингибирующий эффект, чем молочная кислота, и, наоборот, при рН ниже 4,0 наиболее сильная антимикробная активность отмечена у молочной кислоты. Положительное антагонистическое влияние оказывает перекись водорода и диацетил, эти вещества обладают антимикробной активностью по отношению к широкому кругу патогенных и условно патогенных микроорганизмов. Важную роль при проявлении пробиотических свойств микробиоты играют бак-териоцины - биологически активные вещества белковой природы, выделяемые самими бактериями, как правило, при антагонистическом воздействии на другие бактерии [51]. Известны два типа бактериоцинов: высокомолекулярные белки, подавляющие, в основном, близкородственные виды бактерий, обитающие в той же экологической нише, и низкомолекулярные антимикробные пептиды, характеризующиеся широким спектром антагонистической активности [52]. Лактобациллы, бифидобактерии и энтерококки также необходимы для активации фагоцитарной и цитостатической активности макрофагов, стимуляции лимфоидной ткани, воздействия на иммунокомпетентные Т- и В-клетки. Вырабатывающиеся иммуноглобулины в кишечнике включаются в сложный механизм контроля кишечных микроорганизмов, в том числе и патогенных, осуществляемый путем блокирования прикрепления их к эпителию слизистой оболочки, нейтрализации путем агглютинации, бактериостаза и других бактерицидных механизмов с последующей их элиминацией из кишечника. Предполагают, что секреторные иммуноглобулины выполняют ответственную роль в местном иммунитете кишечника: IgA-1 антитела за счет тяжелых цепей, имеющих химическое сродство с мукозой, обеспечивают формирование монослоя иммуноглобулинов на поверхности слизистой оболочки. Иммуноглобулины субкласса A-2, не имея родства со слизистой оболочкой, поступают в просвет кишечника и действуют как первое звено иммунной защиты, при этом лактобациллы и бифидобактерии в отличие от эшерихиозной микрофлоры, как правило, не покрыты иммуноглобулинами. Показано, что пробиотические препараты способствуют значительному увеличению относительного и абсолютного числа В-лимфоцитов при снижении относительного и абсолютного числа Т-лимфоцитов. Важная роль микрофлоры в развитии иммунного ответа обусловлена ее универсальными иммуномодулирующими свойствами, включающими как иммуностимуляцию, так и иммуносупрессию [7, 45, 50]. Лекарственные формы пробиотических препаратов. В настоящее время пробиотики выпускают в различных лекарственных формах: лиофильно высушенная биомасса бактерий во флаконах или ампулах; лиофильно высушенная биомасса бактерий в желатиновых капсулах и капсулах, покрытых кишечнорастворимой оболочкой; жидкая суспензия живых пробиотических бактерий; суппозитории ректальные и вагинальные с лиофильно высушенной биомассой; лиофильно высушенная биомасса бактерий, прессованная в таблетки, покрытые растворимой в кишечнике оболочкой; лингвальные таблетки, рассасываемые под языком. Следует отметить, что пробиотики, содержащие лиофильно высушенную биомассу, сохраняют свои лечебные свойства при значительном большем сроке хранения, чем жидкие суспензии. В настоящее время производственные штаммы бактерий, входящие в состав пробиотических препаратов, предложено характеризовать по наличию факторов адаптации и пробиотической активности, а также дополнять информацией о степени выраженности иммуномодулирующих свойств и спектром восстанавливаемых регуляторных метаболических функций макроорганизма, включая нормализацию процессов электролитного обмена, окислительного фосфорилирования и регенерацию поврежденных клеток. За адаптацию интродуцента ответственны факторы, позволяющие бактериям прикрепляться к эпителию и колонизировать слизистую оболочку кишечника, конкурируя с биопленкой индигенной микрофлоры, что непосредственно связано со сроками их персистенции, длительностью поддержания микробного баланса нормальной микрофлоры и обеспечения временной защиты энтероцитов и колоноцитов от повреждения [7, 40]. К факторам, участвующим в процессе адаптации, следует относить адгезины, органические кислоты, бактериоцины; а также регуляторы, ответственные за биопленкообразование и сигнальные молекулы QS-системы [37, 41, 46, 47]. Пробиотическая способность связана с локальной конкуренцией/кооперацией в отношении нутриентов, активацией синтеза антимикробных факторов слизистой оболочки, восстановлением межмикробных коммуникаций и иммуномодулирующим действием. К факторам пробиотической активности интродуцента можно отнести биомолекулы различных белков, пептиды, ДНК и оригинальные метаболиты, включая короткоцепочечные жирные кислоты, способствующие активизации микробиоты [3 - 6, 15, 25, 27, 36]. Указанные характеристики в совокупности обеспечивают клинический эффект пробиотических бактерий, связанный с процессом восстановления микроэкологических нарушений и локального природного иммунитета кишечного биотопа, задействованных в подавлении роста условно патогенной микрофлоры и усилении защитного транслокационного барьера слизистой оболочки от проникновения во внутреннюю среду различных бактерий и их токсинов, включая эндотоксины - липополисахариды (ЛПС). Производственные штаммы, входящие в состав пробиотиков. Одним из наиболее широко применяемых для изготовления пробиотических препаратов, содержащих лактобациллы, является штамм Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), селекционированный американскими исследователями S.Gorbach и B.Goldin. В доклинических исследованиях установлено отсутствие у этих бактерий способности вызывать инфекционный процесс, негативные изменения метаболической активности, чрезмерную иммунную стимуляцию у добровольцев, перенос генов in vitro. Показано, что перорально вводимые LGG сохраняются в кишечнике до одной недели. В настоящее время LGG один из самых изученных штаммов в мире (более 400 публикаций и 14 рандомизированных двойных слепых плацебо-контролируемых исследований [23, 34]. Однако недавно при сравнении нуклеотидных фрагментов геномов бактерий L. rhamnosus GG и L.rhamnosus LC705 показано, что штаммоспецифические гены обоих штаммов (80 для LGG и 72 для LC705) входят в состав 5 и 4 геномных «островов» соответсвенно. Геномные «острова» LGG включали гены бактериофагов, транспорта углеводов и синтеза экзополисахаридов. Только у бактерий LGG один из «островов» кодировал синтез трех LPXTG-подобных муцин-связывающих белков пилей адгезии (spaCBA) и пилин-ассоциированной сортазы [35]. Наличие у LGG муцин-связывающих белков пилей адгезии обеспечивает прикрепление и колонизацию бактериями слизистой оболочки кишечника. Ранее показано, что лактобациллы штамма LGG синтезируют органические кислоты, бактериоциноподобные и иммуномодулирующие вещества, а также ферменты, способствующие пищеварению и улучшению обмена веществ. Препараты, содержащие LGG, применяют в комплексном лечении больных с неспецифическим язвенным колитом, соматическими заболеваниями, осложненными дисбактериозами. Для лиц, перенесших острые кишечные инфекции, при наличии дисфункций кишечника в случае выделения патогенной и условно патогенной микрофлоры штамм LGG назначают для быстрого восстановления оптимального значения рН в кишечнике. Клинический эффект LGG показан при терапии некротизирующего энтероколита, различных воспалительных процессах в кишечнике, псевдомембранозном колите, вызванном Clostridium difficile на фоне эрадикации Helicobacter pylori, а также при ротавирусной инфекции и атопическом дерматите у детей [12]. При использовании L.rhamnosus GG и B.lactis Bb12 наблюдали подавление транслокации микроорганизмов и их токсинов из просвета кишечника во внутреннюю среду организма, стимуляцию и усиление иммунного ответа, снижение местной воспалительной реакции, доставку микробной лактазы в тонкую кишку, деконьюгиро-вание желчных кислот [7, 11, 37]. Пробиотические штаммы энтерококков. Энтерококки относятся к представителям нормальной микрофлоры человека. Эти бактерии одни из первых колонизируют желудочно-кишечный тракт ребенка, в норме обнаруживаются во всех отделах кишечника здоровых людей всех возрастов и используются при изготовлении пищевых продуктов и лечебных препаратов пробиотиков [49]. В то же время, бактерии Enterococcus faecalis и Enterococcus faecium, несущие гены вирулентности, при снижении резистентности организма нередко вызывают серьезные энтерококковые гнойно-воспалительные заболевания человека [9]. Потенциальная патогенность (вирулентность) энтерококков вызывает существенную озабоченность в плане безопасности их практического применения. Под патогенностью возбудителей заболеваний принято понимать их способность вызывать инфекционный процесс, вирулентность является степенью патогенности определенного штамма микроорганизмов. Нами методом ПЦР исследованы 3 штамма E.faecium, входящие в состав пробиотических препаратов линекс (Лек, Словения), бифиформ (Ферросан, Дания) и ламинолакт (Авена, Россия). При сравнительном анализе с патогенными клиническими штаммами в геноме всех трех пробиотических культур E.faecium ни одного из восьми тестируемых генов вирулентности, контролирущих синтез адгезинов (asa1, esp, efaA), цитолизинов (cylA, cylM), протеолитических ферметов (желатиназы - gelE и сериновой протеиназы - spr) и fsr-регулятора обнаружить не удалось, что подтверждает данные об их безопасности [9]. Пробиотические штаммы Bifidobacterium lactis BB12 и Streptococcus thermophilus TH4. Комбинацию пробиотических бактерий B.lactis (BB12) и S.thermophilus (TH4) применяют в молочной индустрии с 1984 года (указанные штаммы с 2002 года разрешены к применению для детей раннего возраста). За 25 лет использования данной комбинации штаммов не было получено данных о непереносимости и побочных эффектах. Бактерии B. lactis ВВ12 продуцируют антибиотикоподобные субстанции, совместимы с индигенной бифидофлорой, а также усиливают в биотопе синтез секреторных IgA. Штамм B. lactis ВВ12 имеет статус GRAS (Generally Regarded as Safe) и безопасен при использовании с момента рождения ребенка. Интересным является наблюдение о том, что адгезивная и колонизирующая активность B.lactis BB12 усиливается в присутствии бактерий S.thermophilus (TH4), которые эффективны при лактазной недостаточности [36]. В РФ зарегистрированы и разрешены к применению следующие пробиотические препараты. В первую очередь, это монокомпонентные препараты, содержащие живые бактерии, относящиеся к симбионтным представителям нормальной микрофлоры (эшерихии, бифидобактерии, лактобациллы, энтерококки и др.) или самоэлиминирующиеся антагонисты (Bacillus subtilis, B.licheniformis, Saccharomyces boulardii). К вышеуказанным препаратам относятся колибактерин, бифидумбактерин, лактобактерии, энтерол, бактисубтил, споробактерин. Комбинированными препаратами принято считать: кипацид, содержащий L. acidophilus и комплексный иммуноглобулин; бифи-лиз, включающий В.bifldum 1 и лизоцим. Сорбированные препараты - это бифидум-бактерин форте и пробифор, содержащие иммобилизованные на активированном угле жизнеспособные бактерии B. bifidum в концентрации 107 и 108 соответственно; флорин форте, представляющий собой иммобилизованные на активированном угле жизнеспособные бактерии B.bifidum и планктонные Lactobacillus plantarum 8PA-3; бифиформ капсулы кишечнорастворимые (Bifidobacterium longum 107 КОЕ, Enterococcus faecium 107 КОЕ и питательная пребиотическая среда); бифиформ Малыш (Lactobacillus rham-nosus LGG, Bifidobacterium lactis BB12, витамины группы В и фруктоолигосахариды). Поликомпонентные препараты - бифилонг (Bifidobacterium longum и В. bifidum); ацилакт (Lactobacillus spp. - 3 разных штамма); бифиформ Бэби (Bifidobacterium lactis BB12 - 109 КОЕ и Streptococcus thermophilus TH4 - 108 КОЕ); аципол (L. acidophilus и полисахариды кефирных грибков); линекс (Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus acidophilus и Enterococcus faecium). В Российской Федерации широко представлены пробиотические комплексы бифиформ, разработанные как для детей различных возрастных групп, так и для взрослых. Бифиформ Бэби - пробиотическая суспензия для детей с первых дней жизни - биологически активная добавка к пище. Бифиформ Малыш - синбиотик, биологически активная добавка к пище, который выпускается в виде порошков/саше для детей с 1 года и в виде жевательных таблеток для детей с 2 лет. Бифиформ капсулы кишечнорастворимые - комбинированный пробиотик для взрослых и детей старше 2 лет. Кишечнорастворимая капсула позволяет доставлять бактерии непосредственно в кишечник, защищая их от неблагоприятного воздействия низких значений рН среды желудка. При анализе опроса врачей-специалистов РФ, применявших пробиотики, большинство отмечали принципиальную важность индивидуального подхода к каждой возрастной категории страдающих дисбактериозом пациентов. Ряд клиницистов отмечают, что эффект пробиотикотерапии зависит от того, какой штамм и какого вида бактерий положен в основу пробиотика, каковы форма применяемого препарата и метод его введения в организм пациента, а также максимальное соответствие вида пробиотического штамма возрастным физиологическим нормам [1]. Кроме того, эффект пробиотикотерапии определяется также иммунным статусом пациента, нозологией заболевания, остротой течения процесса. Применение пробиотиков можно сочетать с назначением иммуномодулирующих препаратов, поскольку весьма различны причины развития дисбактериоза, его характер и степень выраженности, клинические проявления, состояние иммунной системы, условия для развития гнойно-воспалительных инфекций. В связи с наличием выраженных конкурентных взаимоотношений за рецепторы адгезии между пробиотическими бактериями интродуцируемого препарата-пробиотика и дисбиозными условно патогенными бактериями при сформировавшихся стойких очагах эндогенной и экзогенной инфекции пробиотикотерапия может не дать заметных положительных результатов из-за невозможности дезорганизации бактериальной биопленки ассоциантов-возбудителей воспалительного процесса. В этом случае могут происходить рецидивы, требующие индивидуальной коррекции нарушения нормальной микрофлоры пациента. В связи со сложностями определения этиопатогенеза дисбактериоза кишечника для коррекции микроэкологических нарушений применяют комплексное лечение, направленное, в первую очередь, на ликвидацию и санацию всех выявленных первичных и вторичных очагов эндогенной и экзогенной инфекции. Комплекс лечебных мероприятий должен быть направлен на восстановление физиологических функций и структуру поврежденных органов и систем организма пациента (в частности, коррекция моторной, секреторной и пищеварительной функций кишечника, энтеросорбция, энтеропротекция и т. д.), а также на оптимизацию работы иммунной системы и на восстановление витаминно-минерального баланса, сбалансированного функционального питания и т.д. В последнее время в связи с неблагоприятной социально-экономической и экологической обстановкой повсеместно наблюдается не только широкое распространение дисбактериозов и вторичных иммунодефицитов, но и высокий уровень аллергизации населения. Дисбактериозы, аллергизация и иммунодефицитные состояния существенно влияют на длительность и тяжесть острых и хронических воспалительных инфекций, они также усложняют и удорожают диагностику и лечение основных заболеваний. Такие патологические состояния можно рассматривать как инфекционно-аллергические заболевания, возникающие в результате патогенного воздействия на организм человека целых ассоциаций дисбиозных микроорганизмов, что, как правило, приводит к доминированию инфекционной составляющей. При практическом применении пробиотических препаратов возникает ряд вопросов: (1) связан ли эффект их воздействия с приживлением пробиотических бактерий на слизистой оболочке кишечника; (2) обладают ли биологической активностью метаболиты пробиотических бактерий; (3) связано ли эффективное действие пробиотиков с их иммуномодулирующей активностью; (4) нужна ли для реализации действия пробиотиков их способность взаимодействовать с Toll-подобными рецепторами; (5) существует ли зависимость наблюдаемого клинического эффекта от свойств пробиотического штамма. На все эти вопросы можно дать положительный ответ. Наиболее допустима ситуация, когда после введения через ротовую полость живые пробиотические бактерии приживаются на слизистой оболочке кишечника и тем самым достигается нормализация кишечной микробиоты. Позитивное воздействие пробиотических бактерий на организм может быть связано с конкуренцией за рецепторы адгезии на кишечном эпителии, подавлением роста патогенов за счет синтеза различных антимикробных веществ, ингибированием транслокации микроорганизмов и их токсинов из просвета кишечника в кровоток. Биологической активностью обладают также метаболиты пробиотических бактерий, эффективное действие пробиотиков связано с их иммуностимулирующей активностью. Показано, что для реализации модулирующего действия пробиотиков необходим контакт их лигандов (агонистов) с Toll-подобными рецепторами (TLR). При этом контакт может быть обусловлен как живыми бактериальными клетками, так и их структурными компонентами. Интенсивность позитивного эффекта пробиотика в значительной мере зависит от его видовой и штаммовой принадлежности и, в первую очередь, от его способности к адгезии и временной колонизации слизистой оболочки, спектра антагонистической активности, взаимодействия с Toll-подобными рецепторами и последующей активации врожденного иммунитета. Интенсивность воздействия на организм человека может изменяться в связи с различиями иммуномодулирующих свойств у отдельных пробиотических штаммов, что включает повышение уровня параметров Т- и В-клеточного иммунитета, увеличение авидности антител сыворотки крови к связыванию антигенов условно патогенных бактерий и их токсинов, что в значительной мере зависит от видовой принадлежности и штамма пробиотика. Механизмы действия пробиотиков детально обсуждены в обзорах [4, 53, 56]. Следует подчеркнуть, что пробиотическая концепция является на сегодняшний день ведущей при назначении бактерийных препаратов. При этом наибольшую эффективность в клинической практике демонстрируют лекарственные препараты и биологически активные добавки к пище на основе комбинаций нескольких видов или штаммов пробиотических микроорганизмов, приближенных по составу к естественному и соответствующему определенному возрасту микробиоценозу и обладающих широким спектром антагонистической активности в отношении условно патогенных бактерий и грибов. Таким образом, прогнозируемый терапевтический и профилактический эффект пробиотических препаратов определяется сроками, степенью стабилизации и спектром восстановления индивидуальных регуляторных функций макроорганизма, включая нормализацию микробиоценоза, иммунологических реакций, процессов электролитного обмена, окислительного фосфорилирования и регенерации поврежденных клеток. Именно поэтому важное значение имеет научное обоснование эффекта воздействия пробиотика с помощью таких новых технологий, как геномика, протеомика, метаболомика, транскриптомика. Совершенно очевидно, что от степени изученности, в том числе и с помощью новых научных технологий, пробиотических штаммов и реакции на них организма человека зависит успех в лечении таких сложных, вызванных дисбактериозами, патологических состояний, как хронические инфекции, вторичные иммунодефициты, повышенная аллергизация, а также ряда метаболических заболеваний, включая атеросклероз, липидный дистресс-синдром, диабет 2 типа и ожирение.

About the authors

V. M Bondarenko

Gamaleya Federal Research Centre of Epidemiology and Microbiology

Moscow, Russia

O. V Rybalchenko

St. Petersburg State University

St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files