Микробиота и патогены

Инфекционные болезни известны с давних времен. От чумы, оспы, холеры, брюшного и сыпного тифа, гриппа и других инфекций погибло больше людей чем от войн и стихийных бедствий. Только от чумы в XIV веке погибло примерно 150 миллионов человек. В пандемию гриппа, вызванной вирусом H1N1 гриппа A, с февраля 1918 года по апрель 1920 года заразилось более 500 миллионов человек (в то время треть населения мира), максимальное число погибших достигло 100 миллионов человек.

Не меньшие потери и от других инфекционных заболеваний. Только острые респираторные инфекции в мире ежегодно регистрируют у половины населения, у 30% жителей в мире бывают кишечные инфекции. Малярия в течении года определяется у 350-500 млн. человек. Практически все население мира заражено вирусами герпеса. Практически у 80% сексуально активных молодых женщин до 30 лет выявляется вирус папилломы человека, два типа которого в 70% всех случаев вызывают рак шейки матки. Гепатитом в мире переболели около двух миллиардов человек. По оценки ВОЗ, 5% человек во всем мире живут с хроническим гепатитом В, 1% с хроническим гепатитом С. Распространенность ВИЧ среди взрослых в мире составляет 0,8%, в некоторых странах она превышает 10%. Четверть населения мира инфицированы туберкулезом. Паразитарные инвазии во всем мире имеют более 2 миллиардов человек. Опасность для здоровья человека представляют инфекции с высоким уровнем смертности такие как брюшной и сыпной тиф, полиомиелит, менингококковая инфекция, дифтерия, ботулизм, различные виды геморрагических лихорадок и пр. Все эти и многие другие заболевания связанны с проникновением микроорганизмов во внутреннюю среду организма человека, которые приводят к нарушению гомеостаза организма с развитием физиологических и патологических реакций, определенные как инфекция или инфекционный процесс.

Согласно определению И.И. Мечникова, «…инфекция есть борьба между двумя организмами». Подразумевается, что в инфекционном процессе участвуют защитная система организма, его иммунная система и микроорганизм (патогенный микроорганизм). В связи с этим прежде всего необходимо определить, кто это такой патогенный микроорганизм т.к. мы живем и с нами живет большое количество других непатогенных микроорганизмов, которые очень важны для нормальной жизни человека в том числе и его защиты.

Микробиота (нормальная микрофлора, нормофлора, комменсалы, биотоп) – сообщество, состоящее из более 1000 видов симбиотических и комменсальных бактерий, архей, простейших, грибов и вирусов, населяющих организм человека в пределах тканей и жидкостей. Объем микробиоты оценивается в 1014 клеток, составляя до 1% массы человека (около 1 кг). По количеству клеток микробиота сопоставима с общим количеством клеток человека, однако общий ее геном (микробиом) больше в 100 раз. Стоит обратить внимание, что при оценке микробиома в расчет не принимают вирусы и фаги, присутствующие в различных средах организма, которые по численности превосходят количество бактерий на порядок.

Популяция микробов, их количество и состав в различных тканях существенно отличаются (рис. 1). Если количество микробов увеличивается за пределы своих типичных диапазонов (чаще всего из-за нарушения функции иммунной системы) или микробы заселяют (например, из-за травмы) участки организма, где они обычно не присутствуют или стерильные зоны (кровь, брюшная полость и др.), возникают заболевания.

Состав микробиоты человека
Рис. 1. Состав микробиоты человека

С клинической точки зрения необходимо выделить микроорганизмы, постоянно живущие основные (резидентная микробиота – около 90%), постоянно живущие сопутствующие (факультативная микробиота – менее 9,5%) и случайно попавшие (транзиторная микробиота – до 0,5%). К транзиторной микробиоте относятся патогенные микроорганизмы.

Состав микробиоты человека со временем может меняться. Чаще всего такое изменение связано с изменением диеты и общего состояния здоровья.

Наиболее исследованной и самой большой по объему является микробиота желудочно-кишечного тракта (более 75%). Она представлена в основном анаэробами (табл. 1). Состав кишечных бактерий каждого человека индивидуален и формируется в зависимости от возраста, местоположения, характера питания, образа жизни и состояния здоровья. На основе микробного состава по преобладанию тех или иных ключевых родов бактерий Bacteriodes, Prevotella и Ruminococcaceae выделяют три основных энтеротипа (как группа крови). При 1-м энтеротипе доминируют представители рода Bacteroides, при 2-м — Prevotella, при 3-м — Ruminococcus.

Микробиота интестинального тракта

Микробиота интестинального тракта
Микробиота интестинального тракта

Основная масса микрофлоры (пристеночная микрофлора) фиксирована и тесно связана с энтерoцитами, образуя биопленку (микробно-тканевой комплекс, включающий в себя микроколонии бактерий и их метаболитов,

Основная масса микрофлоры (пристеночная микрофлора) фиксирована и тесно связана с энтерoцитами, образуя биопленку (микробно-тканевой комплекс, включающий в себя микроколонии бактерий и их метаболитов, секреты бокаловидных клеток, клеток Панета, эндокриноцитов и пр.), незначительная часть находится в просвете кишки (просветная микрофлора).

Микробиота активно участвует в пищеварении, расщепляя основные пищевые субстанции и синтезируя новые. Многие виды белков, жиров и углеводов, из рациона человека, могут быть расщеплены только определенными кишечными микроорганизмами (табл. 2).

Участие микробиоты в обмене веществ человека

Участие микробиоты в обмене веществ человека
Участие микробиоты в обмене веществ человека

Помимо этого, нормальная микрофлора участвует в синтезе короткоцепочечных жирных кислот (ацетат, бутират, пропионат и пр.), аминокислот (аргинин, глутамин), витаминов (К, В1, В2, В3, В5, В6, В12, С, Д, биотина, пантотеновой кислоты), гормонов. Она способствует всасыванию ионов железа, кальция, обеспечивая полностью питательными и энергетическими веществами эпителий кишечника, определяя его созревание и регенерацию. Также микробиота, участвуя в обмене солей желчных кислот и холестерина, обеспечивает гиполипидемический эффект.

Микробные метаболиты способствуют укреплению эпителиального барьера, например, индол, за счет связывания белков цитоскелета формирует плотные контакты между эпителиоцитами.

Детоксикационная функция микробиоты осуществляется путем нейтрализации экзогенных и эндогенных токсических продуктов, в т.ч. канцерогенов (амины, тиолы, фенолы, ксенобиотики и др.), которые в дальнейшем утилизируются в реакциях метаболизма и/или выводятся из организма с кишечным содержимым.

Одной из основных функций нормальной микрофлоры является предотвращение развития патогенных макроорганизмов, в основе которого лежит принцип микробного антагонизма. Помимо этого, в качестве защиты бактерии микробиоты кишечника вырабатывают антимикробные пептиды и другие метаболиты с антимикробными свойствами, изменяют рН, а также физически противодействуют колонизации патогенами.

Аналогичные функции выполняет нормальная микрофлора и на других участках. Кожа, дыхательные пути, урогенитальный тракт и пр. имеют свой состав микрофлоры, который активно участвуют в формировании мукозального иммунитета.

Любой инфекционный процесс можно считать дисбиозом, т.к. когда начинает превалировать патогенный микроорганизм, снижается количество и разнообразие числа других бактерий. Как защитную функцию можно рассматривать процессы взаимодействия иммунной системы и нормальной микробиоты с формированием толерантности микробиоты и организма человека.

В отличии от нормальной микробиоты, организм человека постоянно соприкасается с микроорганизмами, способными вызывать заболевания (патогены, возбудители) при естественных, для данного микроба условий, заражения (рис. 2). Они имеют структуры, ферментативные системы и другие факторы, способные преодолевать защитные факторы организма и прежде всего мукозальный иммунитет. Развитие заболевания, вызванное микроорганизмами, происходит за счет прямого воздействия на клетки организма человека, и/или производством эндотоксинов, которые повреждают клетки организма, и/или за счет сильной стимуляции иммунного ответа, приводящего к повреждению клеток и тканей организма человека.

Большинство инфекционных заболеваний вызывает определенный возбудитель и/или его болезнетворные компоненты т.е. патоген является специфичным для определенной инфекции.

Патогены
Рис. 2. Патогены

Они наделены механизмами для преодоления нормальных защитных сил организма. Эти свойства определены как мера патогенности или вирулентность, которая зависит от способности микроорганизма к колонизации в организме человека, в том числе к способности прикреплению к клеткам, входа и выхода патогена из клетки, поглощению питательных веществ, уклоняться от иммунной системы путем ускользания и/или иммуносупрессии, наличием элементов, способствующим распространению инфекционных агентов по тканям. Так же одним из основных факторов вирулентности являются эндо- и экзотоксины, в основном вырабатываемые бактериями и грибами.

Все патогенные микроорганизмы имеют молекулярные структуры, отсутствующие в организме человека. PAMP (Pathogen-associated molecular patterns (образы патогенности) чужеродные структуры патогенов). Это пептидогликаны, ЛПС (липополисахариды), липопротеины, липотейхоевая и тейхоевая кислоты, флагеллин, нуклеиновые кислоты вирусов и бактерий, вирусные белки и др., являющиеся составными частями микроорганизма. Часть молекул или молекулярные структуры, которые организм рассматривает как чужеродное и к которым формирует иммунный ответ, направленный на инактивацию и удаление его из организма определены как антигены (англ. от antibody generator – «производитель антител»).

Антигенами являются белки, пептиды (не менее 7-10 аминокислот) и полисахариды. Липиды и нуклеиновые кислоты становятся антигенами только в сочетании с белками и полисахаридами.

Антигены – это белки, пептиды (аминокислотные цепи) и полисахариды (цепи моносахаридов / простых сахаров), но липиды и нуклеиновые кислоты становятся антигенами только в сочетании с белками и полисахаридами.

В области иммунологии, антиген (AГ), может присутствовать на наружной стороне патогена, которые могут быть связаны с помощью антиген-специфических антител или антигенов В-клеточного рецептора. Присутствие антигенов в организме обычно вызывает иммунный ответ.

Процесс взаимодействия между патогенными молекулами и иммунной системой происходит по рецепторному типу.

В качестве лиганда выступает АГ, который образует комплекс с клеточным рецептором, отвечающим за обнаружение такого лиганда. После чего в клетке происходят серии биохимических реакций, инициируемых стимулом (первый мессенджер), передаваемым внутрь клетки через вторичные мессенджеры, которые усиливают сигнал и направляют его эффекторным молекулам, заставляя клетку реагировать на первоначальный стимул в виде биохимических, физиологических или фармакологических эффектов (рис. 3).

Оставьте комментарий

вверх

Заказать обратный звонок