Доктор медицинских наук Виктор БОНДАРЕНКО, заведующий лабораторией генетики вирулентности бактерий Института эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи РАМН

Общий генофонд присутствующей в нашем организме микрофлоры, получивший название "микробном", насчитывает 400 тыс. генов, что в 12 раз превышает размер генома человека. Столь большой их набор определяет и колоссальную функциональную активность микроорганизмов, участвующих в регуляции многих физиологических и иммунных реакций, обеспечивающих защиту организма от заболеваний, включая инфекционные.

ПОЛЕЗНЫЕ МИКРОБЫ

Человек издавна существует в неизбежном окружении разнообразных микробов. Именно они были первыми формами жизни на Земле, пережив затем все последующие этапы биологической эволюции. Их быстрое приспособление к неблагоприятным условиям окружающей среды во многом объясняется огромной численностью, разнообразием и динамичностью популяций, высокими темпами размножения, скоростью передачи генетической информации и эффективностью селективного отбора. Но адаптивные возможности микроорганизмов не безграничны. Происходящее ныне глобальное загрязнение окружающей среды может стать несовместимым с жизнью ее обитателей и привести к утрате симбиотической микрофлоры водоемов, воздуха, почвы. В ряде экологически неблагополучных регионов нашей страны этот фактор уже пагубно воздействует на состояние здоровья насе-

стр. 28

ления*, в первую очередь нормальной микрофлоры и иммунной зашиты человеческого организма, что заставляет ученых уделять больше внимания изучению связанных с ними нарушений и определять стратегию их профилактики и коррекции.

Что же такое нормальная микрофлора? С общебиологических позиций под ней понимают совокупность биоценозов - в данном случае микробных сообществ, населяющих биотопы** открытых полостей организма хозяина. Оптимальным "местом жизни" для микроорганизмов может служить ротовая полость, носоглотка, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишка, уретра и т.д. Такой биотоп вместе с биоценозом образует экосистему респираторного, желудочно-кишечного или урогенитального трактов.

По емкому определению академика РАМН Анатолия Воробьева (1923 - 2006), нормальная микрофлора - это качественное и количественное соотношение разнообразных популяций микробов отдельных органов и систем, поддерживающее биохимическое, метаболическое и иммунологическое равновесие организма, необходимое для сохранения здоровья человека.

Следует отметить: все микроорганизмы, обитающие в том или ином биотопе, находятся между собой в сложных симбиотических взаимоотношениях, связаны трофическими (пищевыми) цепями. Так, экосистемы слизистых оболочек открытых полостей и кожи формируются начиная с момента рождения ребенка и меняются в процессе его роста и развития. Сукцессия, т.е. последовательная смена на определенном участке среды обитания одних биоценозов другими, как правило, заканчивается формированием устойчивого и стабильного микробного сообщества.

Изучением нормальной микрофлоры человека и препаратами из молочно-кислых лактобацилл (ацидофильной палочки, используемой для приготовления простокваши) первым занялся выдающийся биолог и патолог, почетный член Петербургской АН Илья Мечников (нобелевский лауреат 1908 г.), чья концепция об одновременной пользе и вреде симбиотической микрофлоры организма приобрела в настоящее время всемирное признание. В конце XX - начале XXI в. большой вклад в исследование этой проблемы внесли российские ученые, доктора медицинских наук Валентина Петровская, Отар Чахава (Институтэпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи РАМН), Инна Куваева (Институт питания РАМН), Надежда Лизько (Институт медико-биологических проблем РАН), Галина Гончарова, Вероника Поспелова, Станислав Афанасьев, Борис Шендеров (Институт эпидемиологии и микробиологии им. Г. Н. Габричевского), Кира Соколова (Нижегородский институт эпидемиологии и микробиологии им. И. Н. Блохиной), их эстонский коллега Акиво Ленцнер (Тартуский медицинский университет).

* См.: Л. Леонтьев. Экологическая проблема Норильска: пути решения. - Наука в России, 2006, N 5 (прим. ред.).

** Биотоп ("место жизни") - применительно к микроэкологии это участок слизистой оболочки, кожи или орган макроорганизма с однотипными условиями существования для заселяющих его микроорганизмов (прим. ред.).

стр. 29

Вся нормальная микрофлора человека подразделяется на резидентную (постоянную), составляющую до 90% присутствующих в организме микробов, факультативную - менее 9,5% и транзиторную (случайную) - до 0,5 %. Около 20 % микроорганизмов от общего числа обитает в полости рта (более 200 видов), 18 - 20% приходится на кожные покровы, 15 - 16% - на глотку, 2 - 4% на урогенитальный тракт у мужчин и примерно 10 % на вагинальный биотоп у женщин, а больше всего микроорганизмов (до 40%) - в желудочно-кишечном тракте. Именно о последних и пойдет далее речь.

Они распределяются в нем как "вертикально" - от ротовой полости до нижних (дистальных) отделов толстой кишки, так и "горизонтально" - от просвета до различных слоев слизистой оболочки. Различают пристеночную микрофлору и просветную. Основной микробный "пейзаж" в слизистой тонкой и толстой кишки формируется 15 - 20 ассоциациями доминирующих анаэробных (способных жить без атмосферного кислорода), факультативно анаэробных (развиваются и в присутствии 02) и аэробных (существуют только при наличии кислорода) бактерий, включая представителей родов Bifidobacterium, Bacteroides, Fusobacterium, Enbacterium, Clostridium, Lactobacillus, Peptococcus, Peptostreptococcus, Escherichia, Streptococcus, Enterococcus, Staphylococcus и др. На поверхностях слизистых оболочек открытых полостей организма человека сообщества симбиотических микроорганизмов представлены в виде биопленок, отмеченных еще Ильей Мечниковым, считавшим, что они покрывают слизистую подобно "перчатке".

Масса нормальной микрофлоры кишечника взрослого человека составляет более 2,5 кг, а ее общая численность - 1014. Ранее полагали, что всего в ней 17 семейств, 45 родов и около 500 видов. Однако эти сведения должны быть пересмотрены с учетом новейших данных, полученных американским биологом Полом Экбургом с помощью молекулярно-генетических методов и доктором биологических наук Георгием Осиповым (Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева РАМН) с применением газожидкостной хроматомасс-спектрометрии.

Экбург с соавторами показали, что пристеночная и просветная микрофлора включает 395 филогенетически обособленных групп (филотипов) микроорганизмов, из которых 244 (62%) ранее не были известны. Причем 195 из вновь открытых не растут на обычных питательных средах, значит, информация о них станет доступной только после выяснения их пищевых потребностей и условий культивирования. Большинство из новых филотипов являются представителями родов Firmicutes и Bacteroides. Суммарное количество ранее известных (-500) и вновь выявленных видов (-1000) приближается к полутора тысячам и требует уточнения.

Основные функции нормальной кишечной микрофлоры тесно связаны с иммунным статусом и состоянием пищеварительной и гормональной систем. В числе важных - обеспечение колонизационной резистентности, т.е. совокупности механизмов, обеспечивающих предотвращение заселения организма хозяина патогенными и условно-патогенными микроорганизмами, усиление физиологической и пищеварительной активности желудочно-кишечного тракта. А еще - детоксикация, стимуляция синтеза биологически активных веществ и обновления слоя поверхностных клеток слизистой оболочки кишечника, происходящего каждые 48 ч, поддержание высоких уровней комплемента (набора иммунных белков), лизоцима (фермента, разрушающего оболочки бактериальных клеток), секреторных иммуноглобулинов, интерферона, различного типа цитокинов (сигнальных молекул), важных для проявления естественного иммунитета.

Активность бактерий нормальной микрофлоры в борьбе с патогенами обусловлена продукцией лизоцима, перекиси водорода, молочной, уксусной, пропионовой, масляной и ряда других органических кислот и метаболитов, снижающих кислотность среды. С нашей точки зрения, одними из ведущих в этой конкуренции оказываются антибиотикоподобные вещества типа бактериоцинов и микроцинов.

Например, бактериоцины, выделяемые бифидобактериями и лактобациллами, подавляют рост и развитие возбудителей дизентерии, холеры и брюшного тифа. Установлена их активность и в отношении сальмо-

стр. 30

нелл, листерий, клостридий, стрептококков, стафилококков, многочисленных условно-патогенных представителей семейства кишечных (клебсиелл, энтеробактеров, гафний, серрацией, протеев, провиденций, цитробактер и др.), грибов рода Candida и др. Недавно доктор биологических наук Оксана Рыбальченко (медицинский факультет Санкт-Петербургского государственного университета) получила оригинальные данные об изменении ультраструктуры клеток патогенных и условно-патогенных энтеробактерий, включая шигеллы, клебсиеллы, протеи, цитробактер и грибы рода Candida, подвергнутых воздействию бактериоцинсе-кретирующей ацидофильной палочки. В результате деструктивные процессы затрагивали не только клеточную стенку энтеробактерий, но и цитоплазму, ядро (нуклеоид), а на популяционном уровне увеличивалась доля лизированных (разрушенных) форм. Бактериоцины и бактериоциноподобные вещества (микроцины), отличающиеся от антибиотиков щадящим в отношении нормальной микрофлоры антимикробным действием, следует отнести к представителям нового класса перспективных терапевтических средств.

Нормофлора кишечника активно участвует в метаболизме субстратов растительного, животного и микробного происхождения, прежде всего это ферментация глюкозы, лактозы, крахмала, целлюлозы и др. Важна ее роль и в обмене белков, азот- и углеродсодержащих соединений, рециркуляции желчных кислот. В последние годы в экспериментах установлена способность ее представителей, в частности, бифидобактерий, лактобацилл и энтерококков, снижать концентрацию холестерина в крови, липидов в сыворотке крови, что способствует профилактике атеросклероза. Связывание микробными метаболитами азота имеет значение в предупреждении печеночной энцефалопатии, фосфатов - риска развития хронической почечной недостаточности, а гидролиз производных щавелевой кислоты (оксалатов) защищает от образования почечных камней. Известна способность молочнокислых бактерий инактивировать гистамин, что снижает проявление аллергии. Улиц с гипертонией, получавших йогурт, сквашенный лактобациллами и сахаромицетами, продемонстрировано снижение повышенного кровяного давления.

Нормальная микрофлора образует биологически активные соединения - летучие или короткоцепочечные жирные кислоты, участвующие в регуляции абсорбции ионов натрия, калия, хлора и воды, а также кальция, магния и цинка, поддерживающих водный, электролитный и кислотно-щелочной баланс в организме. Бактерии синтезируют также витамины K, В₁-тиамин, В₂-рибофлавин, В₃-никотиновую кислоту, В₆-пиридоксин, В₂-цианкобаламин, пантотеновую и фолиевую кислоты.

Нормофлора кишечника участвует в обеспечении неспецифической защиты, реализуемой за счет активации макрофагов, стимуляции лимфоидной ткани, воздействия на иммунокомпетентные клетки. Вырабатывающиеся иммуноглобулины включаются в сложный механизм контроля микроорганизмов, в том числе и патогенных, - блокируют прикрепление их к эпителию слизистой оболочки, нейтрализуют путем агглютинации (склеивания и выпадения в осадок) и посредством других бактерицидных механизмов. Секреторные иммуноглобулины исключительно важны в иммунитете кишечника.

Бифидобактерии, лактобациллы и кишечная палочка способствуют укреплению природного (врожденного) иммунитета. Показано, что один из пептидов клеточной стенки бифидобактерии и лактобацилл акти-

стр. 31

Прикрепление (а) и колонизация (b) энтероцитов патогенными кишечными палочками Е. coli.

Фото Ю. Полоцкого

вирует лимфо-пролиферативный ответ на Т- и В-клеточные митогены, вызывая генерацию цитотоксических Т-лимфоцитов и продукцию иммуноглобулинов, усиливает цитотоксическую функцию естественных киллеров и переваривающую активность макрофагов, стимулирует синтез различного типа цитокинов. Развитие иммунного ответа - следствие кооперативных взаимодействий Т-, В-лимфоцитов и макрофагов, ассоциированных с активацией, пролиферацией и дифференцировкой иммунокомпетентных клеток. Взаимодействие с последними бифидобактерий, кишечной палочки, энтерококков и лактобацилл играет важную роль в поддержании местного иммунитета, стимуляции фагоцитоза, синтеза иммуноглобулинов, интерферонов и провоспалительных и противовоспалительных цитокинов.

Иммунную систему организма человека отличает высокая мобильность: постоянная реакционная готовность и высокая чувствительность к различным экзогенным и эндогенным воздействиям. Это определяет вариабельность количественного состава и соотношения компонентов системы иммунитета в любой конкретный момент времени. Указанные свойства составили основу концепции иммунологической мобильности академика Рэма Петрова. Сущность ее в том, что для системы иммунной защиты свойственна определенная двойственность состояния. С одной стороны, ее количественный состав и соотношение компонентов постоянно меняются под влиянием антигенных стимулов, непрерывно поступающих в организм или возникающих в нем. С другой - они же стремятся к установлению определенного равновесия для обеспечения адекватного реагирования в каждой конкретной ситуации. Все это приводит к тому, что сама она непрерывно меняется, находится как бы в постоянном движении.

Иммунная система - своеобразный индикатор влияния неблагоприятных экологических факторов на организм человека. То же самое можно сказать и о реакции нормальной микрофлоры на воздействие многочисленных повреждающих факторов.

Таким образом, представители симбиотической нормальной микрофлоры выполняют следующие функции: совместно со слизистой оболочкой кишечника служат барьером от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма; образуют биологически активные вещества, определяющие высокую антагонистическую активность резидентных представителей нормофлоры по отношению к патогенным и условно-патогенным микроорганизмам; участвуют в утилизации пищевых субстратов и ксенобиотиков; синтезируют аминокислоты и белки, витамины; усиливают всасывание через стенки кишечника ионов кальция, железа; регулируют гуморальный и клеточный иммунитет.

НАРУШЕНИЕ МИКРОЭКОЛОГИИ: ДИСБАКТЕРИОЗ

При превышении пороговой величины отрицательно воздействующих на организм экзогенных и эндогенных факторов микробиоценозы выходят из состояния равновесия, что вызывает микроэкологические и иммунные нарушения. Это приводит к доминированию в биотопе потенциально опасных микроорганизмов, усилению генетического обмена и формированию клонов, несущих геномные "острова" патогенности, а также множественную лекарственную устойчивость микроорганизмов. Процесс может привести к серьезным сбоям, которые принято относить к дисбиозу или дисбактериозу. Первый касается биоценозов бактерий, вирусов, простейших и грибов. Второй отражает подобные процессы только у бактерий и микроскопических грибов. Выделяют дисбактериозы кожи, ротовой полости, кишечника, мочеполовой системы.

Академик АМН СССР Александр Билибин еще в 70-х годах XX в. отмечал: интерес к изучению нормальной микрофлоры несколько угас в начале эры антибиотиков, но вновь усилился, когда врачи инфекционных отделений начали сталкиваться с побочными эффектами соответствующей терапии. Было показано, что бесконтрольное использование антибиотиков и химиоте-

стр. 32

стр. 33

рапевтических препаратов широкого спектра действия приводит к дисбактериозу кишечника*. Ныне его рассматривают как клинико-лабораторный синдром, характеризующийся изменением качественного и/или количественного состава нормальной микрофлоры, метаболическими и иммунологическими нарушениями, а также транслокацией (переносом) ее различных видов из просвета кишечника в несвойственные биотопы и их избыточным ростом.

Для ряда патогенных и условно-патогенных бактерий важно достижение высоких концентраций (-10⁶), регулируемых системой их коллективного поведения, получившей название QS (Quorum Sensing). Такое "чувство кворума" было впервые описано при исследовании механизма люминесценции морских бактерий. Как оказалось, регуляторные сигналы, передающиеся от клетки к клетке, позволяют им координировать свои действия, в нужное время превращая эти на первый взгляд стихийные сообщества фактически в многоклеточный, состоящий из миллионов копий организм. Как детально объяснил академик РАМН, директор нашего института Александр Гинцбург, по типу QS регулируется широкий спектр физиологических процессов, включая биолюминесценцию, образование биопленок, синтез секретируемых факторов патогенное™ и антибиотиков, перенос конъюгативных плазмид и даже процесс репликации. Формирование биопленки условно-патогенными бактериями и дрожжеподобными грибами рода Candida при росте на плотной питательной среде показано Оксаной Рыбальченко.

При дисбактериозе кишечника возможно проникновение бактерий транзиторной микрофлоры в цитоплазму энтероцитов, рассматриваемое как проявление эндоцитоза - захвата небольших частиц, жидкостей и макромолекул клеткой макроорганизма. Кстати, среди условно-патогенных бактерий (золотистых стафилококков, гемолитических кишечных палочек, клебсиелл и др.) и грибов рода Candida встречаются штаммы, синтезирующие вещества, разрушающие лактобациллы, впервые обнаруженные сотрудниками Института особо чистых биопрепаратов (Санкт-Петербург) и Института эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи.

Клинические проявления дисбактериоза характеризуются признаками, не свойственными основному недугу. Наиболее часто происходит снижение колонизационной устойчивости, угнетение функций иммунной системы с повышением восприимчивости к инфекциям. Широкое распространение этих патологий большинство отечественных авторов справедливо считают одним из важнейших факторов, определяющих наблюдаемое ныне увеличение частоты и тяжести острых и хронических заболеваний пищеварительного, респираторного и урогенитального трактов.

В настоящее время установлено, что рассматриваемое состояние макроорганизма обусловливается не только значительным снижением численности нормофлоры, но и изменением спектра и уровня ее антагонистической активности по отношению к патогенам. В результате появляются микробные ассоциации с повышенной вирулентностью, способные стать причиной самоинфицирования. Именно они и формируют "госпитальные штаммы", распространение которых приводит к развитию внутрибольничных инфекций. При дисбактериозе возможно повышение уровня гис-

* См.: Л. И. Воробьева. Мир бактерий. - Наука в России, 2005, N 5, (прим. ред.).

стр. 34

тамина в органах и тканях с возникновением сенсибилизации (повышенной чувствительности) организма и развитием аллергий.

ПРОБИОТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ

Для профилактики и лечения дисбактериозов применяют препараты, подразделяемые на пробиотики, пребиотики и синбиотики. Первые из них - живые микроорганизмы и вещества микробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения позитивные эффекты на физиологические, биохимические и иммунные реакции организма хозяина путем улучшения функций его нормальной микрофлоры. Это препараты, содержащие штаммы облигатных (бифидобактерии, лактобациллы, эшерихии, энтерококки) или транзиторных (сахаромицеты и споровые аэробные апатогенные бациллы) микроорганизмов. Существуют монокомпонентные (бифидумбактерин, лактобактерин, колибактерин, споробактерин, бактисубтил), поликомпонентные (бификол, бифиформ, ацилакт, линекс), сорбированные (бифидумбактерин форте, флорин форте) и метаболитные (хилак форте) пробиотики. Все они способствуют нормализации микробиоценоза и, как следствие, восстановлению пищеварительной, обменной и защитной функций кишечника и организма человека в целом.

Что касается пребиотиков, то они различны по механизму действия и относятся к разным фармакотерапевтическим группам, но обладают общим свойством стимулировать рост и развитие нормальной микрофлоры кишечника. В их числе лактулоза, ряд олигосахаридов, пантотенат кальция, лизоцим, амбен и др.

И наконец, синбиотики - препараты, полученные в результате рациональной комбинации про- и пребиотиков. В России используют поликомпонентные биокомплексы "Нормофлорин Б", содержащие B.bifidum и B.longum, и "Нормофлорин-Л" - L.acidophilus; биовестин-лакто, обогащенный биомассой B.bifidum, B.adolescentis и L.plantarum; мальтидофилюс, содержащий мальтодекстрин и биомассу B.bifidum, L.acidophilus и L.bulgaricus; бифидобак, включающий фруктоолиго-сахариды из топинамбура, бифидобактерии и лактобациллы; бифидумбактерин-мульти, обогащенный различными видами бифидобактерии (B.bifidum, B.longum и B.adolescentis).

Назначать пробиотики целесообразно с учетом микробиологических нарушений, фазы и стадии дисбактериоза кишечника, а также состояния и характера основного заболевания. Одни из них целесообразно использовать с профилактической целью, другие - для лечения. Показано, что прием этих препаратов способствует 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. Как уже отмечено, бактериальные липополисахариды и мурамилдипептид, входящие в состав клеточной стенки различных видов нормофлоры, оказывают иммунорегулирующее действие. Поэтому пробиотики рекомендуют как в острый период заболевания, так и после (в связи с их способностью оказывать подавляющее действие на возбудителей инфекции).

Подчеркну: препараты, созданные на основе представителей нормальной микрофлоры, входят в арсенал средств защиты от патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, восстановления нарушенного биоценоза и повышения иммунного статуса организма человека.