Микробная конкуренция

пробиотики в животноводстве

У человека и других позвоночных слизистые оболочки (преимущественно слизистые рта и кишки) колонизированы огромным количеством бактерий, грибов и вирусов, живущих и эволюционирующих вместе с хозяином.

Все это сообщество микроорганизмов, живущих в вашем теле, называется микробиота. За годы совместной эволюции они прекрасно адаптировались к условиям ЖКТ человека и создали с нами и друг с другом сложные экологические схемы, позволяющие им получать питательные вещества и защиту в обмен на «хорошее поведение» и различные полезные для нас свойства.

Некоторые бактерии, например, распиаренные Lactobacillus не могут сами синтезировать нужные им аминокислоты и получают их исключительно от человека. Метаногены (бактерии продуцирующие метан) извлекают энергию из молекул водорода – продукта метаболизма других симбиотических анаэробных бактерий. Эти взаимоотношения называют симбиоз.

Симбиотические бактерии распределяются по разным отделам ЖКТ, в зависимости от того, к каким условиям они лучше приспособлены. Тонкая кишка, в которой много дисахаридов и аминокислот – прибежище лактобацилл и протеобактерий. В дистальных отделах кишки, где содержатся непереваремые питательные вещества (клетчатка и полисахариды), обитают другие виды, например, бактероиды и клостридии.

симбионты в ЖКТ

Любые изменения пищеварения (например, в результате заболеваний или особенностей диеты) прямо влияют на распределение бактерий по отделам кишечника и видовой состав.

Многочисленные экспериментальные и клинические исследования показывают, что микробный состав кишечника прямо влияет на способность организма сопротивляться кишечным инфекциям. Стерильные или пролеченные антибиотиками мышки гораздо восприимчивее к возбудителям таких инфекций, чем интактные животные.

Как именно симбиотическая флора защищает организм от энтеропатогенов изучается уже не одно десятилетие. Сейчас все известные механизмы делят на две большие группы: прямая и непрямая конкуренция.

конкуренция хороших и плохих бактерий

Непрямая конкуренция включает:

  • Активацию механизмов врожденного иммунитета
  • Изменение условий обитания (например, pH)
  • Продукцию токсичных метаболитов или модификацию обычных метаболитов

Так, например, бактерии нормальной флоры кишечника могут вырабатывать антибактериальные молекулы (вроде лектина RegIIIγ), способные избирательно убивать опасные бактерии: энтерококки, Klebsiella pneumoniae и Clostridium difficile.

У RegIIIγ, кстати, есть еще одна интересная функция – эта молекула мешает грамположительным бактериям плотно прикрепляться к криптам слизистой оболочки кишки.

С-лектин

На фотографии – иммунофлюоресцентный снимок с двумя маркерами: зеленый (бактериальная ДНК) и синий (ядра клеток). На левом снимке – крипты обычного животного. Заметна щель (примерно 50 мкм) между криптами и бактериями. На правом снимке – слизистая кишки нокаутного животного с выключенным геном RegIIIγ. Видно, что бактерии плотно прикреплены к криптам.

Обратите внимание – пространство, регулируемое иммунологическим фактором, само по себе становится регулятором нормальных взаимоотношений между иммунной системой хозяина и микробами, населяющими слизистую кишки. Вроде как: «Живите, но не слишком приближайтесь». Если это пространство исчезнет – количество провоцирующих воспаление сигналов, считываемых иммунной системой, может резко увеличиться, и «перемирие» будет нарушено.

В жизни все имеет регулирующие значение, в том числе и пространство, и время, не только цитокины, антитела и прочие осязаемые вещи. Не забывайте про это, если изучаете биологию и медицину.

Впрочем, физико-химических механизмов тоже много. Обычная кишечная палочка продуцирует бактериоцины, подавляющие размножение ее патогенной родственницы – энтерогеморрагической E.coli (EHEC). Бактерии нормальной вагинальной флоры снижают pH на слизистой, что создает некомфортные условия для возбудителей урогенитальных инфекций, «предпочитающих» нейтральную среду. Аналогичным образом ведут себя и симбиотические бактерии кишечника, повышающие кислотность вокруг себя, как это делают бифидобактерии.

Существуют и прямые механизмы конкуренции:

  • За питательные вещества
  • За место на слизистой оболочке
  • Прямая инъекция токсичных молекул в другую бактерию

О механизмах прямой инъекции я уже рассказывал в статье Инъекция вирулентности. Там правда речь шла о том, как бактерия впрыскивает свои молекулы внутрь человеческой клетки. Для этого у нее есть самособирающийся «наношприц» — Type 3 Secretion System (TTSS).

Для борьбы с конкурентами бактерии используют, похожую по смыслу, Type 6 Secretion System (T6SS). Принцип действия у двух этих систем похожий – одна бактерия собирает «шприц» при помощи которого протыкает мембрану другой бактерии и впрыскивает ей всякую гадость.

T6SS

Все эти механизмы направлены на то, чтобы не допустить «чужаков» на обжитое местечко. В значительной степени симбиотические бактерии отваживают патогенных микробов, используя иммунную систему человека, премируя иммунные клетки слизистой и стимулируя выработку секреторных иммуноглобулинов А.


Подробнее о системе защиты слизистой кишечника читайте в статье Иммуноглобулин А.


Если все это работает нормально, симбиотические бактерии живут в мире с иммунной системой человека и получают необходимые для жизни условия (правильное питание, отсутствие антибиотиков и прочее), то слизистая кишечника надежно защищена от тех патогенных микроорганизмов, которые ежедневно проникают в нас вместе с пищей.

полезные свойства пробиотиков

Без симбионтов эта защита неполноценна и может быть пробита, что приводит как к инфекционным, так и к аутоиммунным заболеваниям.

Проще всего разрушить этот баланс бездумным применением антибиотиков. На эту тему я уже много рассказывал на сайте, но лишний раз напомню, что помимо симптомов расстройства пищеварения, обобщенных в рекламе термином «дисбактериоз», а также личного вклада в растущее количество резистентных штаммов, существует еще такая вполне реальная опасность, как псевдомембранозный колит, вызываемый Clostridium difficile. Это наиболее опасный для жизни побочный эффект применения антибиотиков. Так что вы, это, не увлекайтесь без нужды.

Симбионты вместо антибиотиков

Совокупность всех симбиотических микроорганизмов, обитающих в человеческом теле, а также совокупность их генов, называется микробиом человека. Сегодня ученые уже поняли, что его нужно рассматривать, как часть нашего организма. Мы с ними – единое целое, в том числе и генетически (по крайней мере, отчасти).

Достижения молекулярно-генетических методов исследования позволяют сегодня за относительно небольшие деньги изучать геном и микробиом человеческих популяций и отдельных личностей. Это ставит перед учеными новую интересную задачу – разобраться в генетической предрасположенности каждого человека к определенному составу микробиома, чтобы понять его «паспорт» и эффекты, оказываемые на здоровье.

То «восстановление нормальной микрофлоры», которое нам продают в рекламе – это средняя температура по больнице или что-то в этом духе. «Норма» тут у каждого строго индивидуальная. Пора нам ее понять, а поняв — научиться манипулировать.

В статье Живые лекарства я рассказал о первых попытках превратить пробиотики из усредненных пищевых добавок в управляемых биороботов, научив их выполнить в организме человека конкретные, необходимые ему задачи.

Сейчас в США идет национальная программа по снижению уровня антибиотикорезистентности. Чиновники CDC рассказывают, что одним из основных источников резистентных штаммов патогенных микроорганизмов являются бактерии, развивающиеся в животных, выращиваемых для еды (коровы, свиньи, курицы).

Вы знаете, наверняка, что в корм таким животным добавляют антибиотики, чтобы не терять поголовье из-за инфекционных заболеваний. Это дешевле, чем вкладываться в санитарные условия содержания, скрининг и тщательную выбраковку.

антибиотики в еде

Однако, власти развитых стран и, прежде всего, США ведут с этим борьбу. Сейчас уже даже появился новый бренд в пищевой индустрии – antibiotic-free meat и antibiotic-free poultry.

еда без антибиотиков

Однако, одними брендами вопрос не решить. Правительство США поставило перед учеными задачу – изучить возможность применения пробиотических препаратов (естественных или генно-модифицированных) для профилактики инфекционных заболеваний в животноводстве, с тем, чтобы заменить ими антибиотики.

Такие препараты должны быть не менее эффективны и не дороже, чем обычные антибиотики. Пока работа идет, первые короли животноводства, Tyson Foods Inc., уже объявили о том, что к 2017 году перестанут кормить своих кур антибиотиками (про коров и свиней они пока молчат). Среди вариантов замены Tyson Foods рассматривают и пробиотики.

У нас такие продукты уже появились?

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.