Биохимические и молекулярные аспекты симбиоза человека и его микрофлоры

 

1. Введение, постановка проблемы 2. Физиологический смысл симбиоза. Функции микробиоты 2.1. Микробиота как источник тепла 2.2. Трофическая (пищеварительная) функция микробиоты 2.3. Системная роль микробиоты 2.4. Обеспечение резистентности слизистой оболочки и защиты макроорганизма 3. Микробиота — “своя” или “чужая”? 3.1. Взаимная молекулярная мимикрия 3.2. Эволюционно-экологический аспект взаимоотношений микробиота-организм

4. Клеточные молекулярно-биологические  симбиозы

4.1. “Вхождение” и внутриклеточный симбиоз 4.2. Генетические аспекты симбиоза Приложение 1. Приложение 2 ЛИТЕРАТУРА

До сих пор мы рассматривали  взаимодей между микробиотой и организмом, контактные и опосредованные обменом метаболитов. Однако в настоящее время растет число данных, которые позволяют поставить вопрос о существовании более интимных механизмов этого взаимодействия. В первую очередь это относится к взаимодействиям, связанным с вхождением бактериальных клеток в клетки эпителитя даже с горизонтальным обменом генетическим риалом.

 

1. Введение, постановка проблемы 2. Физиологический смысл симбиоза. Функции микробиоты 2.1. Микробиота как источник тепла 2.2. Трофическая (пищеварительная) функция микробиоты 2.3. Системная роль микробиоты 2.4. Обеспечение резистентности слизистой оболочки и защиты макроорганизма 3. Микробиота — “своя” или “чужая”? 3.1. Взаимная молекулярная мимикрия 3.2. Эволюционно-экологический аспект взаимоотношений микробиота-организм 4. Клеточные молекулярно-биологические симбиозы

4.1. “Вхождение”  и внутриклеточный симбиоз

4.2. Генетические аспекты симбиоза Приложение 1. Приложение 2 ЛИТЕРАТУРА

Явления захвата бактериальных  клеток "проффесиональными” фагоцитами (нейтрофилами, фагами и др.), с одной стороны, и бактериальной инвазии и внутриклеточного паразитирования, с другой—хорошо известны [109]. Но эти явления до самого последнего времени рассматривались лишь как отношения взаимной агрессии хозяина и патогенной микрофлоры и считались объектом изучения не столько молекулярной микроэкологии, сколько медицинской микробиологии. Однако стремительное развитие эндо-экологии позволяет поставить вопрос о роли такого рода взаимоотношений с микробиотой под углом зрения проявления симбиоза. 
   Один из механизмов “вхождения” бактериальных клеток (интернализация) инициируется лиганд-рецепторными взаимодействиями, приводящими к выпячиванию мембран у эпителиальных клеток. Это эндоцитоз — энергозависимый процесс обволакивания и захвата внешних макромолекул и бактерий, протекающий с участием апикального сократительного комплекса и капиллярных сил. Он ингибируется цитохалазином D, который блокирует полимеризацию субъединиц актина — важнейшего элемента сократительно-силового аппарата клетки. 
   Таким образом, фактически происходит фагоцитоз “непрофессиональными” фагоцитами. Эти процессы также подтверждают тезис о двойственности взаимоотношений микробиоты и организма. Явление “вхождения” бактериальных клеток реализуется не только во взаимоотношениях организма с микрофлорой, но может проявляться и во внедрении патогенных клеток в эпителий или даже во внутреннюю среду организма. В частности, именно по такому механизму происходит внедрение патогенных шигелл — возбудителей дизентерии. 
   Следует подчеркнуть, что процесс эндоцитоза, опосредованный лиганд-рецепторными взаимодействиями,. имеет обратимый характер, поскольку, так называемые “окаймленные” рецепторами ямки на  плазматической мембране и пузырьки (эндосомы) —  основные инструменты захвата после слияния в цитоплазме с фагосомами и высвобождения захваченного материала снова возвращаются на плазматическую мембрану. Вероятно, у эукариотических клеnок существует определенная емкость, поскольку Подобные процессы “десенсибилизируют” клетки и их чувствительность к бактериальным лигандам снижается (регуляция чувствительности путем уменьшения числа рецепторов). 
   Другие механизмы внутриклеточного вхождения имеют свои особенности, хотя изучены в меньшей епени [62, 111]. 
   Обнаружен интересный феномен, который имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. При изучении проблемы инвазивности в работе [112] установили, что сальмонеллы, проникая в клетки эпителия, тем самым открывают путь вхождения в них неинвазивных бактерий. Мы не исключаем, вхождение последних могут вызывать также непатогенные и условно-патогенные бактерии, которые даже в норме являются резидентами организма. Возможно здесь кроется ответ на вопрос о том, почему часто приходится иметь дело с носительством патогенных бактерий без клинических проявлений болезни. Понятно, что этот вопрос имеет принципиальное значение для эпидемиологии и регуляции инфекционного процесса на популяционном уровне. Возможно организму необходимо иметь в составе микроценоза небольшое число патогенных или условно патогенных микроорганизмов, чтобы, во-первых, реализовался механизм захвата симбионтной микрофлоры, а, во-вторых, чтобы поддерживать на должном е “напряжение” иммунитета.  
   К явлению интернализации непосредственное отношение имеет уникальный тип клеток, названных М-клетками, которые локализуются исключительно на участках слизистых оболочек, покрывающих лимфатические фолликулы кишечника, и, по-видимому, респираторного тракта. М-клетки рассматриваются сейчас как своего рода “проходные дворы”, через которые бактерии и вирусы, а также макромолекулы, например токсины [113], имеют возможность пересекать эпителий и проникать в лимфоидные ткани. Значение бактериальных лигандов для этого процесса пока не выяснено, но установлено, что определенную роль при этом играет секреторный иммуно-глобулин А, обладающий высоким сродством к апикальной мембране М-клеток [62]. 
   Какие последствия имеет вхождение неинвазивных представителей кишечной микрофлоры для организма-хозяина на сегодняшний день еще не известны. Возможно, что в некоторых случаях это приводит к симбиозу, подобно таковому у многих простейших, многоклеточных организмов и членистоногих, у которых эндосимбионты стали факторами цитоплазматической наследственности [114—117 и др.]. Однако, как указывала Маргелис [110], “если отбор уже оптимизировал популяции организмов, то новые источники изменчивости — симбиоз и перенос генов — не будут часто приводить к появлению лучше адаптированных форм, чем уже существующие”. То же, по-видимому, относится и к популяциям клеток, особенно если учесть, что вхождение происходит лишь в отдельные клетки. 
   Сказанное, конечно, не означает, что эволюция и отбор уже прекратили свою “работу”. Поэтому возможность превращения интернализованных представителей автохтонной микробиоты, по крайней мере, во временные симбионты игнорировать не следует. Можно также предположить, что поглощение микроорганизмов “непрофессиональными” фагоцитами — эпителиальными клетками, служит способом представления их антигенов иммунной системе хозяина и ее десенсибилизации к ним. Другой возможный (но не альтернативный) вариант — экспозиция бактериальных антигенов на апикальной мембране для более эффективного взаимодействия с резидентной микрофлорой. Наконец, поглощение может быть одним из способов предотвращения гиперколонизации эпителия. 
   В пользу предположения о продолжающемся на границе эпителий/микробиота эволюционном процессе может служить также явление интернализации продуктов жизнедеятельности или распада микробиоты, когда эти продукты играют не пищеварительную, а сигнальную функцию. Примером этому являются различные мутагены, в том числе обладающие канцерогенными свойствами, образующиеся под влиянием автохтонной микробиоты [40]. Среди них особое значение, очевидно, имеют N-алкилнитрозамины, вызывающие мутации путем замены пар оснований в ДНК и сдвиги рамок считывания. Обычно их образование рассматривается однозначно с патофизиологических позиций. Однако, поскольку с такими мутагенами организмы сталкиваются уже на протяжении многих миллионов лет эволюции, эти мутации могли служить (и служат) фактором селекции наиболее жизнеспособных клеток.

 

1. Введение, постановка проблемы 2. Физиологический смысл симбиоза. Функции микробиоты 2.1. Микробиота как источник тепла 2.2. Трофическая (пищеварительная) функция микробиоты 2.3. Системная роль микробиоты 2.4. Обеспечение резистентности слизистой оболочки и защиты макроорганизма 3. Микробиота — “своя” или “чужая”? 3.1. Взаимная молекулярная мимикрия 3.2. Эволюционно-экологический аспект взаимоотношений микробиота-организм 4. Клеточные мо<span class="Normal_0020Table__C