Preview

Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии

Расширенный поиск

Современные представления о про-/эукариотических взаимодействиях организма человека — основа создания нового поколения пробиотических препаратов

https://doi.org/10.36233/0372-9311-2020-97-4-7

Полный текст:

Аннотация

Многоклеточные организмы в совокупности с сапрофитной флорой формируют сложные, глубоко интегрированные химерные системы (ассоциативные симбиозы, метаорганизмы) с выраженным взаимным влиянием про- и эукариотического компонентов. Способность микроорганизмов (МО) к симбиотическому взаимодействию формируется только в условиях целостного организма.

При длительном выращивании на искусственных средах симбиотические МО, адаптируясь к существованию в искусственных условиях, постепенно и обратимо утрачивают способность к ассоциативному взаимодействию с организмом человека, что приводит к снижению терапевтической эффективности пробиотических препаратов, приготовленных на их основе. Для повышения терапевтической активности пробиотических МО необходима их функциональная реабилитация.

При развитии патологического процесса складываются предпосылки формирования вторичного обменного дисбиоза, вследствие этого изменения регуляторных процессов самого индивида становятся препятствием для восстановления нормальной микрофлоры. Поэтому функциональная реабилитация пробиотических МО должна проводиться на этапе культивирования, а процесс культивирования должен в необходимой степени воспроизводить условия целостного организма.

Введение

Человек является многоклеточным эукарио­том, который сформировался в мире бактерий, су­ществовавших задолго до его появления. Филоге­нетически эволюционирующая иммунная система сталкивалась с бактериальными сигналами сотни миллионов лет, приспосабливалась реагировать на них, поэтому формирование и коррекция структуры симбиотической микробиоты в настоящее время ак­тивно изучается.

Несмотря на обилие и многообразие инфор­мации по формированию и коррекции структуры симбиотической микробиоты, работы, проводимые в этой области, носят разрозненный характер. С од­ной стороны, это свидетельствует о том, что для большинства авторов восприятие проблемы не вы­шло за рамки первоначального накопления инфор­мации с оценкой данных с позиций традиционно упрощенных («инфекционных», антагонистиче­ских) представлений. С другой — разнообразие об­суждаемых «дисбиозассоциированных» патологи­ческих состояний поднимает вопрос об общепато­логическом значении симбиотической микробиоты в формировании заболеваемости у человека и роли коррекции дисбиоза в комплексной терапии.

Однако признание важной роли дисбиоза в раз­витии патологических состояний у человека само по себе еще не решает никаких проблем. По наше­му мнению, первопричиной сложившейся противо­речивой ситуации являются упрощенные (искажен­ные) представления о взаимодействии собственно организма хозяина и его микробиоты с разделением единой про-/эукариотической системы целостного организма на два персонифицированных, часто ан­тагонистичных субъекта.

Формирование адекватных представлений о про-/эукариотических взаимодействиях является важной практической задачей настоящего момента, позволит выявить роль микробиоты среди причин и механизмов развития патологического состояния, наметить комплекс возможных терапевтических подходов с определением необходимых характери­стик лекарственных средств, способов их производ­ства и применения.

Влияние регуляторных процессов хозяина на структурно-функциональное состояние симбиотической микрофлоры

Первый шаг к обобщающему взгляду на про­блему про-/эукариотических взаимодействий ор­ганизма человека сделан акад. О.В. Бухариным с соавт. [1], предложившими концепцию «ассоциа­тивного симбиоза» (АС). «АС представляет собой многокомпонентную интегральную систему, вклю­чающую хозяина в качестве макропартнера, ста­бильный доминантный микросимбионт и ассоции­рованные микросимбионты с разнонаправленными воздействиями, определяющими формирование, стабильность существования и продуктивность симбиоза в целом» [1]. Концепция АС постулиру­ет тесную взаимосвязь между микро- и макросим­бионтами без достаточной детализации, что затруд­няет ее полноценное практическое использование.

Расширяя и конкретизируя положения АС, но уже с учетом динамических превращений, кото­рым подвержены как прокариотические, так и эу­кариотические элементы системы, было предложе­но положение о про-/эукариотическом химеризме организма человека. «Взаимное функциональное проникновение систем цитокинов и QS-медиаторов позволяет рассматривать микробиоценоз как экс­тракорпоральную, цитокиноподобную, негенетиче­ски наследуемую регуляторную систему организма носителя, а целостный организм человека как про-/ эукариотическую химеру, приближая, по сути, ме­тоды бактериотерапии к методам цитокиновой и клеточной терапии» [2].

Данное положение сформулировано на ос­нове опыта клинического использования препа­ратов пробиотиков и цитокинов, подтвердившего схожий, взаимопотенцирующий результат при те­рапевтическом применении этих препаратов [3]. В последующем приведенное положение получило прямое подтверждение. В серии работ [4][5][6][7] была продемонстрирована способность микроорганиз­мов (МО) продуцировать широкий спектр цитокиноподобных медиаторов в количествах, сопоста­вимых с продукцией цитокинов клетками крови человека. Добавление в культуральную среду бак­терий синтетического аналога гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора стимулировало продукцию цитокиноподобных агентов МО [7]. Авторы используют термин «цитокиноподобные агенты», поскольку их структурная идентичность цитокинам не установлена, однако определение возможно с помощью стандартных тест-систем, предназначенных для определения цитокинов.

Выявленные обстоятельства не только расши­ряют наши представления о про-/эукариотических взаимоотношениях в целостном организме и объ­ясняют многообразие терапевтических эффектов пробиотиков, но и имеют, как нам кажется, боль­шое практическое значение при разработке пробио­тических препаратов, обусловливая возможность и необходимость модулирования функциональной активности пробиотических свойств.

С обобщенных позиций целостный организм человека можно рассматривать как функциональ­ную химеру (по принятой в западной литературе терминологии — «метаорганизм»), состоящую из двух по сути равноценных подсистем, организо­ванных по схожему принципу (ауто-/паракринная сетевая регуляция на уровне межклеточных и межбактериальных взаимодействий) и обладающих схожим «языком» коммуникаций, с неизбежным и закономерным за счет структурно-функциональ­ного (филогенетического) родства перекрестным взаимодействием. Изменения в одной из подсистем неизбежно порождают изменения в другой, что да­ет право говорить о наличии в организме челове­ка единой двунаправленной регуляторной системы микробиоценоз-цитокины-гормоны (МЦГ).

Например, дисбаланс микробиоты рассматри­вается как причина или предрасполагающий фактор сахарного диабета 1-го типа (СД1) и метаболиче­ского синдрома (ожирение, атеросклероз, гиперто­ния, сахарный диабет 2-го типа) [8], а недостаточно контролируемая гормонотерапия — как патогенети­ческий фактор вторичного гормонобусловленного дисбиоза [9].

Участие регуляторной системы МЦГ широко проявляется в клинической практике, в переломные моменты онтогенеза, при гормональной перестрой­ке, связанной с беременностью: стресс с развити­ем постстрессорного дисбиоза и постстрессорного синдрома, дисбиоз беременных с развитием ослож­ненной беременности, дисбиоз пожилого возраста с развитием возрастной патологии, негативные или позитивные изменения при половом созревании в подростковом возрасте. Процесс запускается есте­ственными изменениями гормонального фона ма­кропартнера, но клинические изменения обуслов­лены перестройками в системе микросимбионтов. «Изменения состава нормальной микрофлоры, на­рушения системы иммунитета и симптомы заболе­вания должны рассматриваться в их сочетании..., так как ведущую роль играет состояние иммуноло­гической реактивности макроорганизма, а не виру­лентность возбудителя» [10].

Однако подобная реакция развивается не у всех, а негативный или позитивный сценарий пре­допределяется задолго до клинической манифеста­ции и связан с формированием микробиоценоза в перинатальном возрасте (перинатальное програм­мирование), происходящим под влиянием материн­ской микрофлоры [11]. По нашему мнению, акти­вация роста условно-патогенной флоры, сопряжен­ная с манифестацией заболевания и определяющая его развитие, является результатом нейро-цитокино-гормональных изменений, происходящих в ус­ловиях стресса (в том числе инфекционного) или естественного изменения гормонального статуса (беременность, старение, половое созревание), с ак­тивацией условно патогенной флоры как депрессив­ного (до поры скрытого) компонента микробиоце­ноза, сформировавшегося, однако, в перинатальном возрасте. Отсюда негенетическая наследуемость (т.е. контактная передача от матери) предрасполо­женности к патологическому процессу, «програм­мируемые» в младенчестве предпосылки патологии зрелого возраста.

Тесная зависимость микробиоты от обменных процессов носителя позволяет использовать неожи­данные, на первый взгляд, подходы в терапии и про­филактике инфекционно-воспалительных заболева­ний. Например, применение тестостерона в терапии простатита позволяет восстановить микрофлору мочеполовой сферы и купировать воспалительные проявления без использования антибиотиков [12], или применение синтетического аналога природно­го иммуномодулятора и адаптогена тафцина («Селанк») для профилактики постстрессорных, в том числе дисбиотических [13], нарушений.

Модели обменных (гормонобусловленных) дисбиозов особенно подчеркивают значимую роль регуляторных процессов хозяина в формировании и поддержании дисбиотических сдвигов, именно регуляторные процессы хозяина запускают и под­держивают их с формированием порочного круга: обменно-регуляторные сдвиги — дисбиоз — усу­губление обменно-регуляторных нарушений с раз­витием дисбиозассоциированных патологических состояний.

Таким образом, сам организм хозяина (его ре­гуляторные процессы), формируя порочный круг, становится активным препятствием для восста­новления нормальной микрофлоры. Применение на этом фоне пробиотических препаратов с низкой метаболической активностью (лиофилизированные бактериальные препараты) заведомо малоэффек­тивно. Это наводит на мысль, что для успешного использования пробиотических средств, вырабаты­ваемых на основе музейных (фармакологических) штаммов, необходима предшествующая функцио­нальная реабилитация, повышающая их метаболи­ческую активность и адаптацию к условиям суще­ствования в целостном организме (см. ниже).

«Изменения в составе микрофлоры слизистых происходят значительно раньше, чем проявляются клинические симптомы, поэтому их можно считать предвестниками обусловленных условно-патоген­ной микрофлорой патологических процессов» [10]. В чем причина паузы между формированием кишечного дисбиоза и манифестацией его клиниче­ских проявлений?

Наиболее ярко процессы про-/эукариотического химеризма проявляются на модели эндогенного микробиоценоза, в которой в наибольшей мере вы­ражена степень сродства про- и эукариотического элементов единой системы целостного организма, взаимные влияния симбиотической микрофлоры и организма хозяина.

Обсуждение проблемы дисбиоза у человека, как правило, сводится к оценке качественного и количественного состава микрофлоры в естествен­ных полостях организма. Многие авторы продол­жают придерживаться положения о стерильности внутренней среды организма человека. В то же время у растений общепринято деление сапрофит­ной микрофлоры на экзо- и эндофитную (экзо- и эндогенную). А у человека это не так? Тогда отку­да признанные проблемы образования биопленок на эндопротезах, выявления МО в атерогенных бляшках, внутриклеточной персистенции инфек­ционных агентов и пр.? При этом перечень МО, способных к внутриклеточной персистенции, рас­ширяется с каждым годом. Роль эндогенной флоры обсуждается при наличии явного инфекционного и инфекционно-воспалительного процессов. А если формируется иммунологическая толерантность или иммунологическая гипореактивность, а воспали­тельная реакция в силу этого слабо выражена или отсутствует — значит, эндогенной флоры нет? Маловероятно.

Основной успех в изучении эндогенной ми­крофлоры и связанных с этим явлений достигнут в растениеводстве. Способность растений к веге­тативному размножению порождает соблазн мно­гократного тиражирования экономически наиболее продуктивных особей, при этом размножение воз­можно не только отдельными органами, но и не­большими фрагментами тканей (экспланты). Одна­ко оказалось, что негативная роль эндогенной (эн­дофитной) микрофлоры может являться серьезным препятствием для широкого использования метода клонирования.

Относительно низкая требовательность рас­тительных клеток к условиям культивирования, их высокий регенеративный потенциал, способность к многократному пассированию эксплантов позволи­ли создать достаточно информативную модель для выявления и изучения эндогенной микробиоты, ее функциональных особенностей, роли в формиро­вании фенотипа хозяина. Подобные модели на ос­нове клеток животных и человека пока не созданы. Однако в литературе подчеркивается лишь относи­тельная правомерность исторического деления на микрофлору человека, животных и растений [14][15], поскольку показана способность одних и тех же патогенных бактерий персистировать как в орга­низме человека, так и в растениях [14] и, напротив, способность одних и тех же пробиотических МО оказывать защитный эффект на организмы челове­ка, животных и растений в отношении патогенных воздействий (многочисленные препараты на основе Bacillus subtilis). Столь же условно с позиций общей биологии деление моделей на растительные и жи­вотные, поэтому фитомодель эндогенного микро­биоценоза привлекает внимание не только фитобио­логов, но и представителей других биологических и медико-биологических специальностей.

Препятствием для выявления и изучения эн­догенных МО методами классической микробио­логии является их существование во внутренней среде хозяина в виде некультивируемых форм. Долгое время было принято считать, что образо­вание некультивируемых форм бактерий связано с воздействием травмирующих факторов. Послед­ние данные демонстрируют однобокость этого мнения. Становясь элементом единой про-/эукариотической системы, МО естественным образом подчиняются ее законам, по которым автономный, неконтролируемый рост недопустим. Обратимо утрачивая способность к пролиферации (автоном­ному росту), эндогенные МО приобретают спо­собность эффективно функционировать в рамках гетерогенной про-/эукариотической системы, вли­яя на обменные процессы хозяина, участвуя в фор­мировании его фенотипических характеристик, в значительной мере определяя устойчивость ма­кроорганизма к инфекционным воздействиям [16]. В последнем случае защитный эффект реализуется не только через реакции прямого антагонизма, но и через активацию защитных механизмов самого хозяина [17]. В этом контексте пробиотическую функцию МО следует рассматривать как функци­ональное, неконститутивное состояние, формиру­ющееся только в условиях целостного организма и под воздействием регуляторных сигналов хозяина. Вне регуляторных воздействий хозяина (музейное содержание вне системы) пробиотическая функ­ция за ненадобностью, видимо, снижается. Эти обстоятельства необходимо учитывать при разра­ботке пробиотических средств.

Предположим, что внутрисредовая и внутри­клеточная персистенция МО, являясь общебиоло­гическим состоянием для многоклеточных эукари­от, — это нормальная, естественная составляющая про-/эукариотических систем (метаорганизмов). Она имеет большое практическое значение в меди­цине не только для формирования фенотипических характеристик хозяина (физическое благополучие/ неблагополучие), но и для определения сроков кор­ригирующих мероприятий и, пусть это покажется неожиданным, для формирования методологиче­ских, в перспективе и методических, основ разра­ботки пробиотических средств. Эндогенный ми­кробиоценоз в контексте настоящей статьи — это модель для выявления механизмов регуляции функ­циональной активности МО, изучаемая с целью ис­пользования выявленных механизмов для модуля­ции функциональной активности пробиотических бактерий и создания природоподобных технологий разработки пробиотических лечебных средств.

Возникает вопрос: имеет ли значение, какие МО представлены в эндогенном пуле? Понятно, что конечные эффекты эндогенной микрофлоры обу­словлены видовой принадлежностью МО — напри­мер, зависимость повышения или снижения жизне­способности растительных эксплантов в культуре от видового состава эндогенной микрофлоры [15].

В случае изменения регуляторных процессов хозяина, при доминировании условно-патогенной флоры в микробиоценозе и у человека [10], и у рас­тений [15] происходит функциональная активация патогенного начала условно-патогенных МО, вос­станавливается способность бактерий к культиви­рованию (автономному существованию) [18].

Естественным источником эндогенного пула у человека служат, прежде всего, МО естественных полостей. Например, считается, что причиной эн­догенных бактериальных инфекций является гема­тогенный занос микрофлоры слизистых в органы внутренней среды [19].

Эти рассуждения указывают на необходимость, во-первых, деления дисбиоза на экзо- и эндогенную составляющие и, во-вторых, проведения корриги­рующей дисбиоз терапии с учетом не только ми­крофлоры полостей, но и эндогенной компоненты. Необходимо учитывать, что кишечная (экзогенная) микрофлора более доступна для корригирующих мероприятий по сравнению с эндогенной, отсюда отсроченность эффектов дисбиозкорригирующей терапии [9] — обратная параллель с формировани­ем кишечного дисбиоза и отмеченной выше отсро- ченностью его клинических проявлений.

Учет эндогенной компоненты проявляется, прежде всего, в определении сроков проводимых мероприятий, позволяющих добиться «физиоло­гической» санации, т.е. естественной смены кле­точной популяции — резервуара внутриклеточных микробиологических агентов. Более эффективных методов внутриклеточной санации на настоящий момент не разработано.

В различных областях медицины можно стол­кнуться с любопытными параллелями: пробиотикотерапия, проводимая свыше 6 мес, приводит к обратному развитию поздних осложнений у детей с СД1 [9]; через 6 мес после трансплантации поч­ки резко снижается вероятность отторжения органа [20]; критическим возрастом у детей с тяжелыми врожденными уродствами считается возраст 6 мес, если ребенок преодолевает этот порог — положи­тельный прогноз выживания повышается [21]. В приведенных случаях эффект обусловлен сменой клеточной популяции с «физиологической» санаци­ей, как при СД1, или с формированием трансплан­тационного химеризма, т.е. с постепенной заменой в трансплантате клеток донора на клетки реципи­ента со снижением иммуногенности и вероятности отторжения трансплантата. Сама повторяемость срока указывает на его функциональное значение, зависимость клинической эффективности пробиотикотерапии от физиологических процессов но­сителя. По нашему мнению, при проведении про- биотикотерапии срок 6 мес следует рассматривать как минимально необходимый, но в каждом случае этот вопрос должен решаться, исходя из индиви­дуальных и нозологических особенностей пациен­та и особенностей используемых пробиотических средств.

В необходимости длительной пробиотикоте- рапии, разновидности антибактериальной терапии, нет ничего необычного или неожиданного. Дли­тельные курсы антибиотиков с достаточной эффек­тивностью показали себя при тяжелых инфекцион­ных и инфекционно-воспалительных заболеваниях: туберкулезе, лепре, ревматизме и др. В основе дли­тельной антибиотикотерапии лежат те же принци­пы, что и при длительной пробиотикотерапии, но пробиотики имеют ряд преимуществ: возможность длительного неосложненного применения, занятие экологических ниш с профилактикой эндогенного реинфецирования, системный общетерапевтиче­ский эффект.

Отсутствие (несформированность) целостной идеологии и методологии проблемы нормоценоза/ дисбиоза и про-/эукариотических взаимодействий является первопричиной, формирующей комплекс проблем, затрудняя не только разработку эффектив­ных лечебных средств, но и клиническое использо­вание этого направления в целом. В конце концов, пробиотики — это инструмент, который необходи­мо не только уметь «настраивать», но которым надо уметь пользоваться.

Под дисбиозом понимают нарушения микро­биологического пейзажа естественных полостей организма человека и кожи, т.е. в основу положен микробиологический подход, не учитывающий ро­ли носителя. При клиническом рассмотрении этого вопроса и в соответствии с доминирующим принци­пом организации здравоохранения (нозологический принцип) общемедицинская проблема (микробиоценоз/дисбиоз) оказалась разделена на «сферы вли­яния» между гастроэнтерологами, стоматологами, дерматологами и пр. Узкие специалисты пытаются решать общепатологическую и даже общебиологи­ческую проблему (общую для всех многоклеточных эукариот) с позиций своего узкоспециального под­хода, ограничивая представления о клинических проявлениях дисбиоза только областью своих профессиональных интересов. Для таких специалис­тов, как гематологи, эндокринологи и пр., которым «не досталось естественных полостей», если толь­ко они не проявляют личной инициативы, клиниче­ская проблема дисбиоза отсутствует.

На настоящем этапе произошло невольное разделение понятия «дисбиоз» на микробиологи­ческое состояние и клиническое. Диагностикой и выработкой рекомендаций по коррекции дисбиоза как микробиологического состояния занимаются микробиологи, а как клинического — врачи узких специальностей. При этом первые не видят резуль­татов воздействия микробиоценоза на носителя, не знают специфики конкретного заболевания, не учитывают роли носителя в формировании дисбиоза, а вторые, в силу узконаправленной подготовки, не способны в полной мере оценить системность причинно-следственных процессов, приведших к развитию конкретного клинического состояния. В результате и у тех, и у других возникает недопо­нимание важности проблематики. Для успешного решения проблемы дисбиоза нужны специалисты, способные преодолеть этот разрыв.

Состояние АС, в клиническом контексте этого явления, — является переменным и складывается не только из текущих микробиологических харак­теристик, из позитивных и негативных влияний микробиоценоза на носителя, но и из текущей спо­собности носителя реагировать на негативные и позитивные влияния микросимбионтов. Без восста­новления обменных процессов, их энергообеспе­ченности рассчитывать на эффективность реаби­литационных мероприятий нельзя. Использование средств нормализации обменно-регуляторных про­цессов носителя — составной элемент купирования дисбиоза как клинического состояния. Поэтому в клинической практике для достижения лучше­го результата необходимо рассматривать организм человека как целостную про-/эукариотическую си­стему и корригировать не только микробиоценоз, но всю систему АС в целом. В реальной практике, при использовании комплексного подхода, так и происходит, но опора на адекватную методологию позволяет более осознанно и эффективно приме­нять комплексный инструментарий, существенно расширить его перечень.

Клиническое (не путать с микробиологиче­ским) состояние дисбиоза в самом общем виде, с позиций общей патологии — это, прежде всего, нарушение обменно-регуляторных процессов носи­теля (дисфункция цитокиноподобной регуляторной системы), инициация состояния тканевой гипоксии. Нозологические формы процесс приобретает под действием дополнительных условий: исходный ми­кробиологический спектр в сочетании с внешним микробиологическим воздействием («микросим- биоценоз» по О.В. Бухарину [22]), индивидуальная иммунореактивность (толерантность), генетиче­ские особенности, бытовые привычки и пр. Кон­кретные клинические проявления — это, по сути, отражение сиюминутного состояния АС (состояния про-/эукариотического химеризма) конкретного индивида, т.е. клинические проявления дисбиоза обусловлены множеством переменных, микробио­логическая переменная — лишь одна из них. От­сюда сложность диагностики (прогнозирования) клинических проявлений только по микробиоло­гическим показателям, невозможность моделиро­вания процесса, т.е. невозможность использования современного понятийного микробиологического инструментария для моделирования и коррекции процессов, формирующих АС.

Положение о регуляторной системе МЦГ по­зволяет рассматривать текущее состояние индиви­да как интегральное отражение функционального состояния системы АС, использовать двунаправ­ленный, взаимопотенцирующий подход (т.е. одно­временное воздействие как на прокариотический, так и на эукариотический элементы) в коррекции состояния системы.

Приведенные рассуждения приобретают смысл только при наличии в арсенале врача эффек­тивных средств коррекции микробиоценоза.

Постулированная равноценность подсистем в АС повышает биологическое значение микрофлоры в обеспечении процессов жизнедеятельности носи­теля, позволяет предположить ведущую роль дис- биоза в развитии как приобретенной, так и врожден­ной патологии человека, обоснованно расширяет спектр терапевтических подходов, закономерно актуализирует проблему разработки эффективных пробиотических средств и формирует методологи­ческую основу для разрешения этой проблемы.

Использование природоподобных технологий для создания лечебных пробиотических средств

Модель эндогенного микробиоценоза указы­вает на возможность существования симбионтных микроорганизмов в двух формах: в форме свободноживущих (независимых от хозяина) бактерий и бактериальных ассоциаций и в форме тесной ас­социации с организмом хозяина. Оба способа су­ществования формируются под влиянием текущих внешних условий, могут переходить друг в друга, сопровождаются функциональными, физиологиче­скими, генетическими, иногда морфологическими изменениями МО [23]. МО, обитающие в кишеч­нике человека, играя роль камбиальной популяции для восполнения эндогенной микробиоты, нахо­дятся, вероятно, в промежуточном состоянии, т.е. не утратили в полной мере связи с регуляторными процессами хозяина, но обладают способностью к свободному росту.

Изначально многие пробиотические МО были выделены из кишечника человека, однако длитель­ное культивирование МО в лабораторных условиях приводит к переходу бактерий в состояние, харак­терное для свободноживущих форм, с возможным снижением пробиотической активности. При раз­работке пробиотических препаратов необходимо учитывать, что свободноживущие формы не имеют возможности для функциональной реверсии в орга­низме больного из-за блокирующих регуляторных воздействий самого человека, отсюда недостаточ­ная клиническая эффективность существующих пробиотиков. Поэтому функциональную реабили­тацию (реверсию) необходимо проводить на этапе культивирования производственных штаммов.

На ту же зависимость функциональных прояв­лений симбиотических МО от условий обитания, но на примере условно-патогенной микрофлоры, указывают и другие авторы: «Экспрессия генов, определяющих вирулентность, не является консти­тутивной. Гены вирулентности «выключаются» при переходе микроорганизма во внешнюю среду и «включаются» в организме хозяина» [10].

Формирование единой про-/эукариотической системы возможно только при условии единого языка коммуникаций, т.е. наличии языка взаимо­действия, понятного обеим сторонам. В качестве такого языка может выступать система регулятор­ных пептидов. Способность влиять на ростовые и функциональные свойства МО показана для факто­ра некроза опухоли, интерлейкинов-2, -6, эмбрио­нальной сыворотки, антибактериальных пептидов [24][25]. В последнем случае подчеркивается, что антибактериальный эффект проявляется только при завышенных концентрациях агента, а при физио­логических концентрациях эффект «антибактери­альных» пептидов ограничивается регуляторными воздействиями [26].

Пептидная регуляция является по меньшей мере одним из механизмов, посредством которых организм хозяина воздействует на функцию микро­биоты. Познание и использование данного меха­низма, варьируя комплекс регуляторных пептидов, позволит, по нашему мнению, получать пробиоти­ческие препараты с заданной функциональной ак­тивностью. В этом положении заключены возмож­ные методические нюансы, которые необходимо учитывать при разработке и производстве пробио­тических препаратов.

Филогенетическое родство в организации про- и эукариотических систем проявляется на различ­ных моделях. Предполагают, что прокариоты для амплификации генома, дифференцировки и роста клеток используют ту же стратегию, что и эукари­оты [23]. Показана способность МО продуцировать регуляторные агенты, схожие с таковыми у эука­риот [2][27]. Сродство процессов, протекающих в про- и эукариотических элементах системы, застав­ляет предположить, по аналогии с эукариотами, за­висимость функциональной активности бактерий от возраста культуры: суммарный пробиотический (терапевтический) эффект культуры МО (пробио­тического препарата), спектр продуцируемых МО агентов и, соответственно, характер терапевтиче­ского воздействия будут зависеть от функциональ­ной «зрелости» культуры МО. У эукариот подобная зависимость регуляторного спектра от «зрелости» процесса показана неоднократно и на различных моделях [28], вероятно, являясь общей закономерно­стью для доклеточных и клеточных сообществ.

В естественных условиях регуляторные аген­ты пептидной природы образуются при гидролизе крупных молекул-предшественников, т.е. являются естественными (природными) гидролизатами. Эта закономерность позволяет надеяться, что использо­вание контролируемого гидролиза с подбором про- теолитических агентов, исходного субстрата, необходимых условий реакции, с контролем и стандар­тизацией регуляторной активности образующихся агентов позволит получить материал с необходи­мыми характеристиками для применения в качестве основы культуральных сред при выращивании про­биотических культур.

Возможно возражение: белковые гидролизаты давно и активно используются в микробиологии. Да, это так. Однако, замыкаясь в рамках традици­онных представлений, микробиологи не учитывали возможную регуляторную роль пептидных молекул гидролизата, рассматривая его только как источник азотистого питания, с оценкой результатов с пози­ций нутрициологии. Кроме того, при подготовке культуральных сред традиционно широко исполь­зуется высокотемпературная стерилизация, при­водящая к возможной инактивации регуляторных пептидов. Этот факт требует дальнейшего осмыс­ления и изучения, как и ситуация, предполагающая учет способности МО реализовывать свои функции не в прямых, а в опосредованных через организм хозяина процессах.

Заключение

Положение об АС (метаорганизме) изменяет методологию разработки пробиотических препара­тов: для инициации пробиотической функции усло­вия культивирования пробиотических МО должны воспроизводить условия целостной про-/эукариотической системы, а оценку терапевтической эф­фективности необходимо проводить не только по антагонистической активности in vitro и способно­сти влиять на микробиологический пейзаж in vivo, но и по суммарной клинической эффективности в соответствии с критериями тяжести основного за­болевания. Клинико-экспериментальные модели очень трудоемки и продолжительны, а потому плохо подходят для оперативного решения задач. В этой связи чрезвычайно важной задачей становится вы­явление критерия, определяемого in vitro, но по­зволяющего прогнозировать терапевтическую эф­фективность пробиотического препарата в услови­ях целостного организма. Таким критерием может послужить способность МО синтезировать систе­мообразующие медиаторы (цитокины и лектины), чья важная роль отмечена для функционирования как прокариотических, так и эукариотических си­стем [5][27]. Кроме того, нельзя не учитывать зави­симость уровня продукции этих медиаторов от ус­ловий обитания с заметным снижением у музейных штаммов [5][29].

Обобщение представленных данных позво­ляет заключить, что пробиотическая функция МО не является конститутивной, формируется только в условиях целостного организма и находится под контролем регуляторных процессов хозяина. Это ключевое обстоятельство необходимо учитывать при разработке пробиотических средств.

Список литературы

1. Бухарин О.В., ред. Ассоциативный симбиоз. Екатеринбург; 2007.

2. Розанова Г.Н., Воеводин Д.А. Случай эффективного использования пробиотиков в комплексной терапии тяжелой формы сахарного диабета 1-го типа при кишечном дисбактериозе. Клиническая медицина. 2008; 86(1): 67-8.

3. Воеводин Д.А., Розанова Г.Н., Стенина М.А., Скрипник А.Ю., Чередеев А.Н. Роль иммунологических реакций в адаптивном процессе у детей с сахарным диабетом типа 1, филогенетическая концепция антистрессорной адаптации. Иммунология. 2003; 24(2): 103-7.

4. Фомина Л.О., Зурочка В.А., Симбирцев А.С., Гриценко В.А. Влияние времени культивирования Staphylococcus aureus на продукцию ими цитокино-подобных веществ, детектируемых методом иммуноферментного анализа. Российский иммунологический журнал. 2018; 12(3): 454-9. DOI: http://doi.org/10.31857/S102872210002427-4

5. Зурочка А.В., Дукардт В.В., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Тяпаева Я.В. и др. Стафилококки как продуценты цитокиноподобных веществ. Российский иммунологический журнал. 2017; 11(2): 134-6.

6. Зурочка А.В., Дукардт В.В., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Тяпаева Я.В. и др. Бактерии как продуценты цитокино-подобных веществ. Российский иммунологический журнал. 2017; 11(3): 374-6.

7. Зурочка А.В., Дукардт В.В., Зурочка В.А., Добрынина М.А., Зуева Е.Б., Белозерцева Ю.П. и др. Staphylococcus aureus: спонтанная продукция цитокино-подобных веществ и ее регуляция синтетическим налогом активного центра гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ). Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2017; (1): 3.

8. Бондаренко В.М., Малеев В.В., Лиходед В.Г. Кишечная микрофлора, ожирение и диабет 2 типа. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014; 91(3): 42-9.

9. Розанова Г.Н., Воеводин Д.А., Стенина М.А., Кушнарева М.В. Патогенетическая роль дисбактериоза в развитии осложнений сахарного диабета 1 типа у детей. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2002; 133(2): 196-8. DOI: http://doi.org/10.1023/A:1015503006854

10. Караулов С.В., Афанасьев С.С., Алешкин В.А., Бондаренко Л.Н., Воропаева Е.А., Афанасьев М.С. и др. Механизмы приобретения вирулентности условно-патогенными микроорганизмами и формирования пула нозокомиальных штаммов в микробиоценозах слизистых открытых полостей организма. Астраханский медицинский журнал. 2018; 13(2): 17-31. DOI: http://doi.org/10.17021/2018.13.2.17.31

11. Воеводин Д.А., Розанова Г.Н., Поддубиков А.В., Михайлова Н.А. Микробиоценоз, иммунная система и наследственность. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2017; 94(2): 116-26. DOI: http://doi.org/10.36233/0372-9311-2017-2-116-126

12. Тюзико И.А., Калинченко С.Ю., Ворслов Л.О., Греков Е.А. Коррекция андрогенного дефицита при хроническом инфекционном простатите как патогенетический метод преодоления неэффективности стандартной антибактериальной терапии на фоне растущей антибиотикорезистентности. Андрология и генитальная хирургия. 2013; 14(1): 55-63.

13. Мухина А.Ю., Свищева М.В., Медведева О.А., Калуцкий П.В., Шевченко А.В., Бобынцев И.И. и др. Применение пептида THR-LYS-PRO-ARG-PRO-GLY-PRO («Селанка») для коррекции дисбиоза при хроническом иммобилизационном стрессе. Патент РФ № 2681217; 2019.

14. Маркова Ю.А., Алексеенко А.Л., Крамарский А.В., Савилов Е.Д. Растения как одно из звеньев цепи циркуляции патогенных для человека бактерий в окружающей среде. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2012; 114(7): 11-4.

15. Дунаева С.Е., Оследкин Ю.С. Бактериальные микроорганизмы, ассоциированные с тканями растений в культуре in vitro: идентификация и возможная роль (обзор). Сельскохозяйственная микробиология. 2015; 50(1): 3-15. DOI: http://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.1.3rus

16. Rio R.V.M., Attardo G.M., Weiss B.L. Grandeur alliances: symbiont metabolic integration and obligate arthropod hematophagy. Trends Parasitol. 2016; 32(9): 739-49. DOI: http://doi.org/10.1016/j.pt.2016.05.002

17. Khaosaad T., Garcia-Garrido J.M., Steinkellner S., Vierheilig H. Take all disease is systemically reduced in roots of mycorrhizal barley plants. Soil Biol. Biochem. 2007; 39(3): 727-34. DOI: http://doi.org/10.1016/j.soilbio.2006.09.014

18. Thomas P., Swarna G.K., Roy P.K., Prakash P. Identification of culturable and originally non-culturable endophytic bacteria isolated from shoot tip cultures of banana cv. Grand Naine. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 2008; 93(1): 55-63. DOI: http://doi.org/10.1007/s11240-008-9341-9

19. Гриценко В.А., Иванов Ю.Б. Роль персистентных свойств микроорганизмов в патогенезе эндогенных бактериальных инфекций. Вестник Уральской медицинской академической науки. 2009; (2): 35-9.

20. van Rood J.J., Persijn G.G., van Leeuwen A., Goulmy E., Gabb B.W. A new strategy to improve kidney graft survival: the induction of CML nonresponsiveness. Transplant. Proc. 1979; 11(1): 736-42.

21. Учайкин В.Ф. Решенные и нерешенные проблемы инфекционной патологии у детей. Педиатрия. Журнал им. Г.Н. Сперанского. 2004; 83(4): 7-11.

22. Бухарин О.В. Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов при инфекции. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2013; 90(1): 93-7.

23. Mergaert P., Uchiumi T., Alunni B., Evanno G., Cheron A., Catrice O., et al. Eukaryotic control on bacterial cell cycle and differentiation in the rhizobium-legume symbiosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006; 103(13): 5230-5. DOI: http://doi.org/10.1073/pnas.0600912103

24. Томова А.С., Романова Ю.М., Гинцбург А.Л. Роль фактора некроза опухоли во взаимодействии макро- и микроорганизмов. Вестник Российской академии медицинских наук. 2005; (1): 24-9.25. Соколенко А.В. Некультивируемые формы бактерий: распространение в природе, индукторы некультивируемого состояния и реверсии. Современные наукоемкие технологии. 2006; (2): 11-5.

25. Teixeira V., Feio M.J., Bastos M. Role of lipids in the interaction of antimicrobial peptides with membranes. Prog. Lipid Res. 2012; 51(2): 149-77. DOI: http://doi.org/10.1016/j.plipres.2011.12.005

26. Лахтин М.В., Лахтин В.М., Алешкин В.А., Афанасьев С.С. Фундаментальные аспекты и прикладные принципы лектиновых систем на примере микробиоценозных симбиотических штаммов и консорциумов. Acta Biomedica Scientifica. 2017; 2(2): 80-4.

27. Крыжановский Г.Н., ред. Дисрегуляционная патология. М.: Медицина; 2002: 366-85.

28. Подгорский В.С., Коваленко Э.А., Карпова И.С., Сащук Е.В., Гетьман Е.И. Внеклеточные лектины сапрофитных штаммов бактерий рода Bacillus (обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 2014; 50(3): 256-63. DOI: http://doi.org/10.7868/S0555109914030283


Об авторах

Наталья Александровна Михайлова
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова»
Россия
д.м.н., проф., зав. лаб. протективных антигенов, зам. директора


Дмитрий Анатольевич Воеводин
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова»
Россия
к.м.н., в.н.с. лаб. протективных антигенов


Сергей Александрович Лазарев
ФГБНУ «Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова»
Россия
м.н.с. лаб. протективных антигенов


Дополнительные файлы

1. Рисунок
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (301KB)    
Метаданные
Просмотров: 197


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0372-9311 (Print)
ISSN 2686-7613 (Online)