МИКРОЭКОЛОГИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА Микрофлора тела человека n

МИКРОЭКОЛОГИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Микрофлора тела человека n Постоянная часть – облигатная, индигенная, аутохтонная (постоянно входящие в состав нормофлоры и играющие важную роль в метаболизме хозяина). n Факультативная часть – транзиторная (часто встречается у здоровых, состав не постоянный).

Функции нормальной микрофлоры n Регуляция газового состава кишечника и других полостей организма. n Продукция энзимов , участвующих в метаболизме белков, жиров, углеводов. n Комменсальные бактерии обладают набором сахаролитических ферментов, расщепляющих сложные углеводы растительного происхождения, что обеспечивает гибкую адаптацию человека к изменениям в диете и примерно на треть увеличивает калорийность потребляемой пищи. n Детоксикация экзогенных и эндогенных субстратов и метоболитов (естественный биосорбент). n Участвует в рециркуляции солей желчных кислот n Вызывают деградацию солей щавелевой кислоты, предупреждая гипероксалурию n Продуцируют витамины групп К и В (тиамин, никотиновую кислоту, фолиевую кислоту, цианокобаламин ), компенсируя их возможный дефицит в диете

Функции нормальной микрофлоры n Обладают способностью подавлять пролиферацию опухолевых клеток, предотвращать развитие атеросклероза и вызывать регрессию атеросклеротических изменений, предупреждать инсулинзависимые формы диабета, модулировать иммунный ответ при аллергических состояниях n Конечные продукты метаболизма комменсальных бактерий: ацетат, лактат , бутират и пропионат , являются основным источником энергии для эпителия кишечника, поддерживают его барьерные свойства и способствуют регенерации повреждений n Совокупность биохимических функций, выполняемых нормальной микрофлорой кишечника, позволяет рассматривать ее как неотъемлемую часть человеческого организма, «забытый орган» (forgotten organ)

Функции нормальной микрофлоры n Кишечная микрофлора играет важную роль и в защите организма хозяина от инфекций: v Обеспечивает колонизационную резистентность (КР) механизм, предотвращающий заселение экзогенных микроорганизмов и их избыточный рост; конкурирует с патогенами за сайты прикрепления к эпителию и питательные субстраты; v Осуществляет неспецифическую противовоспалительную защиту (продуцирует бактериоцины и органические кислоты с бактериостатическими свойствами, стимулирует выработку эукариотическими клетками муцинов и веществ с антимикробной активностью); v !!! комменсальные микроорганизмы способны направленно подавлять развитие воспалительных реакций в клетках эпителия и местной иммунной системы; § Стимулирует развитие гуморального и клеточного иммунитета, является одним из основных стимуляторов развития местной иммунной системы слизистых в онтогенезе.

Конъ Толстый Влага Бактерии Кожа Нос Глотка Рот Уретра юктива кишечник лище Staphylococcus epidermidis ++ ++ + ++ Staphylococcus aureus + +/- + ++ +/- + Streptococcus mitis + +/- + + Streptococcus salivarius ++ Streptococcus mutans + ++ Enterococcus faecalis +/- + ++ + + Streptococcus pneumoniae +/- + + +/- Streptococcus pyogenes +/- + + +/- Neisseria sp. + + ++ + + Neisseria meningitidis + ++ + Enterobacteriaceae +/- + ++ + + (Escherichia coli) Proteus sp. +/- + + + + Pseudomonas aeruginosa +/- + +/-

Конъ Толстый Влага Бактерии Кожа Нос Глотка Рот Уретра юктива кишечник лище Haemophilus influenzae +/- + + + Bacteroides sp. ++ + +/- Bifidobacterium bifidum ++ Lactobacillus sp. + ++ ++ Clostridium sp. +/- ++ Clostridium tetani +/- Corynebacteria ++ + + Mycobacteria +/- + Actinomycetes + + Spirochetes + ++ ++ Mycoplasma + + + +/- +

Микрофлора кожи n Аэробные коринеформные бактерии: Corynebacterium, Brevibacterium n Анаэробные коринеформные: Propionibacterium acnes n Микрококки: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Micrococcus luteus n Анаэробны кокки –Peptosreptococcus n Транзиторно бациллы, микроскопические грибы

Микрофлора наружных слуховых проходов n Коагулозонегативные стафилококки, n коринебактерии, n при патологических процессах – Ps. aeruginosa, Proteus spp. и E. coli

Микрофлора конъюнктивы n Чаще всего высеваются S. epidermidis и S. aureus n H. influenzae занимает второе место после коагулазо негативных стафилококков. n Высеваются C. albicans и другие дрожжеподобные грибы. n Зеленящие стрептококки, S. pyogenes , S. pneumoiae , нейссерии и коринебактерии высеваются редко. n Фекальные грам отрицательные палочки высевают еще реже из этого места n Заболевания коньюктивы часто вызывается S. aureus и P. auruginosa (очень часто ятрогенно), и иногда S. pneumoniae. n Более часто, инфекционные болезни, специфические для глаз, вызывают M. lacunata H. influenzae Haemophylus aegyptius ( H. influenzae биотип III ), и, в редких случаях, Bacillus spp.

Микрофлора респираторного тракта Ротовая полость n. Стрептококки – Streptococcus salivarius. n. Стафилококки – S. aureus , S. epidermidis , анаэробные кокки в слюне. n. Haemophilus inffluenzae – часто у здоровых. n. Облигатноанаэробные неспорообразующие анаэробы (превотеллы, порфиромонасы). n. Лактобактерии, лептотрихии. n. Грибы рода Candida.

Микрофлора респираторного тракта n Небные миндалины - гемолитические стрептококки (S. pyogenes), S. pneumoniae, анаэробные кокки, H. influenzae, неспорообразующие анаэробы. n Нос - S. aureus, S. epidermidis, непатогенные нейссерии, иногда коринебактерии. n Трахея, бронхиолы, альвеолы- стерильны.

Микрофлора мочеполового тракта Наружные половые органы- n Стафилококки, зеленящие стрептококки, n Энтерококки, пептострептококки, коринебактерии, энтеробактерии, неспорообразующие анаэробы, дрожжи.

Вагинальная микрофлора q Лактобактерии (палочки Додерлайна): количество их у женщин репродуктивного возраста 107 -108 ; типичные представители: L. acidophilus, L. fermentum, L. plantarum, L. casei q Бифидобактерии q Пептострептококки q Пропионобактерии q Превотеллы q Mobiluncus (Выделяются только у 5% здоровых женщин. Основное значение приобретают у женщин с бактериальным вагинозом) q Вейлонеллы

Состав микрофлоры кишечника Данные молекулярно-генетических методов кардинально изменили привычные представления о нормофлоре кишечного тракта: § Интестинальная микрофлора представлена преимущественно облигатно анаэробными микроорганизмами § Большинство видов микроорганизмов относятся к некультивируемым микроорганизмам

Состав микрофлоры кишечника по данным молекулярно-генетических методов Доминирующие группы Группа Clostridium coccoides (до 40%) Роды: Clostridium, Eubacterium, Ruminococcus, Coprococcus, Dorea, Lachnospira, Roseburia, Butyrivibrio Группа Clostridium leptum (25%) Роды: Anaerofilum, Clostridium, Eubacterium, Ruminococcus Группа Cytophaga-Flavobacter-Bacteroides (30%) Роды: Bacteroides, Alistipes, Prevotella, Barnesiella Минорные группы Род Bifidobacterium около 5% Роды Lactobacillus, Lactococcus, Enterococcus, Streptococcus, Leuconostoc, семейство Enterobacteriaceae (в сумме менее 1%)

Segmented filamentous bacteria (SFB) Некультивируемая группа микроорганизмов Находятся в тесном контакте с эпителицитами тонкого кишечника (в инвагинациях мембраны) Показана провоспалительная активность

Состав микрофлоры кишечника (по данным культурального метода) Индигенная флора: n Анаэробы: бифидобактерии, лактобактерии, бактероиды, фузобактерии, вейлонеллы, эубактерии, пептококки, пептострептококки, лецитиназонегативные клостридии n Факультативные анаэробы: энтерококки, лактозопозитивные/гемолизиннегативные E. coli

Состав микрофлоры кишечника (по данным культурального метода) Транзиторная флора: n Анаэробы: лецитиназопозитивные клостридии n Факультативные анаэробы: гемолизинпозитивные E. coli, бациллы, клебсиеллы и другие энтеробактерии, стафилококки, стрептококки, дрожжеподобные грибы рода Candida

Биопленки n Микроорганизмы, относящиеся к нормальной микрофлоре кишечника, колонизируют как просвет кишечного тракта, так и поверхность слизистой оболочки кишки, формируя при этом пристеночную или мукозную микрофлору (М микрофлору) и полостную микрофлору (П микрофлору). n Микроорганизмы распределяются в пристеночном слое муцина и организованы в так называемые биопленки (Biofilm), сбалансированные по видовому составу и функциональному распределению членов сообщества.

n 99% бактерий существуют в природных экосистемах в виде не свободно плавающих клеток, а специфически организованных, прикрепленных к субстрату биопленок n Сами бактерии составляют 5 35% массы биопленки , остальная часть межклеточный матрикс n Матрикс чаще всего состоит из экзополисахарида n В биопленке по иному, в сравнении с чистыми культурами бактерий, происходят их многочисленные физиологические процессы, в том числе продукция метаболитов и биологически активных веществ. n Сообщество организует единую генетическую систему за счет плазмид , несущих поведенческий код для членов биопленки , определяющий их пищевые (трофические), энергетические и другие связи между собой и внешним миром. n Последнее получило специальное определение как социальное поведение (quorum sensing) микроорганизмов. n Реакция микроорганизмов на изменения условий окружающей среды в биопленке существенно отличается от реакции каждого отдельного вида в монокультуре. n Такая организация обеспечивает ее физиологическую и функциональную стабильность и, следовательно, является залогом конкурентного выживания в экологической нише.

Жизненный цикл биопленки: 1. Прикрепление бактерии к поверхности 2 4. Рост колонии и продукция межклеточного матрикса, формирование биопленки 5. Выход свободных бактерий из биопленки Электронная микрофотография матрикса, окружающего кокки

Кишечник-часть иммунной системы. В реализации иммунных механизмов на уровне интестинального тракта принимают участие три ключевых и одновременно взаимосвязанных компонента: - Нормальная микрофлора; - Лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистой оболочкой кишечника; - Цитокины, как фактор межклеточного взаимодействия.

Компоненты местной иммунной системы слизистой оболочки кишечника многочисленные популяции клеток миелоидного ряда (макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, тучные клетки, дендритные клетки) и лимфоидного ряда (Т и В клетки) лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником (GALT) крупнейшее скопление лимфоидной ткани в организме

§ Эпителиальные клетки, дендритные клетки, миофибробласты , макрофаги, Т клетки собственной пластинки слизистой оболочки и другие популяции клеток ЖКТ обладают рецепторами, связывающимися с микробными структурами: ЛПС, липопротеины , пептидогликан, липотейхоевые кислоты, флагелин и др. § Такое взаимодействие запускает активацию различных сигнальных путей § В итоге запускается транскрипция множества генов, продукты которых связаны с воспалительным ответом, антимикробной защитой, метаболическими изменениями и восстановлением тканей § что также означает наличие низкого (но не нулевого) уровня активности провоспалительных каскадов в слизистой кишечника в норме ( «физиологическое воспаление» ) § Следовательно, существуют механизмы, контролирующие ответ местной иммунной системы на непатогенные бактерии

n Помимо ингибирующего эффекта на провоспалительные сигнальные пути в кишечном эпителии, комменсальная флора воздействует также на компоненты местной иммунной системы. n Главная роль в поддержании гомеостаза в кишечнике как в нормальных условиях, так и в развитии повреждения в патологических условиях принадлежит субпопуляциям Т лимфоцитов n Под действием микроорганизмов происходят изменения соотношения пулов иммунокомпетентных клеток не только в собственной пластинке слизистой оболочки кишечника, но и в эпителии. n В лимфоидных образованиях кишечника происходит дифференцировка В лимфоцитов в плазматические клетки, продуцирующие Ig. A , специфичный к интестинальным бактериям, который связывается с микроорганизмами в просвете кишечника и предотвращает их проникновение в нижележащие ткани. Кроме того, продукция Ig. A антител к комменсальным бактериям представляет собой механизм обратной связи, позволяющий контролировать состав флоры кишечника.

Формирование нормальной микрофлоры Необходимые условия: • Наличие внешних источников здорового бактериального представительства ( мать и родственники, близко контактирующие с ребенком) • Грудное вскармливание (противомикробные компоненты грудного молока) • Селективное заселение представителей нормальной микрофлоры из множества микроорганизмов окружающей среды.

Формирование нормальной микрофлоры n Кишечник плода стерилен (асептическая фаза) n Во время родов происходит колонизация пищеварительного тракта ребенка вагинальной микрофлорой матери n Первые 2 4 дня продолжается фаза активной контаминации микробами от матери, персонала и из окружающей внешней среды: v первыми микроорганизмами, заселяющими организм новорожденного являются аэробные и факультативно анаэробные бактерии (на 3 й день жизни регистрируются бифидобактерии) v Эшерихии и стрептококки создают пониженный окислительно восстановительный потенциал в кишечнике, среда становится благоприятной для последующего появления строгих анаэробов. n Стадия селективного заселения с преобладанием кисломолочной флоры n К концу первой недели бифидобактерии достигают в кишечнике уровня 10 8 10 9 КОЕ/г, лактобациллы 10 9 КОЕ/г, кишечные палочки 10 8 КОЕ/г. В этот период начинают выявляться в больших количествах клостридии , бактероиды, анаэробные кокки. n В течение первого года жизни бифидобактерии составляют преобладающую группу бактерий ЖКТ n Состав микрофлоры кишечника новорожденных зависит от способа разрешения родов и типа вскармливания n После отнятия от груди микрофлора кишечника у детей становится похожей на микрофлору кишечника у взрослых

Соединения с иммунологическими свойствами в грудном молоке Противомикробные соединения Соединения развития иммунитета Иммуноглобины: slg. A, Slg. G, Slg. M Макрофаги Лактоферрин, лактоферрин В и Н Нейтрофилы Лизоцим Лимфоциты Лактопероксидаза Цитокины Факторы роста Антитела Гормоны к казеин и α лактальбумин Молочные пептиды Хаптокоррин (Haptocorrin) Полиненасыщенные жирные кислоты с длинной Муцины цепью Лактадхерин (Lactadherin) Нуклеотиды Свободный секреторный компонент Молекулы адгезии Олигосахариды и пребиотики Противовоспалительные соединения Жирные кислоты Цитокины: II 10 и TGFβ Материнские лейкоциты и цитокины Антагонист рецептора II 1 s. CD 14 TNFα и рецепторы II 6 Комплемент и дополнительные рецепторы s. CD 14 β дефензин 1 Молекулы адгезии Бифидофактор Полиненасыщенные жирные кислоты с длинной Устойчивые/стимулирующие соединения цепью Цитокины II 10 и TGFβ Гормоны и факторы роста Антиидиотипические антитела Остеопротегерин Полиненасыщенные жирные кислоты с длинной цепью

Особенности микрофлоры у клинически здоровых детей раннего возраста. n Высокие популяционные уровни бифидобактерий и «у словно бактероидов» (группа грамотрицательных, палочковидных анаэробных бактерий родов: Bacteroides, Alistipes, Porphiromonas, Prevotella) у 100% детей. n Лактобактерии не у всех. n Высокая частота выделения и концентрация аллохтонных микроорганизмов: o Коагулазопозитивные стафилококки, o Цитратассимилирующие энтеробактерии, o Эшерихии с низкой биохимической активностью и продуцирующие гемолизины, o Лецитиназопозитивные клостридии, o Клебсиеллы в высокой концентрации, элиминируются после 1, 5 лет n К концу первого года жизни происходит полная или частичная элиминация условно патогенных бактерий

Нарушение качественного и количественного состава микрофлоры могут приводить к дисбиотическим проявленим § Основными механизмами, участвующими в контроле качественного и количественного состава микроорганизмов, являются факторы естественной резистентности и иммунологической защиты, созревание которых происходит по мере взросления ребенка. § Контакты с бактериальными антигенами определяют созревание иммунной системы. § Состав микрофлоры кишечника должен косвенно отражать особенности физиологического состояния как защитных, так и других систем организма в различные периоды жизни

Причины дисбиотических проявлений n Химиотерапевтический – антибиотикотерапия с использованием антибиотиков широкого спектра действия (ампициллин, клиндамицин). n Постлучевой – воздействие ионизирующей радиации, в том числе с терапевтической целью(аплазия костного мозга, гибель микрофлоры и эпителиоцитов кишечника). n Постинфекционный – после перенесенных инфекционных заболеваний. n Воздействие стрессовых факторов.

Возможные последствия нарушения состава микрофлоры кишечника

Коррекция микрофлоры кишечника n Биологически активные вещества: n Диетические добавки естественые питательные вещества (витамины, минералы, протеины, ферменты) + микроорганизмы (пробиотики), используют как дополнение к основной пище. n Функциональное питание – готовые для продажи пищевые продукты, в которые добавляют биопрепараты. Это модифицированные продукты, которые улучшают состояние здоровья более оптимально, чем исходный продукт (бифидокефир).

Препараты для коррекции микрофлоры кишечника Препараты из группы биологически активных добавок: n Пробиотики n Пребиотики n Синбиотики

Пробиотики Содержат живые микроорганизмы, представители нормальной микрофлоры Критерии отбора штаммов: n Происхождение штамма- типичный для данной экологической ниши. n Жизнеспособность – выживаемость в ЖКТ. n Способность к адгезии. n Высокая антагонистическая активность. n Иммуномодулирующие свойства n Модуляция метаболической активности индигенной флоры n Безопасность n Производственные характеристики Пробиотик – эффективно восстанавливает молочнокислую флору. Не приводит к элиминации условно патогенных бактерий.

Пробиотики n Бифидобактерии относятся к облигатной микрофлоре и присутствуют в кишечнике на протяжении всей жизни здорового человека n Доминирующее положение бифидобактерий в кишечнике обеспечивает защиту организма от патогенной микрофлоры, n Обладая высокой антагонистической активностью по отношению к патогенным микроорганизмам и выделяя большое количество кислых продуктов, лизоцима, бактериоцинов , спиртов, бифидобактерии препятствуют проникновению микробов в верхние отделы желудочно кишечного тракта n Бифидобактерии оказывают выраженное иммуностимулирующее действие на систему местного иммунитета кишечника n Лактобациллы подавляют размножение гнилостных и гноеродных бактерий n Предохраняют слизистую от возможного внедрения патогенных микробов n Препараты пробиотиков: n Монокомпонентные бифидумбактерин , Лактобактерин сухой (L. plantarum 8 RA 3) n Поликомпонентные Линекс ( B. infantis , L. acidophilus , E. faecium ) Примадофилус ; Бифиформ (В. longum и E. faecium ). Ацилакт сухой (L. acidophilus 3 разных штамма). n Комбинированные и сорбированные Бифилиз сухой (B. bifidum и лизоцим). Пробифор (B. bifidum, адсорбированные на активированном угле) n Аципол: лактобациллы + полисахарид кефирных грибков

Виды и штаммы микроорганизмов, входящих в состав пробиотиков

Пребиотики n Невсасывающиеся вещества, которые оказывают положительный физиологический эффект на хозяина, селективно стимулируя необходимый рост или активность кишечной микрофлоры n Пребиотики – это пищевые вещества (в основном состоящие из некрахмальных полисахаридов и олигосахаридов, плохо перевариваемых человеческими ферментами), которые питают определенную группу кишечных микроорганизмов. n В отличие от пробиотиков , большинство пребиотиков используются в качестве пищевых добавок – в бисквитах, кашах, шоколаде, пастообразных и молочных продуктах. Наиболее известные пребиотики: v Олигофруктоза Инулин v Галакто олигосахариды Лактулоза v Олигосахариды грудного молока n Лактофильтрум – уникальный двухкомпонентный препарат, состоящий из пребиотика (лактулозы) и сорбента (лигнина)

Синбиотики n Синбиотик это функциональный пищевой компонент, представляющий собой комбинацию пробиотиков и пребиотиков , оказывающих синергический эффект на физиологические функции и метаболизм человека в целом. n В Московском НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г. Н. Габричевского разработаны препараты серии БАД к пище « Нормоспектрум » : бифидо и лактобациллы , витамины, минералы, инулин, микрокристаллическая целлюлоза; n « Бифидум Мульти » : бифидо и лактобациллы , пектин и порошок из клубней топинамбура; n Габрифлорин: бифидо и лактобациллы+ яблочный пектин

Пробиотики будущее n С помощью методов генной инженерии возможно создание микроорганизмов с заданными свойствами n На нашей кафедре для бифидобактерий создана серия клонирующих векторов, обеспечивающих оптимальную экспрессию генов рекомбинантных белков с противовоспалительными свойствами n На их основе впервые были созданы штаммы бифидобактерий , продуцирующие рекомбинантный ИЛ 10 человека и рекомбинантные человеческие мини антитела к ФНОα. n Эти штаммы перспективны для лечения неспецифического язвенного колита, болезни Крона, язвенно некротического энтероколита недоношенных.