МИКРОЭКОЛОГИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА Микрофлора тела человека n

МИКРОЭКОЛОГИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

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

Функции нормальной микрофлоры n n n n Регуляция газового состава кишечника и других полостей организма. Продукция энзимов, участвующих в метаболизме белков, жиров, углеводов. 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. Детоксикация экзогенных и эндогенных субстратов и метоболитов (естественный биосорбент). Участвует в рециркуляции солей желчных кислот Вызывают деградацию солей щавелевой кислоты, предупреждая гипероксалурию Продуцируют витамины групп К и В (тиамин, никотиновую кислоту, фолиевую кислоту, цианокобаламин), компенсируя их возможный дефицит в диете

Функции нормальной микрофлоры n n 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 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 Совокупность биохимических функций, выполняемых нормальной микрофлорой кишечника, позволяет рассматривать ее как неотъемлемую часть человеческого организма, «забытый орган» (forgotten organ)

Функции нормальной микрофлоры n v v v § Кишечная микрофлора играет важную роль и в защите организма хозяина от инфекций: Обеспечивает колонизационную резистентность (КР) механизм, предотвращающий заселение экзогенных микроорганизмов и их избыточный рост; конкурирует с патогенами за сайты прикрепления к эпителию и питательные субстраты; Осуществляет неспецифическую противовоспалительную защиту (продуцирует бактериоцины и органические кислоты с бактериостатическими свойствами, стимулирует выработку эукариотическими клетками муцинов и веществ с антимикробной активностью); !!! 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.

Бактерии Кожа Конъ юктива Нос Глотка Рот Толстый кишечник Уретра Влага 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

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

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

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

Микрофлора конъюнктивы n n n n Чаще всего высеваются S. epidermidis и S. aureus H. influenzae занимает второе место после коагулазо негативных стафилококков. Высеваются C. albicans и другие дрожжеподобные грибы. Зеленящие стрептококки, S. pyogenes, S. pneumoiae, нейссерии и коринебактерии высеваются редко. Фекальные грам отрицательные палочки высевают еще реже из этого места Заболевания коньюктивы часто вызывается S. aureus и P. auruginosa (очень часто ятрогенно), и иногда S. pneumoniae. 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 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. n

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

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

Вагинальная микрофлора 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 q

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 n Анаэробы: бифидобактерии, лактобактерии, бактероиды, фузобактерии, вейлонеллы, эубактерии, пептококки, пептострептококки, лецитиназонегативные клостридии Факультативные анаэробы: энтерококки, лактозопозитивные/гемолизиннегативные E. coli

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

Биопленки n 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). Микроорганизмы распределяются в пристеночном слое муцина и организованы в так называемые биопленки (Biofilm), сбалансированные по видовому составу и функциональному распределению членов сообщества.

n n n n 99% бактерий существуют в природных экосистемах в виде не свободно плавающих клеток, а специфически организованных, прикрепленных к субстрату биопленок Сами бактерии составляют 5 35% массы биопленки, остальная часть межклеточный матрикс Матрикс чаще всего состоит из экзополисахарида В биопленке по иному, в сравнении с чистыми культурами бактерий, происходят их многочисленные физиологические процессы, в том числе продукция метаболитов и биологически активных веществ. 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. Последнее получило специальное определение как социальное поведение (quorum sensing) микроорганизмов. Реакция микроорганизмов на изменения условий окружающей среды в биопленке существенно отличается от реакции каждого отдельного вида в монокультуре. 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 n Помимо ингибирующего эффекта на провоспалительные сигнальные пути в кишечном эпителии, комменсальная флора воздействует также на компоненты местной иммунной системы. Главная роль в поддержании гомеостаза в кишечнике как в нормальных условиях, так и в развитии повреждения в патологических условиях принадлежит субпопуляциям Т лимфоцитов Под действием микроорганизмов происходят изменения соотношения пулов иммунокомпетентных клеток не только в собственной пластинке слизистой оболочки кишечника, но и в эпителии. 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 n n v v n n n Кишечник плода стерилен (асептическая фаза) Во время родов происходит колонизация пищеварительного тракта ребенка вагинальной микрофлорой матери Первые 2 4 дня продолжается фаза активной контаминации микробами от матери, персонала и из окружающей внешней среды: первыми микроорганизмами, заселяющими организм новорожденного являются аэробные и факультативно анаэробные бактерии (на 3 й день жизни регистрируются бифидобактерии) Эшерихии и стрептококки создают пониженный окислительно восстановительный потенциал в кишечнике, среда становится благоприятной для последующего появления строгих анаэробов. Стадия селективного заселения с преобладанием кисломолочной флоры К концу первой недели бифидобактерии достигают в кишечнике уровня 108 109 КОЕ/г, лактобациллы 109 КОЕ/г, кишечные палочки 108 КОЕ/г. В этот период начинают выявляться в больших количествах клостридии, бактероиды, анаэробные кокки. В течение первого года жизни бифидобактерии составляют преобладающую группу бактерий ЖКТ Состав микрофлоры кишечника новорожденных зависит от способа разрешения родов и типа вскармливания После отнятия от груди микрофлора кишечника у детей становится похожей на микрофлору кишечника у взрослых

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

Особенности микрофлоры у клинически здоровых детей раннего возраста. n n n o o o n Высокие популяционные уровни бифидобактерий и «условно бактероидов» (группа грамотрицательных, палочковидных анаэробных бактерий родов: Bacteroides, Alistipes, Porphiromonas, Prevotella) у 100% детей. Лактобактерии не у всех. Высокая частота выделения и концентрация аллохтонных микроорганизмов: Коагулазопозитивные стафилококки, Цитратассимилирующие энтеробактерии, Эшерихии с низкой биохимической активностью и продуцирующие гемолизины, Лецитиназопозитивные клостридии, Клебсиеллы в высокой концентрации, элиминируются после 1, 5 лет 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 n Химиотерапевтический – антибиотикотерапия с использованием антибиотиков широкого спектра действия (ампициллин, клиндамицин). Постлучевой – воздействие ионизирующей радиации, в том числе с терапевтической целью(аплазия костного мозга, гибель микрофлоры и эпителиоцитов кишечника). Постинфекционный – после перенесенных инфекционных заболеваний. Воздействие стрессовых факторов.

Возможные последствия нарушения состава микрофлоры кишечника

Коррекция микрофлоры кишечника n n n Биологически активные вещества: Диетические добавки естественые питательные вещества (витамины, минералы, протеины, ферменты) + микроорганизмы (пробиотики), используют как дополнение к основной пище. 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 n n n n Бифидобактерии относятся к облигатной микрофлоре и присутствуют в кишечнике на протяжении всей жизни здорового человека Доминирующее положение бифидобактерий в кишечнике обеспечивает защиту организма от патогенной микрофлоры, 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 Бифидобактерии оказывают выраженное иммуностимулирующее действие на систему местного иммунитета кишечника Лактобациллы подавляют размножение гнилостных и гноеродных бактерий Предохраняют слизистую от возможного внедрения патогенных микробов Препараты пробиотиков: Монокомпонентные бифидумбактерин, Лактобактерин сухой (L. plantarum 8 RA 3) Поликомпонентные Линекс (B. infantis, L. acidophilus, E. faecium), Примадофилус; Бифиформ (В. longum и E. faecium). Ацилакт сухой (L. acidophilus 3 разных штамма). Комбинированные и сорбированные Бифилиз сухой (B. bifidum и лизоцим). Пробифор (B. bifidum, адсорбированные на активированном угле) n n Аципол: лактобациллы + полисахарид кефирных грибков

Виды и штаммы микроорганизмов, входящих в состав пробиотиков

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

Синбиотики n n Синбиотик это функциональный пищевой компонент, представляющий собой комбинацию пробиотиков и пребиотиков, оказывающих синергический эффект на физиологические функции и метаболизм человека в целом. 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; «Бифидум Мульти» : бифидо и лактобациллы, пектин и порошок из клубней топинамбура; Габрифлорин: бифидо и лактобациллы+ яблочный пектин

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