Микробиом. То, что убивает, и то, что делает нас сильнее - Игорь Олегович Стома

находятся под защитой государства или феодала. С ним реализуется вертикальное взаимодействие, то есть жители деревни отправляют «наверх» свою продукцию или налоги, участвуют в войнах на стороне хозяина, а взамен получают защиту и сырьевую базу. Микробы точно так же проживают в нашем организме, обмениваются между собой биохимическими «услугами», информацией, защищают свое жилое пространство от внешних микробов-агрессоров. От феодала-человека они получают питательные вещества, и взамен отдают ему полезные витамины, жирные кислоты и другие биологически активные вещества. Ну и защищают его от внешних инфекций в случае их попыток колонизировать организм.

Тем, кто все еще думает, что микробы внутри нас не отличаются сложными общественными связями, будет интересно узнать, что эти микроскопические существа, оказывается, ориентируются во времени суток. У нас в кишечнике, получается, живут микроскопические часы. Сегодня важным направлением в микробиологии является изучение циркадных ритмов микробиома. Давно известно, что живые существа на нашей планете эволюционно научились адаптировать свою физиологию под суточные изменения. А бактерии кишечного микробиома являются одним из сигнальных центров, связывающих «внешнее» время и «внутреннее» время организма человека. В свежих исследованиях показано, что микробиом кишечника подвергается суточным колебаниям, как по составу микробов, так и по биохимическим функциям. А дальше прошу обратить особое внимание тех из читателей, кто страдает бессонницей. Есть еще и прямые биохимические связи микробиома и здорового ночного сна. Кишечные бактерии влияют на производство специальных цитокинов, влияющих на наиболее полезные фазы сна. Причем активность этих кишечных бактерий зависит от уровня гормона стресса, кортизола. Ниже всего уровень кортизола ночью, а повышается к утру. Реагируя на повышение кортизола, кишечные микробы снижают продукцию цитокинов, поддерживающих восстановительные фазы сна. Итак, если говорить просто – причина вашей бессонницы может быть у вас в кишечнике. Наладьте правильное питание, снизьте уровень гормона стресса кортизола, и сбалансированный кишечный микробиом поможет вам засыпать и хорошо отдыхать в течение ночи.

Биопленки

Начнем с клинической практики современного врача. В случае, если инфекционный процесс в организме человека не получается вылечить антибиотиками, возникает вопрос, почему? На этот вопрос у приглашенного консультанта-инфекциониста имеется один из нескольких ответов:

а) неадекватно подобраны антибиотики, не учтены местные профили устойчивости к антибиотикам, в общем, надо менять схему лечения;

б) это вообще не бактериальный процесс, а возможно, даже и не инфекция является причиной лихорадки у пациента; действительно, целый ряд болезней, начиная от гормональных, ревматологических и даже онкологических сопровождаются высокой температурой, в отсутствии какой-либо инфекции;

в) сформировалась биопленка или гнойный очаг в зоне инфекции, антибиотики не могут проникнуть внутрь очага, необходимо хирургическое удаление этого очага.

Так вот, эта биопленка и является одним из методов коллективной защиты бактерий от антибиотиков и одной из главных проблем медицины на сегодняшний день. Биопленки представляют собой организованные сообщества бактерий на основе внеклеточного матрикса собственного производства. Благодаря биопленке часть бактерий защищена от неблагоприятных для них воздействий окружающей среды. Считается, что до 80 % всех хронических бактериальных инфекций обусловлены биопленками. Наиболее часто это гнойные средние отиты, синуситы, рецидивирующие инфекции мочевыводящих путей и эндокардиты (воспаление клапанов сердца). Сегодня одним из перспективных направлений науки является разработка новых препаратов, разрушающих матрикс биопленки, чтобы в комплексе с антибиотиками справляться с инфекционным процессом.

1.8. На каком языке разговаривают микробы?

Это язык малых химических молекул, которые микробы выделяют вокруг себя. В основном, это информационные молекулы и молекулы с антимикробным эффектом, позволяющие влиять на своих соседей.

Например, установлено, что некоторые стафилококки (Staphylococcus lugdunensis) снижают размножение другой бактерии, золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) за счет продукции природного антибиотика лугдунина. И даже после нескольких смен поколений золотистый стафилококк не развивает устойчивость к антимикробному действию лугдунина. Другие же стафилококки (S. epidermidis и S. hominis) также продуцируют l-антибиотики, которые как и еще один антимикробный пептид (кателицидин LL-37) эффективно противодействуют золотистому стафилококку.

Интересно, что и свое поведение в отношении человека бактерии могут менять под влиянием своих микробных соседей. А именно, в экспериментах тот же золотистый стафилококк менял свои свойства от патогенного (опасного для человека) до комменсального (полезного) при нахождении рядом комменсальной бактерии-защитника Corynebacterium striatum.

Эти малые молекулы могут стать основой для разработки и новых лекарств. В частности, l-антибиотики – новый класс полициклических пептидных природных антибиотиков, продуцируемых бактериями в составе микробиома. Бактерии синтезируют эти молекулы на основе определенного гена, в котором также находятся данные об иммунной системе этой бактерии. Все это для того, чтобы бактерия не уничтожила сама себя с помощью этого вещества, l-антибиотика. Уже доказано, что l-aнтибиотик повреждает клеточную стенку и приводит к уничтожению некоторых бактерий (энтерококков).

Некоторые малые молекулы, полученные от бактерий, широко используются в пищевой промышленности. Например, в сырах, мясных продуктах, кондитерских изделиях в качестве пищевого консерватора используется нисин. Нисин (Е234) повышает срок хранения продуктов, снижая риск размножения определенных бактерий на сыре и мясе. Это малая антимикробная молекула продуцируется бактерией Lactococcus lactis. Кстати, этот консервант еще применяется и в виноделии, во время дозревания вина, чтобы предотвратить перебраживание.

Обмен же генетической информацией между бактериями называется «горизонтальный перенос генов» и может происходить несколькими путями.

1) Простой захват бактериями ДНК из внешней среды (трансформация), когда, например, неопасная бактерия может захватить ген агрессии к человеку или ген устойчивости к антибиотику, и таким образом изменить свой генетический год и свойства. Этот пример свойственен многим микробам, в том числе возбудителям пневмонии.

2) Две бактерии находящиеся в непосредственном контакте могут обменяться своим генетическим материалом (конъюгация).

Рис. 9. Бактериофаг лямбда (слева), инфицирующий кишечную палочку (справа).

Victor Padilla-Sanchez. Bacteriophage Lambda Structural Model at Atomic Resolution. 2021).

3) Существуют более мелкие создания, чем бактерии, а именно вирусы. Есть вирусы, которые поражают клетки млекопитающих и человека, а есть вирусы, поражающие клетки бактерий, и такие вирусы называются бактериофаги. Так вот, эти бактериофаги способны перенести генетический материал (определенные гены) от одной бактерии – к другой (Рис. 9).

Нельзя не отметить, что часть генетического материала бактерий существует в форме плазмид. Плазмида – это небольшая молекула ДНК бактерии, обособленная от хромосом и способная независимо удваиваться. Именно в форме плазмиды передаются гены от одной бактерии к другой, в рамках горизонтального переноса. И именно в плазмидах часто скрываются гены устойчивости к антибиотикам, так широко распространенные сегодня. Что же это значит? То, что как только в сообществе бактерий у одной из них появился ген устойчивости к антибиотикам – ящик Пандоры уже открыт и другие бактерии вскоре тоже приобретут этот ген.

Методы горизонтального переноса генов часто используются в генной инженерии, чтобы поменять геном бактерии специально, для нужд человека, например, чтобы она начала