Сожительство человека с бактериями строится

Сожительство человека с бактериями строится на взаимовыгодных условиях
Питательная среде МакКонки (MacConkey) используется для выращивания
изолированных колоний грамотрицательных бактерий, таких как E. coli, F. mortiferum,
P. vulgaris. Для грамположительных бактерий, таких как Clostridium perfringens, эта
среда неприемлима. Фото: CDC/ Dr. Gilda Jones
Недавно американские ученые под руководством доктора Уильяма Роберта Паркера (William Robert
Parker) из медицинского центра университета Дьюка (Duke University Medical Center) сделали любопытное
открытие. Они доказали, что аппендикс, «мёртвый» отросток кишки, который удален у значительного
числа людей, всё же человеку необходим. Ученые сообщают, что аппендикс способствует производству и
регулирует рост огромного числа полезных бактерий нормальной флоры кишечника. Особенно важной эта
функция становится при серьёзных заболеваниях. Когда такие болезни как холера или амёбная дизентерия
уничтожают нормальную флору, именно аппендикс «перезапускает» пищеварительную систему.
Сотни видов бактерий постоянно обитают внутри человеческого организма, составляя так называемую
нормальную флору человека - только в желудочно-кишечном тракте насчитывают до четырёхсот видов!
Микробиолог Кэролин Богач (Carolyn Hovde Bohach) из университета штата Айдахо (University of Idaho)
утверждает, что в нашем организме количество бактериальных клеток раз в 10 больше количества наших
собственных клеток. Однако из-за очень маленьких размеров бактерии значительно проигрывают в объёме
— микробы составляют «всего-то» около трёх килограммов веса взрослого человека. Кожа и слизистая
оболочка здорового человека прямо таки кишат микроорганизмами, подавляющее большинство из них
составляют бактерии, одна группа которых является полезной, то есть истинно нормальной, а другая —
условно-патогенной. Типичные представители условно-патогенной группы — стафилококк и
определённые штаммы стрептококка. Состав нормальной флоры зависит от множества факторов —
возраста, пола, образа жизни, и может резко меняться на разных этапах жизни организма-хозяина.
Загадочные «анималькули»
Прозорливые умы с давних времён высказывали смутные догадки о
существовании каких-то мельчайших, не видимых простым глазом
существ, повинных в распространении болезней. Но это были лишь
предположения. Открыть мир микроорганизмов посчастливилось
голландскому учёному-самоучке Антони ван Левенгуку (Thonius
Philips van Leeuwenhoek; 1632-1723). Ещё в молодости он увлекался
изготовлением и шлифовкой оптических стёкол и достиг в этом деле
такого мастерства, что его «микроскоп» позволил увеличивать
изображение в 250–300 раз и открыть человечеству мир
удивительных «анималькулей» (лат. animalculum – зверушка,
маленький зверёк). Именно Левенгук впервые разглядел эритроциты,
сперматозоиды, инфузории, описал строение глаз насекомых и
строение мышечных волокон. И главное — он первым рассмотрел и
описал мельчайшие микроорганизмы, положив тем самым начало
микробиологии. Причудливый мир палочкообразных,
спиралевидных, шарообразных микроскопических существ со
всевозможными отростками и ресничками поглотил всё внимание
исследователя. В 1680 году достижения Левенгука признали и учёные
мужи, его избрали действительным и равноправным членом
Лондонского королевского общества.
Антони ван Левенгук. Существует
мнение, что Джонатан Свифт
задумал написать «Приключения
Гулливера» именно после
знакомства с опытами Левенгука.
В XIX веке Луи Пастер (Louis Pasteur, 1822–1895) исследовал роль
Иллюстрация: Project
бактерий в ферментативном процессе, то есть переваривании и
Gutenberg
переработки пищи. Роберт Кох (Heinrich Hermann Robert Koch, 1843–
1910) создал методику культивирования отдельных бактериальных штаммов, что позволило узнавать,
является ли штамм полезным или болезнетворным. Истинный прорыв в изучении взаимодействия
бактерий и человека совершил Илья Мечников (1845–1916), открыв фагоцитоз — защитную реакцию
организма в ответ на инфекцию. Мечников сформулировал теорию, согласно которой в организме
человека обитает комплекс микробов, отвечающих за иммунитет и способных бороться с патогенными
видами микроорганизмов.
В любви и гармонии
Бактерии и хозяин сосуществуют на взаимовыгодных условиях: человек представляет собой наиболее
благоприятную среду обитания для многих микроорганизмов, которые, в свою очередь, выполняют ряд
«обязательств» перед приютившим их человеком. Организм человека сам «выращивает» свою
бактериальную флору. Кишечный тракт здорового эмбриона абсолютно стерилен. Во время и после родов
бактерии, передающиеся от матери и окружающих, начинают заселять кишечник новорожденного. В
период лактации материнские молочные железы интенсивно колонизируются бактериями. И
«ассортимент» бактерий новорождённого быстро пополняется, в частности, оральными и кожными
бактериями мамы — при тесном контакте, сосании груди, ласке. Ряд бактерий, приобретаемый ребёнком в
первые дни жизни, создаёт условия во внутренней среде для последующего заселения полезными видами,
например, бифидобактериями. Материнское молоко содержит факторы роста для бифидобактерий,
которые доминируют у малышей на грудном вскармливании. Флора малышей на искусственном
вскармливании изначально более разнообразная. Но после перехода на твёрдую пищу разница стирается, а
ко второму году жизни микрофлора ребёнка сходна с микрофлорой взрослого.
Самое большое разнообразие бактерий нормальной флоры можно наблюдать в желудочно-кишечном
тракте. Также очень важна и разнообразна флора на коже, в дыхательных путях, во влагалище. Кровь,
внутренние органы и слизистые оболочки трахеи и бронхов здорового человека являются стерильными.
Очень мало микрофлоры в желудке из-за низкого уровня кислотности и бактерицидных свойств
пищеварительных соков.
Бактерии Escherichia coli в спинномозговой жидкости. Фото: CDC/Dr. M.S. Mitchell
Самые активные бактерии — кишечные. Основные их виды — бактероиды (Bacteroides), клостридии
(Clostridium), фузобактерии (Fusobacterium), эубактерии (Eubacterium), руминококки (Ruminococcus),
пептококки (Peptococcus), пептострептококки (Peptostreptococcus) и бифидобактерии (Bifidobacterium). В
меньших количествах присутствуют эшерихия (Escherichia) и лактобациллус (Lactobacillus). Бактероиды
составляют примерно 30% «населения», что предполагает их особую значимость для хозяина.
Бактерии верхней части толстой кишки расщепляют углеводы, а нижней — протеины и аминокислоты. Без
кишечной микрофлоры человек не мог бы утилизовывать ряд полисахаридов, поскольку только бактерии
содержат некоторые необходимые ферменты. К таким углеводам относятся, например, клетчатка,
некоторые виды крахмалов, лактоза, протеины, а также слизь, вырабатываемая кишечником. Посредством
сахаролитической ферментации бактерии превращают такие углеводы в короткие обрывки —
короткоцепочечные жирные кислоты, которые, в свою очередь, предоставляют хозяину полезную
энергию, питательные вещества, витамины и способствуют их адсорбции.
Организм человека регулирует рост определенных видов бактерий за счет поддержания разного уровня
кислотности в разных отделах слизистой. Бактерии очень чувствительны к рН, поддерживать нормальную
жизнедеятельность они могут только при определенном её уровне.
Маленькие защитники
Нормальная флора обеспечивает саморегуляцию своего состава и очень важна для иммунитета. В
частности, полезные бактерии снижают риск заболевания раком, воспалением кишечника и язвой.
Полезная флора выстилает эпителий ЖКТ, не давая вредной флоре «прикрепиться». Кроме того, родная
флора посылает сигналы хозяину, сколько и каких веществ ей нужно для жизнедеятельности, и организм
выделяет ровно столько ресурсов, сколько требуется, и негативным штаммам попросту не хватает пищи
для размножения.
Среди веществ, продуцируемых микрофлорой, присутствуют также бактериоцины — «родные
антибиотики», способные уничтожать вредные штаммы, не причиняя вреда полезным. Также полезные
бактерии «обучают» иммунные клетки, кто «хороший», кто «плохой», а кто попросту безобидный.
Тренировкой иммунитета объясняется парадоксальный эффект — люди, выросшее в условиях низкой
санитарии, редко страдают воспалением кишечника.
Голландские ученые из Маастрихтского университета (Universiteit Maastricht) под руководством доктора
Яна Тейса (Jan Theys) вывели специальный штамм анаэробной, то есть способной активно существовать и
размножаться в среде с пониженным содержанием кислорода, бактерии Clostridium. Данный штамм может
существовать в условиях раковых опухолей, причем микроорганизмы будут затруднять развитие опухоли,
представляя, таким образом, неплохое терапевтическое решение для онкологических больных. Ученые
уже опробовали воздействие таких бактерий на тканях, пораженных опухолью, и пришла к выводу, что
«бактериальный метод» воздействует более активно и переносится больными менее тяжело, чем
традиционные методы — такие, как химиотерапия или лучевая терапия.
Бактерию Escherichia coli (E. coli) часто можно обнаружить в кишечнике людей и
теплокровных животных. Большинство штаммов E. coli безвредны. Однако некоторые
штаммы, такие как, например, энтерогеморрагическая E. coli (EHEC) могут вызывать
тяжелые болезни пищевого происхождения. Так, к возникновению вспышек E. Coli
O157:H7 может привести употребление в пищу таких продуктов, как не прошедшие
должную тепловую обработку гамбургеры, копченая салями, непастеризованный
свежевыжатый яблочный сок, йогурт, сыр и молоко. Фото: CDC/ Evangeline Sowers,
Janice Haney Carr
При различных болезнях человека нарушается баланс «полезных», «вредных» и «условно вредных»
микроорганизмов, это и есть дисбактериоз, весьма распространённые в наши дни. Особенно
деструктивное воздействие на бактериальную флору оказывают антибиотики широкого спектра действия.
Равновесие видов бактерий поддерживается и за счет «дележа общих ресурсов», а антибиотики
способствуют росту врождённых вредных штаммов, в частности штаммов, устойчивых к антибиотикам.
Кроме того, нормальная флора ЖКТ разрушается не только при лечении болезней, но и при потреблении
мясных продуктов, полученных от животных, выращенных с применением антибиотиков. В
промышленном животноводстве технология ускоренного выращивания приводит к сильнейшему
искажению нормальной флоры молодняка, когда уровень лакто-и бифидобактерий минимален, но зато
процветают стафилококки, плесневые и дрожжеподобные грибки. Соответственно, болезни,
сопровождающиеся расстройствами желудка, являются основной проблемой как животноводства, так и
ветеринарии. Применение антибиотиков для лечения или предотвращения заболеваний, по сути, замыкает
круг: во флоре всё больше преобладают патогенные виды, которые к тому же постепенно вырабатывают
устойчивость к антибиотикам. Получается, что мы потребляем мясо, нашпигованное антибиотиками и
искаженной флорой.
Пробиотики
Наиболее изученный и развитый подход к решению проблемы нормализации флоры — использование
пробиотиков. Пробиотики — это «живые» микробные добавки для пищи, положительно влияющие на
организм человека путем улучшения баланса кишечной флоры. Пробиотики использовались веками, а
открыл это направление Илья Мечников. Он полагал, что введение в кишечный тракт «здоровых»
бактерий способно противодействовать интоксикации. Мечников обратил внимание, что некоторые
народы с большой продолжительностью жизни — болгары, турки, армяне — потребляют продукты из
броженного молока. Илья Ильич впервые идентифицировал две бактерии в этих кисло-молочных
продуктах: Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus. Он считал, что долголетие человека
связано с удалением условно-патогенных микроорганизмов из кишечника и предложил с этой целью
заселять кишечник болгарской молочно-кислой палочкой. В США, например, и сегодня кефир продается
под названием Buttermilk bulgarian style. Однако следует иметь в виду, что некоторые бактерии не
задерживаются надолго в ЖКТ и являются транзитными. Но это ничуть не умаляет их полезного влияния.
Некоторые производители, помимо стандартной закваски, добавляют в йогурт
бифидобактерии (L.lactis, L.cremoris, L.diacetylactis, Leuconostoc spp., L.plantarum,
L.casei, L.fermenti и др.). Эти пробиотики обладают высокой активностью и способны
противостоять возбудителям желудочно-кишечных заболеваний. Губительная
активность этих бактерий обусловлена борьбой за области прикрепления на слизистой
оболочке различных отделов желудочно-кишечного тракта, кроме того,
антимикробным действием обладают специфические продукты их жизнедеятельности.
Фото (Creative Commons licence): G.M.B
Исследования Мечникова заинтересовали врача Исаака Карассо (Isaac Carasso, 1874–1939). Карассо
выписал из института Пастера (Institut Pasteur) в Париже, где Мечников проводил свои исследования,
разновидности молочнокислых йогуртовых культур — болгарской палочки и термофильного
стрептококка. И в 1919 году он начал первое промышленное производство «живых» йогуртов в маленькой
лаборатории в Барселоне. Свою продукцию Карассо называл «Данон» — «маленький Даниэль»,
уменьшительное от имени своего сына. Тогда йогурты продавали в аптеках по рецепту врача как лечебное
средство. Сегодня же «живые» йогурты воспринимаются как одна из составляющих «здоровой» диеты и
способствуют профилактике дисбактериоза. Чтобы бактерии продолжали «держать оборону» и заботиться
о своём хозяине, им тоже необходимо уделять внимание.