Содержание
Способность бактерий к колонизации слизистых оболочек определяется двумя главными механизмами — адгезией (закреплением) на поверхности эпителиоцитов и выживанием в новом окружении. Нормальные обитатели слизистых оболочек и патогенные микроорганизмы в равной мере обязаны преодолеть ряд препятствий, чтобы завоевать право на колонизацию. Однонаправленный поток материала через большинство висцеральных каналов (результат перистальтических движений, гравитационных сил или мукоцилиарного транспорта) угрожает выталкиванием и/или вымыванием микробов. Для того, чтобы удержаться (например, в пищеварительном канале), они должны зацепиться за эпителиальную поверхность. Прикрепление к эпителиальным клеткам не только предотвращает элиминацию микробов, но и стимулирует их рост из-за повышенной концентрации питательных веществ на границе твердой и жидкой фаз.
Адгезия бактерий отличается специфичностью. Например, лактобациллы птиц прикрепляются только к птичьим эпителиоцитам, тогда как лактобациллы крысы предпочитают крысиный эпителий. Можно полагать, что избирательное сродство микробов к эпителиальным клеткам детерминирует их селективный симбиоз с определенными видами животных. Еще удивительнее то, что бактерии способны выбирать типы эпителиальных клеток, закрепляясь на тех из них, к которым имеют больше сродства. Это наблюдается даже в пределах одной и той же анатомической области, например в ротоглотке и ротовой полости. Адгезивные свойства меняются при культивировании бактерий, и уже через несколько инвитровых пассажей штамм может потерять способность к колонизации эпителиоцитов. Заметим и то, что эпителиоциты покрыты слоем слизи, который должны преодолеть бактерии, чтобы добраться до поверхности клетки. Не всем это удается, и такие бактерии обречены на быстрое удаление вместе со слизью.
Тканевой тропизм определяется структурными особенностями внешних компонентов (адгезинов) бактерий, которые избирательно связываются с рецепторами клеток. Специфичность многих адгезинов определяется их принадлежностью к лектинам (лат. legdo, выбирать) — белкам, которые комплементарны определенным углеводным радикалам, неодинаково представленным на разных типах клеток. Возможен и обратный вариант: лектиноподобные рецепторы клеток распознают и связываются с углеводами бактерий. Кроме того, бактерии закрепляются на фибронектине, компонентах слизи (муцинах), покрывающих эпителиоциты, а также на других бактериях, прочно обосновавшихся в данной экологической нише. Адгезии препятствуют факторы, которые, экранируя бактериальные адгезины, мешают их взаимодействию с эпителиоцитами. Таким эффектом обладают секреторные IgA-антитела, структурные аналоги клеточных рецепторов, свободные муцины, фибронектин, лизоцим.
Адгезия — первый и ключевой этап стабилизации инфекта. За ней следует борьба за выживание и размножение бактерий. В стерильном кишечнике им требуется выстоять против попадающих туда секретов желудка, печени (желчи), поджелудочной железы, секреторных продуктов собственного эпителия. Бактериостатические и бактерицидные эффекты ослабевают по мере приближения к дистальным отделам тонкого кишечника, и, пройдя илеоцекальный угол (баугиниеву заслонку), бактерии попадают в комфортную зону. Появление микрофлоры меняет экологию кишечника, препятствуя или, напротив, способствуя размножению определенных групп бактерий. Сформировавшийся микробиоценоз существует как единое целое, как сообщество связанных цепями питания и микроэкологией индивидов, гомеостаз которого поддерживается внутренним взаимодействием его сочленов и жизнедеятельностью хозяина. Бактериальная адгезия отражается и на физиологии эпителиоцитов, индуцируя многие гены, от которых зависят нормальные взаимоотношения клеток с микрофлорой.
Слизистая оболочка толстого кишечника, главного резервуара бактерий, обильно инфильтрирована лимфоцитами, плазматическими клетками, макрофагами, т.е. по сути пребывает в состоянии хронического воспаления — неизбежного спутника нестерильных животных. Это такая же норма, как сама микрофлора, от которой избавлены лишь безмикробные животные, создаваемые искусственным путем. Воспалительный барьер препятствует реализации инвазивных потенций бактерий и, кроме того, служит источником биологически активных начал (в частности, цитокинов), которые включаются в регуляцию местного и общего гомеостаза. Снижение продукции цитокинов (интерферонов, факторов гемопоэза, хемокинов и пр.) — характерный признак безмикробных животных. С этим, в частности, могут быть связаны недоразвитие лимфоидной ткани, ослабление кроветворения и гипореактивность фагоцитов.
Физиологические функции нормальной микрофлоры кишечника
Тезис о жизненно важных функциях бактерий кишечника, провозглашенный Л. Пастером, абсолютно справедлив для травоядных, которые усваивают углеводы растительной пищи благодаря ферментативной (прежде всего целлюлазной) активности бактерий (рубец у жвачных животных, слепая кишка у лошади), но вовсе не однозначен для остальных животных, переваривающих пищу при помощи собственных ферментов пищеварительного тракта.
Безмикробные животные (серийные опыты над ними начались в конце 1940-х гг.) живут и размножаются не хуже обычных (конвенциональных). Их особенностями являются недоразвитие лимфоидной и гемопоэтической тканей, ослабление реактивности фагоцитов, гипогаммаглобулинемия, низкий уровень нормальных антител, истончение стенки кишечника. Это отражает снижение антигенной нагрузки и флогогенных стимулов, поддерживающих перманентное воспаление в слизистых оболочках нестерильных животных.
Нормальная микрофлора поддерживает иммунокомпетентные клетки в состоянии праймирования (субактивации), что обеспечивает более быстрый и эффективный ответ на инфекцию. Например, экспрессия HLA-2 (DR) на моноцитах новорожденного значительно ниже, чем у взрослого человека, а безмикробные животные по сходному признаку существенно уступают нестерильным особям. Это означает, что готовность клеток представлять антигены Т-хелперам усиливается под влиянием продуктов нормофлоры, что может быть связано с постоянной микробиндуцированной секрецией иммунотропных цитокинов. Недостатком продукции цитокинов (ростовых факторов) в субэпителиальной ткани кишечника можно объяснить и сниженный уровень гемо- и лимфопоэза безмикробных животных. Ослабление этого и других механизмов, незаметное в стерильных условиях, является серьезным минусом в обычной жизни, изобилующей столкновениями с потенциально опасными инфекционными агентами.
Одним из барьеров на пути экзогенных инфекций служит и сама микрофлора. Например, в чистой культуре шигеллы приживаются в кишечнике безмикробных мышей, но быстро элиминируются после добавления в корм кишечной палочки (конкурентная адгезия!?). Нормальная микрофлора участвует в обезвреживании токсинов, ограничивая болезнетворность токсигенных бактерий, попадающих в кишечник. С этим может быть связана более слабая активность ботулинического токсина при энтеральной инстилляции по сравнению с его парентеральным введением. Протективное значение имеют и так называемые нормальные антитела, образующиеся против антигенов нормальной микрофлоры. Некоторые из них перекрестно реагируют с патогенными бактериями, ослабляя их инвазивность. Полагают, например, что определенный вклад в возрастную эволюцию резистентности против палочки инфлюэнцы типа b, пневмококка и менингококка (они защищены от внутрисосудистого клиренса капсулой, обладающей низкой иммуногенностью для детей первых лет жизни) вносят антитела против антигенородственных полисахаридов кишечной палочки.
Бактерии кишечника (кишечная палочка, анаэробы) синтезируют витамины, в том числе биотин, рибофлавин, пантотеновую кислоту, пиридоксин, витамин К, фолиевую кислоту, витамины Е, В12. Однако почти каноническое представление о том, что бактерии обеспечивают снабжение хозяина витаминами, не бесспорно. Витамины не всасываются в толстом кишечнике, а потому можно рассчитывать только на те из них, которые в небольшом количестве образуются в подвздошной кишке. Это не очень надежный источник. Известно, что вегетарианцы, в рационе которых отсутствует витамин В12, чаще, чем обычные люди, страдают от его дефицита, хотя этот фактор и образуется в их кишечнике. Вряд ли имеют значение и другие потенциально полезные вещества, синтезируемые бактериями. Скорее всего, они выводятся наружу, не оказав ощутимого действия. Чтобы принести пользу, витамины и другие незаменимые метаболиты должны оказаться в тонком кишечнике, а это означает, что их главным источником служит пища. Некоторые животные (например, крысы) склонны к копрофагии (пожиранию собственных фекалий). В этом есть очевидный смысл: бактериальные метаболиты попадают в тонкий кишечник и утилизируются. Впрочем, косвенно мы тоже пользуемся витаминами и другими жизненно важными микробными продуктами. Так, единственным источником того же витамина В12 служат бактерии (главным образом анаэробы кишечника), и человек получает его с мясом животных, в тканях которых (особенно в печени) он накапливается.