Нормальная микрофлора организма

Организм человека – сложный надорганизм. Метагеном (совокупный геном сообщества микроорганизмов) надорганизма состоит из генов человека и генов микроорганизмов, колонизировавших макроорганизм. Бактериальные популяции общаются между собой – кворум сенсинг.

Для изучения нормальной микрофлоры существует своя методика – микробиомика, т.е. изучение состояния эндогенного биоценоза и его регуляторных влияний.

Эпигенетика – это учение о наследственных изменениях в фенотипе, в экспрессии генов и посттрансляционных процессах генной продукции, не связанных с измененением в порядке расположения нуклеиновых последовательностей в ДНК.

В отличие от мутаций эпигеномные изменения возникают в результате биохимических реакций между ДНК, гистонами и продуцентами микробной клетки. Эти реакции разнообразны: метилирование; ацетилирование; фосфолирирование.

Они не приводят к изменению структурной последовательности ДНК, т.е. изменение фенотипических признаков может быть результатом вариаций структурной организации хроматина, определяющей активное или неактивное состояние генов, без изменения их нуклеотидных последовательностей – эпимутации.

Нормальная микрофлора сопутствует своему хозяину на протяжении всей жизни. С современных позиций ее рассматривают как совокупность множества микроорганизмов, характеризующихся определенным видовым составом и занимающих тот или иной биотоп в организме.

В любом микробиоценозе различают постоянно встречающиеся виды микроорганизмов – автохтонная микрофлора (резидентная) и аллохтонные, добавочные (транзиторные). Количество автохтонных видов относительно невелико, но численно они всегда доминируют. Видовой состав транзиторных микроорганизмов разнообразен, но они немногочисленны. Количественные колебания микроорганизмов в биоценозе могут достигать для некоторых видов несколько порядков и тем не менее укладываться в принятые нормативы.

Строение нормальной микрофлоры. Нормальная микрофлора рассматривается как самостоятельный экстракорпоральный орган.

Это подтверждается следующими позициями:

• Нормальная микрофлора имеет характерное анатомическое строение, как и любой орган организма.
• Нормальная микрофлора выполняет присущие только ей функции.
• Нарушения нормальной микролоры лежит в основе возникновения многих инфекционных болезней.

Нормальная микрофлора характеризуется анатомическими особенностями – каждая экологическая ниша имеет свой видовой состав. Некоторые биотопы стабильны по видовому составу, в других – транзиторных – микрофлора постоянно меняется в зависимости от внешних факторов.

Микроорганизмы находятся в составе биопленки. Процессы образования биопленки связаны с коллективным поведением бактерий – quorum sensing, или социальным поведением бактерий.

Микроорганизмы, входящие в состав биопленки, существуют в двух формах: фиксированной к поверхности и планктонной, свободноплавающей, являющейся субстратом распространения инфекции из ее первичного локуса.

Доказано, что колонии микроорганизмов в составе биопленки демонстрируют способность к клеточной дифференцировке. При этом разные клетки в колонии выполняют различные физиологические функции, то есть выделяют физиологическую специализацию.

Находящиеся внутри колонии клетки существуют на разных стадиях – это и делящиеся, и спонтаннообразующиеся, и покоящиеся.

В колонии отмечается способность к многоклеточной организации. Члены колонии общаются между собой посредством понятного им языка – посылают сигналы. Было установлено, что структура колоний имеет особенности: имеются вертикальные слои клеток и горизонтально расположенные зоны. В колониях образуются микроскопические воздухоносные каналы, через которые поступают питательные вещества и выводятся продукты метаболизма – структуры для транспорта кис-
лорода.

Формирование биопленки – динамичный пошаговый процесс:

• 1-я стадия – адгезии,
• 2-я – необратимого связывания с поверхностью,
• 3-я – размножения и созревания,
• 4-я – распространения.

Микроорганизмы, составляющие нормальную микрофлору, образуют четкую морфологическую структуру – биопленку, толщина которой колеблется от 0,1 до 0,5 мкм. Биопленка представлена полисахаридным каркасом, состоящим из микробных полисахаридов, и муцина, который продуцируется клетками макроорганизма. В структуре каркаса иммобилизованы микроколонии бактерий, которые могут располагаться в несколько слоев. Например, в биопленке, покрывающей кожу, микроколонии располагаются в 1–2 слоя, а в биопленке толстого кишечника – в 500–1000 слоев. Устойчивость бактерий к воздействию неблагоприятных факторов внутри биопленки в десятки и сотни раз выше по сравнению с изолированными колониями.

Образование биопленки лежит в основе выживания бактерий в окружающей среде, так как в таком виде они защищены от антибактериального воздействия. Многие хронические инфекции с артифициальным путем заражения – это катетер-ассоциированные инфекции, возникшие при протезировании или имплатировании искусственных клапанов сердца, обусловлены способностью бактерий расти в виде биопленок, возникающих на поверхности этих устройств.

Существование бактерий внутри изолированных биопленок обеспечивает им много преимуществ по сравнению с изолированными клетками. Для практической медицины особенно важно, что бактерии в биопленках имеют повышенную выживаемость в присутствии агрессивных веществ, факторов иммунной защиты и антибиотиков.

На данный момент с образованием биоленки связывают особенности течения инфекционного процесса при вентилятор-ассоциированных пневмониях, ангиогенном сепсисе, уроинфекциях, инфекционном эндокардите, муковисцидозе, хроническом бактериальном простатите, периодонтите, остром среднем отите.

Среди возбудителей, образующих биоленки, наибольшее клиническое значение имеют P. aeruginosa, S. aureus, K. pneumoniae, Enterococcus spp., Candida spp.

Тропность биопленок к инертным поверхностям приводит к колонизации венозных, уретральных и внутриполостных катетеров, эндотрахеальных трубок, протезов и различных имплантатов. Существует определенная взаимосвязь между микроорганизмом и его приверженностью к образованию биопленок на различных медицинских устройствах, имплантированных в ходе операций и манипуляций пациентам.

По мнению А. Гинцбург, очаги биопленок появляются при всех рецидивирующих инфекционно-воспалительных заболеваниях. Когда биопленки достигают определенного размера, от них начинают отрываться части, которые разносятся с кровотоком по организму. Происходит образование новых очагов биопленки, что можно рассматривать как аналог метастазирования злокачественных клеток.

Функции нормальной микрофлоры:

1. Защита от экзогенной инфекции и контроль за собственным микробным гомеостазом, т.е. функция колонизационной резистентности – одна из важнейших для нормальной микрофлоры. Способность нормальной микрофлоры защищать поверхность слизистых оболочек и кожи от патогенных бактерий – мощный механизм противомикробной резистентности.
2. Нормальная микрофлора – мощный иммуномодулятор. Она поддерживает иммунокомпетентные клетки в состоянии «постоянной готовности» праймирования (субактивации), что обеспечивает более быстрый и эффективный ответ на инфекцию.
3. Активное участие в различных метаболических процессах за счет продукции большого количества ферментов и образования метаболитов при микробной трансформации эндогенного и экзогенного происхождения. При этом исходный субстрат через каскад биохимических реакций превращается либо в промежуточный, либо в конечный продукт катаболизма.
4. Неограниченный банк генетического материала. Между представителями нормальной микрофлоры постоянно происходит обмен генетическим материалом, а также его передача патогенным видам, попадающим в ту или иную экологическую нишу.
5. Детоксикационные свойства как в отношении органов, попавших из внешней среды, так и в отношении эндогенной флоры, образующей токсические продукты метаболизма.
6. Участие в регуляции газового, водно-солевого обмена, поддержание рН-среды.
7. Синтез витаминов, в том числе биотина, рибофлавина, пантотеновой кислоты, витаминов К, Е, В₁₂, фолиевой кислоты.
8. Участие в канцеролитических реакциях – способность представителей нормальной микрофлоры нейтрализовать канцерогенные вещества, индуцирующие канцерогенез.
9. Морфокинетическая – принимает участие в развитии различных органов и систем организма.

Формирование нормальной микрофлоры начинается уже при прохождении плода через половые пути матери. В процессе появления ребенка на свет происходит быстрое заселение организма микробами из окружающей среды, и в первую очередь из вагины. Источником микробов может служить больничная среда. Большинство бактерий проходит через организм новорожденного транзитом, часть задерживается на непродолжительное время, но есть и такие, которые находят для себя условия, размножаются и формируют первичную нормальную микрофлору.

Способность бактерий к колонизации кожи и слизистых оболочек определяется двумя главными механизмами: адгезией на поверхности эпителиоцитов и выживанием в новом окружении.

Эпителиоциты покрыты слоем слизи, который должны преодолеть бактерии, чтобы добраться до рецепторов клетки. Не всем это удается, и такие микроорганизмы обречены на быстрое удаление вместе со слизью. Адгезия микробов отличается специфичностью, что и обусловливает формирование соответствующих биоценозов.

Дальнейшее развитие характерной для индивидуума микрофлоры определяется как состоянием организма, так и экзогенными воздействиями.

К факторам макроорганизма, влияющим на становление микрофлоры, относятся тип и объем секретов (слюна, желудочный и кишечный сок, секрет поджелудочной железы и печени), состав ферментов, желчные кислоты, слизь, отмирающие клетки, концентрация ионов водорода, редокс-потенциал и др. К экзогенным – характер вскармливания, личная и общественная гигиена, особые условия (инфекции, травмы).

В первые 2–3 недели жизни состав нормальной микрофлоры подвержен значительным колебаниям. Нормальная микрофлора детей, сходная с микрофлорой взрослых, обычно формируется к концу первого месяца после рождения; ее видовой состав пополняется на протяжении первых 3–5 лет жизни ребенка.