Бактероиды: вред и польза

Каких вообще представителей микрофлоры кишечника мы знаем? Ну, например, кишечная палочка. Наверное потому, что кишечная, ее и вспоминают. Или лактобактерии. Потому что про них нам вдолбили рекламой. Хотя той же кишечной палочки в толстой кишке менее процента. Основную массу составляют другие микроорганизмы. Одни из таких — бактероиды.

По разнообразию флоры кишечник даст фору другим частям тела человека. И хотя (да и это для многих будет открытием) масса микроорганизмов составляет незначительный процент тела — 2-3 % («всего» 2-3 кг), по количеству клеток наше тело состоит из 30% человека и 70% бактерий! Кроме того, количество разнообразных генов в микробиоме может превышать число генов человеческих клеток на 2 порядка (в 100 раз). То есть мы генетически — 1 % человека и 99% бактерий! Следовательно, бактерии играют важную роль в функциях организма, включая иммунитет, пищеварение и защиту от болезней. Колонизация человеческого тела микробами происходит с момента рождения и многие из них становятся коренными обитателями нашего тела.

В толстом кишечнике выявляется наибольшая популяция бактерий в организме и большая часть — анаэробы (то есть живут без доступа воздуха). 25% их — бактероиды (соотношение бактерий меняется с возрастом). О них и пойдет речь.

Что нам известно о бактероидах?

Бактерии очень древние, возникли на ранних этапах эволюции живых организмов. Анаэробы (им не нужен воздух), желчнорезистентны, не окрашиваются по Граму и не образуют спор. Имеют форму палочек. Сама таксономия бактероидов несколько раз пересматривалась, но сейчас в род Bacteroides входит только группа Bacteroides fragilis. А это чуть более 20 видов.

Бактероиды могут передаваться от матери ребенку через родовые пути в процессе рождения и становятся частью нашей с вами микрофлоры. Они являются комменсалами, то есть в норме заболевания они не вызывают. Однако, при травме, повреждении стенки кишечника они могут вызвать значительную патологию, в том числе образовывать абсцесс в разных частях тела (абсцессы печени, малого таза, легких, головного мозга). Последние исследование Bacteroides fragilis за счет секвенирования генома в 2004-2005 годах проливает свет на ряд уникальных адаптационных механизмов бактероидов:

— сложные механизмы усвоения питательных веществ, способность ферментным механизмам бактерии «подстраиваться» под рацион хозяина;

— способность поддерживать гомеостаз (постоянство внутренней среды) за счет наличия в клетке развитых насосных систем для удаления токсичных веществ;

— взаимодействие с иммунной системой хозяина, чтобы та воздействовала на «конкурентов»;

— довольно любопытный факт, но в бактероидах выявлено небольшое количество генов в которых содержится код для больших белков (более 1000 аминокислот). Белки в основном маленькие. Многим белкам были назначены предполагаемые функции. Очень много генов у бактероидов дублированы, то есть имеется как основной ген (самый ранний) так и более поздний, который из основного гена мутировал. Казалось бы зачем так неэффективно использовать генетический материал? Чтобы в случае чего «откатить драйвера», или убрать неэффективную мутацию основного гена!

Бактероиды: польза

Все же понятие «комменсализм» для отношений этого микроба и человека не совсем точен. Комменсализм предполагает, когда одному от этих отношений хорошо, а другому — да как бы все равно. Сейчас ученые все же считают, что речь о симбиозе, когда хорошо всем. Бактероиды наделяют нас рядом «апгрейдов», а мы предоставляем им «пищу и кров».

Бактероиды выявляются в кишечнике новорожденного примерно через 10 дней после рождения. Кстати, новорожденных, которых кормят грудью количество этих бактерий невелико и преобладают в основном бифидобактерии (их относят к актинобактериям). Количество бактероидов повышается, когда ребенка отнимают от груди. Поэтому грудное вскармливание значение имеет очень важное.

Чем вообще питается кишечная флора?
Самый распространенный источник пищи для кишечных бактерий — различные полисахариды. Ферментация углеводов бактериями приводит к формированию летучих жирных кислот, которые поглощаются слизистой кишечника и используется организмом хозяина как источник энергии. Вырабатывают кишечные бактерии различные простые углеводы, аминокислоты, сахара, витамины. Причем другие микробы, которые не имеют как бактероиды ферментных механизмов, могут извлечь из этого выгоду. Например Bifidobacterium longum лучше усваивает простые сахара, но у Bacteroides thetaiotaomicron может расщепить большое разнообразие полисахаридов. Причем бактероиды «обучаются» — включают все новые и новые ферментные системы для усвоения все новых питательных веществ. После отлучения от груди включаются ферментные механизмы, способные усваивать еще и растительные полисахариды.

Адаптация и выживание бактероидов в желудочно-кишечном тракте
Эти виды бактерий обладают превосходной способностью использовать имеющиеся питательные вещества. В толстой кишке они используют простые и сложные углеводы. При патологическом процессе, когда бактероиды попадают, скажем, на брюшину — используют гликопротеины и гликолипиды поверхности клетки хозяина.

Еще одна интересная особенность: бактероиды имеют особенность модифицировать полисахариды своей клеточной стенки. Буквально их  «переворачивая», что дает возможность уклоняться от иммунного ответа макроорганизма. Про подобную способность «маскировки» уже писал в статье «Фагоцитоз«.

Если говорить о способности Bacteroides к расщеплению углеводов (к примеру, крахмал), то они могут расщеплять большую часть гликозидных связей, обнаруженных в природе.
Bacteroides thetaiotaomicron имеет для этого больше всего гликозилгидролаз, чем у любой другой известной бактерии.

Связь бактероидов и ожирения
В течение последних лет в научной литературе было опубликовано несколько сообщений, в которых указывалась на связь микробиома (как у людей, так и у мышей) с ожирением.
При ожирении выявлялось более энергетически эффективная работа бактероидов. То есть с одного и того же количество пищи организм получал большее количество калорий.

Хорошие бактерии. Или «гипотеза гигиены»
Есть исследования, согласно которым коррекция иммунной системы бактериями кишечника имеет значение для развития аллергии. Важно то, что увеличение количества прививок, применение антибиотиков, использование дезинфицирующих средств уменьшает микрофлору кишечника и опосредованно влияет на развитие иммунной системы.

Как бактероиды влияют на клетки Панета.
На кишечных ворсинках есть участки, где располагаются стволовые клетки эпителия, служащие для постоянного обновления эпителиальных клеток, умирающих и теряющихся с ворсинок. Рядом с этими стволовыми клетками располагаются клетки Панета, которые защищают их от микробов, выделяя в просвет между ворсинками противомикробные молекулы (дефензины). Предполагают также, что защитный эффект распространяется и дальше — на уже зрелые клетки. В исследованиях выяснилось, что бактероиды способны стимулировать клетки Панета вырабатывать антибактериальные пептиды. Также выяснено, что отдельные виды бактероидов играют роль в предотвращении заражения Clostridium difficile (приводит к развитию псевдомембранозного колита).

Бактероиды: вред

Это наиболее часто выделяющийся анаэробные патогены толстой кишки. Причина этому — различные факторы вирулентности.

Факторы агрессии бактероидов

Можно разделить на три категории: факторы, связанные с адгезией (прилипанием) к тканям, устойчивостью к иммунной системе хозяина (например к токсичности кислорода и фагоцитозу, а также особенностями капсулы) и с разрушением тканей.

Адгезия

Бактероиды имеют фимбрии (жгутики) которые позволяют хорошо связываться с тканями хозяина. Адгезии также способствует наличие белков агглютининов.

Уклонение от иммунного ответа хозяина

Бактериальная капсула. У B. fragilis капсула инициирует уникальный иммунный ответ у хозяина: формирование абсцесса.

Фактически, формирование абсцесса является примером патологической реакции на вторгшуюся бактерию: происходит отграничение патогенных бактерий, поврежденных погибших тканей, погибших нейтрофилов и макрофагов. Именно фрагилис является единственной бактерией, для инвазии которой и характерно только формирование абсцессов. Причем бактериальная капсула играет здесь ключевую роль. Так, к примеру, введение в эксперименте животным только клеточных стенок бактерий приводило к абсцедированию. Такая особенность клеточной стенки связана с наличием высокомолекулярных полисахаридов: PS-A, PS-B и PS-C.

Разумеется, способность бактерии «прятаться» от иммунного ответа способствует ее вирулентности. Капсула B.fragilis дает устойчивость к поглощению посредством комплемента и фагоцитозу. Последние исследования показывают влияние фрагилис на макрофаги брюшины. Макрофаги важны как самый ранний барьер для внедрившейся бактерии. Еще одна замечательная особенность бактероидов — способность модифицировать свои поверхностные полисахариды. Таким образом, они меняют структуру своей же клеточной стенки и иммунная система их не узнает. Как поменять номера и перекрасить угнанный автомобиль.

Аэротолерантность бактероидов (устойчивость к токсическому действию кислорода). Дело в том, что в кишечнике, чем ближе из просвета приближаться к слизистой кишки, тем выше парциальное давление кислорода (за счет кровообращения). Аэротолерантность не является очевидным фактором вирулентности, но влияет на вирулентность бактероидов.

Ферменты инвазии, разрушающие ткани хозяина

Эти ферменты в конечном итоге позволяют переваривать пищу, а также выборочно поглощать питательные вещества.
Самые распространенные ферменты бактероидов: гиалуронидаза и хондроитинсульфатаза. Есть штаммы, которые способны к фибринолизу (расщеплению волокнистого белка фибрина). Гемолизины — участвуют в разрушении эритроцитов. Нейраминидаза — фермент, разрушающий такой защитный фактор как слизь (а именно — муцин), к тому же использующий разрушенные компоненты как питательную среду. Энтеротоксин. Этот белок представляет собой металлопротеиназу, содержащую атом цинка. Приводит к потере клеточных соединений между отдельными эпителиальными клетками стенки кишечника. Нарушается барьер и это приводит к диарее. И наконец. Bacteroides fragilis toxin (BFT), этот энтеротоксин может играть роль канцерогена при колоректальном раке. Эндотоксин (LPS). И хотя он почти в 100 раз менее токсичен, чем у той же кишечной палочки и обычно как «эндотоксин» не упоминается (у кишечной палочки выброс эндотоксина при воздействии антибиотиков намного выше). Для клиники заболевания все же он значение имеет.

Инфекции, вызываемые бактероидами

Анаэробные инфекции обычно являются полимикробными, а Bacteroides fragilis встречается в большинстве этих инфекций, при этом смертность от них достигает 20%. Если выявлена анаэробная инфекция с участием бактероидов, смертность может достигать 60%. Летальность значительно снижается с применением соответствующей антимикробной терапии.

Внутрибрюшной сепсис

Внутрибрюшной сепсис является наиболее распространенной инфекцией, вызванной бактероидами. Возникает при нарушении целостности стенки кишечника, разрыва дивертикула или перфорацией кишки при ранениях или хирургических операциях. Причем такие аэробы, как кишечная палочка, являются наиболее активными членами инфекции, предварительно разрушают ткани и снижают окислительно-восстановительный потенциал ткани (снижают в ней количество кислорода), после чего начинают преобладать бактероиды.

Перфорированный и гангренозный аппендицит

Из более чем 40 видов, выявленных при гангренозном аппендиците самыми часто выявляемыми микробами были B.fragilis и E.coli. Также нередко выявляется B.thetaiotaomicron.
Инфекции кожи и мягких тканей. Все некротизирующие инфекции мягких тканей являются как правило полимикробными. Бактероиды не являются самыми распространенными в этой «смеси», но тем не менее около 7% анаэробов составляет группа B.fragilis.

Эндокардит и перикардит

Вовлечение в эндокардит анаэробных бактерий нетипично, но если такое происходит, то может иметь очень серьезные последствия (включая разрушение клапанов, нарушение ритма сердца и кардиогенный шок) со смертностью до 43%.

Септический артрит

Bacteroides fragilis — редкая причина септического артрита. Большинство пациентов имеют хроническое заболевание суставов, в частности — ревматоидный артрит. Если говорить об анаэробной инфекции протезов суставов, то сообщают о выделении Clostridium difficile, Clostridium perfringens, виды Veilonella. Бактероиды выявляются очень редко.

Неспецифический язвенный колит

Одна из гипотез для объяснения потенциального патогенного механизма заключается в том, что колонизация B.fragilis приводит к острому или хроническому воспалению кишечника. Энтеротоксин расщепляет межклеточный адгезивный белок (соединяющий между собой энтероциты), что приводит в повышенной проницаемости кишечного эпителия клетки.

Болезнь Крона

Болезнь Крона является подострым или хроническим воспалением желудочно-кишечного тракта. В настоящее время проводится интенсивное изучение роли комменсальных бактерий. В некоторых исследованиях учавствовали E.coli и Bacteroides vulgatus. У пациентов с болезнью Крона выявлены высокие титры сывороток к генам с поверхности B.vulgatus. Сейчас доминируют две основные теории о бактериальной природе болезни Крона. Одна теория приписывает чрезмерную иммунологическую реакцию на нормальную микрофлору «неисправной» иммунной системы. Вторая теория предполагает, что изменения в составе кишечной микрофлоры и нарушение функции эпителиального барьера вызывают патологические реакции нормальной иммунной системы. В любом случае, при ВЗК (воспалительных заболеваниях кишечника — болезни Крона и язвенном колите) имеет местно аномальный иммунный ответ слизистой оболочки. Но здесь имеет место аномалия самих эпителиальных клеток кишечника. Например, отмечается нарушение в выработке клетками Панета защитных белков-дефензинов.

Бактероиды как резервуар генов резистентности

Важный момент. Бактероиды могут быть источником генов устойчивости к антибиотикам. Причем передать эту устойчивость (путем горизонтального переноса генов) они могут даже бактериям, обитающим в верхних дыхательных путях. Они вдыхаются, проглатываются и проходят через кишечник через 1-2 суток. Такому «транзиторному» микробу нет необходимости создавать ген устойчивости к антибиотикам путем мутаций. Достаточно получить ген, созданный кем то другим.

Паламарчук Вячеслав

---