Роль бактерий в патогенезе заболеваний хорошо известна. Вместе с тем бактерии могут приносить пользу организму хозяина. Бактерии ответственны за обеспечение организма такими необходимыми нутриентами, как витамин К, витамин В12, КЦЖК (например, бутират). Бактерии играют важную роль в метаболизме полисахаридов, что позволяет организму хозяина не тратить энергию на этот процесс.
К тому же бактерии взаимодействуют между собой, что ведет к преимущественной колонизации «полезными» бактериями и препятствует распространению патогенных микроорганизмов. К способам, с помощью которых комменсальная микрофлора может препятствовать инфекционному процессу, обусловленному действием патогенных микроорганизмов, относятся: конкуренция за места адгезии в организме хозяина, стимуляция механизмов защиты, конкуренция за питание, а также активация клеточной сигнальной системы, ограничивающей продукцию вирулентных факторов.
Исследования также показали, что некоторые бактерии способны повышать жизнеспособность клетки. Escherichia coli, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp. защищают клетку от гибели, связанной с действием патогенных бактерий. Результаты других исследований свидетельствуют, что Lactobacillus spp. играют защитную роль при опосредованном цитокинами апоптозе.
Исследования с использованием клеточных культур показывают, что Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) могут увеличивать продолжительность жизни клеток кишечного эпителия, активируя защитный клеточный антиапоптозный путь Akt, одновременно ингибируя активацию проапоптозного пути р38/МАРК посредством TNF, IL-1, IFN-a или -у. Дополнительно проведенные исследования продемонстрировали увеличение митотического индекса кишечных ворсинок у стерильных животных при введении LGG, что свидетельствует о росте клеток и репарации слизистой оболочки.
Еще одним полезным свойством бактерий является регуляция развития архитектуры сосудов кишечных ворсин. Эта структура остается незрелой у взрослых стерильных мышей, у которых была выраженная задержка формирования капиллярной сети кишечных ворсин, но при заселении микрофлорой кишечника от обычных мышей или при введении одного микроорганизма Bacteroides thetaiotaomicron происходит полноценное формирование и созревание капиллярных сосудов в кишечнике. Для этого процесса нужно участие клеток Панета, что подчеркивает сложность взаимосвязей между микроорганизмами и специфическими функциями кишечника.
Бактерии необходимы для процесса созревания кишечника и регуляции воспалительного иммунного ответа. Это особенно важно для недоношенных детей, имеющих незрелый пищеварительный тракт. Во многих исследованиях изучали роль специфических бактерий пищеварительного тракта у мышей-гнотобиотов и у мышей с известной микробиотой. Эти мыши могут быть как стерильными (без каких-либо микроорганизмов), так и моноассоциированными (т.е. имеющими какие-либо специфические бактерии).
Функции нормальной микрофлоры кишечника
Данные исследования показали, что по сравнению с моноассоциированными мышами стерильные мыши отличаются большим потреблением калорий, сниженным обновлением эпителиальных клеток, нарушением функции лимфоидной ткани, ассоциированной с ЖКТ (GALT), и аномальной моторикой ЖКТ. Генетический анализ воздействия на кишечник стерильных мышей только комменсального микроорганизма Bacteroides thetaiotaomicron показал увеличенную экспрессию генов, участвующих во всасывании питательных веществ. Эти данные могут частично объяснить повышенную потребность в калориях у стерильных мышей. Процесс повышения экспрессии генов затрагивал Na+-глюкоза котранспортера 1 (SGLT-1), гены, участвующие во всасывании жиров, а также транспортер меди CRT-1. Это исследование также продемонстрировало увеличение количества богатого пролином белка 2 (sprr2a), который усиливает барьерную функцию эпителия.
Кроме того, отмечалось повышение количества мРНК, которая кодирует белок, участвующий в высвобождении нейротрансмиттера и работе мышечной системы, что может иметь значение для энтеральной нервной системы и перистальтики кишечника. Также было отмечено увеличение экспрессии полимерных иммуноглобулиновых рецепторов, генов слизистого слоя (MUCLIN) и рецептора трилистных пептидов. Интересно, что при исследовании на подобных животных моделях других комменсальных микроорганизмов, таких как Bifidobacterium infantis и Escherichia coli К12, были отмечены иные паттерны генной экспрессии. Эти данные указывают на то, что различным микроорганизмам присущи разные свойства.
В других исследованиях оценивали специфическую роль бактерий в созревании иммунитета организма хозяина. Исследования показали, что гликоконъюгаты, расположенные на поверхности клеток и служащие локусами адгезии для целого ряда микроорганизмов, в незрелом кишечнике имеют углеводные остатки, отличающиеся от таковых у взрослых. При изучении созревания этих паттернов у стерильных и обычных мышей установлено, что обычные мыши по мере созревания имеют повышенную активность фукозилтрансферазы и сопутствующую сниженную активность сиалилтрансферазы.
У стерильных мышей, напротив, сохраняется незрелый вариант в виде низкой активности фукозилтрансферазы и высокой активности сиалилтрансферазы. Однако по прошествии 2 нед с момента колонизации бактериями у изначально стерильных животных выявляли переход от незрелого паттерна к зрелому. Это позволяет предположить, что бактерии влияют на паттерн адгезии. Интересно, что другие генетически программируемые паттерны активности энзимов щеточной каймы, например повышение по мере созревания активности сукразы и снижение активности лактазы, были одинаковыми как у обычных, так и у стерильных животных.
Как было показано в исследованиях на животных, кишечная слизь является еще одним противоинфекционным барьером, развитие которого определяется микробной колонизацией. При изучении воздействия колонизации кишечника комбинацией Streptococcus spp., Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp. была выявлена индукция специфических генов слизи MUC2, MUC3 и MUC5AC.
Бактериальная колонизация оказывает влияние и на функцию кишечного барьера. Как показали исследования, незрелый ЖКТ имеет повышенную проницаемость по сравнению со зрелым кишечником. Одним из способов оценки барьерной функции кишечника является измерение трансэпителиальной резистентности. Исследования показали, что при воздействии на клетки кишечника таких комменсальных бактерий, как Escherichia coli, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp., трансэпителиальная резистентность повышается, а при воздействии патогенной Salmonella spp. — снижается.
При использовании модели прямого измерения кишечной проницаемости в отношении декстрана или маннитола в присутствии различных бактерий были получены аналогичные данные о том, что колонизация Escherichia coli, Klebsiella spp. или Streptococcus viridans повышала проницаемость, а колонизация Lactobacillus brevis ее снижала. Это важно в клиническом плане, поскольку клиническое исследование, проведенное с участием младенцев, выявило, что при воздействии на кишечную микрофлору, приводящем к повышению уровня анаэробных бактерий, в т.ч. Bifidobacterium spp., отмечаются более низкие уровни эндотоксина сыворотки, что позволяет предположить пониженное перемещение эндотоксинпродуцирующих микроорганизмов.
