Взаимоотношения микробиоты и макроорганизма

Роль микробиоты в жизнедеятелъности макроорганизма

В жизнедеятельности человека микробиота играет важную роль. Так, с помощью микроорганизмов, обитающих в толстой кишке, осуществляется ферментативное расщепление некоторых пищевых веществ, в первую очередь целлюлозы (напомним, что в пищеварительном тракте человека фермент целлюлаза не вырабатывается). Образующиеся при этом (а также в результате действия гидролитических ферментов микробов на углеводные компоненты слизи и гликокаликса плазмалеммы клеток кишечного эпителия) моносахариды подвергаются сбраживанию сахаролитическими анаэробами. Данный процесс сопровождается образованием короткоцепочечных жирных кислот (главным образом уксусной, пропионовой, масляной), которые эффективно используются в качестве энергетического субстрата клетками кишечного эпителия и некоторыми другими клетками организма (после всасывания в кровеносное русло). Также следует отмстить, что благодаря выработке микроорганизмами низкомолекулярных карбоновых кислот поддерживается оптимальное значение pH в полости кишки и в пристеночном слое слизи (кислая среда препятствует развитию гнилостных процессов). Существенно, что при этом выделяется заметное количество тепловой энергии, что дает основание рассматривать толстую кишку как орган теплопродукции.

Поскольку всасывание низкомолекулярных карбоновых кислот в кишечнике сопряжено с транспортом ионов натрия, считается, что микробиота играет существенную роль в поддержании ионного гомеостаза организма. Велико значение кишечных микроорганизмов в разрушении избытка пищеварительных ферментов и утилизации желчных кислот и желчных пигментов. Одним из продуктов биотрансформации желчных кислот являются эстрогеноподобные вещества, оказывающие влияние на пролиферацию и дифференцировку эпителиальных и других тканей. Значительная часть мочевины (около 25%) также гидролизуется с помощью бактерий. Некоторые представители кишечной микробиоты выступают в качестве продуцентов витаминов (витамины группы В, витамины РР, Н, К, С, фолиевая кислота и др.), антибиотиков и незаменимых аминокислот. Кроме того, как указывалось выше, микроорганизмы принимают непосредственное участие в регуляции газового состава кишечника и других полостных структур организма человека посредством изменения скорости размножения и интенсивности жизнедеятельности (функционирования) бактерий — продуцентов водорода и использующих его метанообразующих бактерий.

Важной представляется также дстоксикационная функция микробиоты. Сами микроорганизмы (живые и погибшие), а также негидролизуемые пищевые волокна (целлюлоза и др.) в совокупности формируют сорбент с большой адсорбционной емкостью, который связывает значительную часть токсических веществ экзогенного и эндогенного происхождения (фенолы, меркаптаны, амины и др.) и выводит их из организма с экскрементами. Определенная доля токсинов используется микробиотой для собственных нужд. Необходимо отметить определенный вклад микробиоты в регуляцию моторно-эвакуаторной функции кишечника. Дело в том, что некоторые продукты обмена веществ микроорганизмов, в частности упоминавшиеся выше летучие карбоновые кислоты и обнаруженные недавно вещества, близкие по химической структуре к нейромедиаторам, оказывают заметное влияние на сократительную активность гладкой мускулатуры кишки. Существенно, что определенные метаболиты микробов могут использоваться организмом человека в качестве биологически активных веществ (образуют единый пул с собственными физиологически активными агентами макроорганизма). В этой связи особого внимания заслуживает гамма-аминомасляная кислота — один из основных антистрессорных медиаторов. Клинические исследования показали, что у больных с заболеваниями кишечника, сопровождающимися развитием дисбиоза, уменьшение уровня данного вещества в крови отчетливо коррелирует со склонностью к повышенной возбудимости и тревожности и снижением порога болевой чувствительности. Проявляя выраженный антагонизм по отношению к патогенным и потенциально патогенным микробам, симбионтные микроорганизмы препятствуют их размножению на поверхности (и в объеме) биопленки и проникновению через эпителиальный пласт во внутреннюю среду макроорганизма (тканевую жидкость, лимфу, кровь). Например, кишечная палочка с помощью вырабатываемых ею бактериоцииов (колицииов) вызывает гибель патогенных энтеробактерий — шигелл и сальмонелл. Таким образом, благодаря этой функции симбионтной микробиоты обеспечивается колонизационная резистентность органов желудочно-кишечного тракта.

Также важной представляется способность кишечной микробиоты нейтрализовать некоторые вещества, обладающие канцерогенной активностью и свойством подавлять развитие злокачественно перерожденных (опухолевых) клеток в составе кишечного эпителия. Показано, что микроорганизмы — элементы микробиоты — играют важную роль в поддержании адекватного уровня активности (тонуса) иммунной системы макроорганизма. Считается, что это достигается во многом благодаря наличию в плазматической мембране клеток покровных эпителиев образраспознающих рецепторов, специфически связывающихся с ограниченным набором эволюционно консервативных молекулярных структур, которые наиболее часто встречаются в составе клеточной стенки различных микроорганизмов. В результате этого взаимодействия происходит активация эпителиоцитов и усиленное образование ими цитокинов (особых сигнальных молекул), посредством которых запускается целый каскад защитных, в том числе иммунных механизмов. В этом плане главная роль отводится факультативной (проходящей) микробиоте, а не облигатной, на которую иммунная система макроорганизма не реагирует. Кроме того, следует иметь в виду, что многие продукты метаболизма микробов и вещества, образующиеся при их распаде, являются индукторами медиаторов иммунитета (эйкозаноидов, интерлейкинов, фактора некроза опухоли, фактора активации тромбоцитов и др.).