72. Основы экологии микроорганизмов. Симбионты организма человека. Пищеварительный тракт. Проблема дисбактериоза.

Совокупность микробных биоценозов, встречающихся в организме здоровых людей, составляет нормальную микрофлору человека. Заселение бактериями различных частей тела, органов и систем организма начинается в момент рождения человека и продолжается на протяжении всей его жизни. Формирование качественного и количественного состава нормальной микрофлоры регулируется сложными антагонистическими и синергическими отношениями между отдельными ее представителями в составе биоценозов.

Состав микрофлоры может меняться в зависимости: от возраста, от условий внешней среды, от условий труда и социальной сферы, от рациона питания, от перенесенных заболеваний, от травм, от стрессовых ситуаций

Любой человеческий организм содержит две группы микроорганизмов

1. Постоянная (резидентная или естественная микробиота): Стабильный состав. Обычно обнаруживаются в определенных местах тела человека определенного возраста. После нарушений состав быстро спонтанно восстанавливается

2. Транзиторная (временная микробиота): Не обитает постоянно. Попадает на кожу или слизистые оболочки из окружающей среды, не вызывая заболеваний. Быстро отмирают

Присутствие транзиторной микрофлоры определяется:

*поступлением микробов из окружающей среды

*состоянием иммунной системы организма хозяина

*составом постоянной нормальной микробиоты

Однако если в составе нормального ценоза и/или в состоянии иммунной системы макроорганизма происходят изменения, транзиторные микроорганизмы могут вызывать заболевания – эндогенные инфекции.

Микрофлора ЖКТ локализуется не только в просвете кишечника, но и в слизи, прокрывающей эпителий и в самой оболочке.

Экологические ниши для представителей автохтонной микрофлоры:

1. Пристеночная:

а) Облигатная группа анаэробных микроорганизмов располагается в глубоких слоях кишечной слизи и в криптах ворсинок

б) Факультативная группа – в поверхностных слоях слизи

2. Просветная: Транзиторная микрофлора находится в просвете кишечника

Полость рта является благоприятной средой обитания для многих видов бактерий; в ней имеется достаточное количество питательных веществ, оптимальная температура, слабощелочная реакция.

В ней находятся естественные обитатели: молочнокислые бактерии:

Lactobacillus acidophilus, L. salivarius, L. casei, L. plantarum, L. fermenti, L. buchneri;

Treponema macrodentium,

бактерии родов Micrococcus, Streptococcus (преобладают Str. salivarius), Corinebacterium, Entamoeba gingivalis

Иногда встречаются бактерии родов Bacterioides, Wolionella.

Энтерококки, по данным некоторых авторов, тоже относятся к резидентным микроорганизмам, а вот появление в ротовой полости бактерий родов Klebsiella и Escherichia свидетельствует о развитии серьезного дисбактериоза. В полости рта обнаруживают посторонние или заносные микробы, которые поступают из внешней среды вместе с пищей, водой и воздухом.

Большое количество микробов обнаруживают у шейки зубов, в промежутках между зубами, в участках, малодоступных обмыванию слюной и действию лизоцима, содержащегося в слюне и мокроте. В развитии микроорганизмов в органах полости рта важную роль играют химический состав твердых тканей и пульпы зуба, а также биохимические процессы, происходящие в них.

В миндалинах довольно часто обитают стрептококки, стафилококки, аденовирусы

В условиях физиологической нормы в содержимом желудка микробы не обнаруживаются вовсе, либо их количество в 1 мл не превышает 103, встречаются кислотоустойчивые бактерии. Наиболее часто встречаются: Lactobacillus , Streptococcus , Sarcina , грибы. Лактобактерии желудка представлены в основном L . acidophilus и L . fermenti , реже L . casei и L . bravis .

Обнаружение бактерий родов Escherichia и Bacterioides может свидетельствовать о патологии желудочно-кишечного тракта.

В тощей кишке здоровых людей среда может быть стерильной, хотя чаще в верхних отделах обнаруживают бактерии родов Streptococcus , Staphylococcus , молочнокислые палочки, грамположительные аэробы и грибы. Общее количество микроорганизмов в этом отделе не превышает 104–105 клеток в 1 мл кишечного содержимого. В дистальном отделе подвздошной кишки количество увеличивается до 107–108, появляются анаэробные бактерии.

В микробном биоценозе толстой кишки практически здорового взрослого человека преобладает анаэробная микрофлора (96–99 % от всего количества микроорганизмов в 1 мл кишечного содержимого)

Функции микроорганизмов желудочно-кишечного тракта:

*Антагонистическая функция

*Витаминообразующая функция.

*Иммунизирующая функция.

*Участие микрофлоры кишечника в обмене веществ.

Механизм развития патологических проявлений до сих пор до конца не изучен.

Дисбактериоз сопряжен с нарушениями в состоянии иммунной системы. Нарушение нормофлоры, состояние иммунного статуса и проявление болезни дисбактериоза следует рассматривать в единстве. Роль пускового механизма в каждом конкретном случае может принадлежать любому из этих компонентов триады.

стадий развития дисбиоза кишечника:

1-я стадия – изменения бифидо- и лактофлоры в количественном составе, появление Е. coli со сниженной ферментативной активностью;

2-я стадия – к предыдущим изменениям добавляется выделение гемолитических штаммов Е. coli, повышение содержания условно-патогенных энтеробактерий (УПЭ) в моноварианте;

3-я стадия – состояние 2-й стадии усугубляется выделением УПЭ в ассоциациях между собой, повышение содержания протеев.

Классификация (1973 г.) О.П. Марко и Т.К. Корневой и дополненная Й.Б. Куваевой и К.С. Ладодо (1991). 1. Степень (Д I) – латентная фаза дисбактериоза, проявляется только в снижении на 1–2 порядка количества защитной молочно-кислой флоры – бактерий родов Bifidobacterium , Lactobacillus , а также полноценных кишечных палочек, до 80 % общего количества. Остальные показатели соответствуют физиологической норме. В этой фазе возможно вегетирование в кишечнике отдельных представителей условно-патогенной флоры в количестве 103. Как правило, начальная фаза не вызывает дисфункций кишечника. Изменения достаточно стойкие.

2. Степень (Д II) – пусковая фаза, характеризуется выраженным дефицитом бактерий рода Bifidobacterium на фоне нормального или сниженного количества бактерий рода Lactobacillus или их сниженной кислотообразующей активности, дисбалансом в количестве и качестве кишечных палочек; при этом снижается количество полноценных бактерий рода Escherichia . На фоне дефицита защитных компонентов кишечного микробиоценоза происходит размножение либо коагулирующих плазму бактерий рода Staphylococcus , либо Proteus до 105 и выше КОЕ/г, либо грибов рода C а ndida . Функциональные расстройства пищеварения выражены неотчетливо. Изменения микрофлоры держатся длительно

3. (Д III) – фаза агрессии аэробной флоры, характеризуется отчетливым нарастанием содержания микроорганизмов с признаками агрессии. В ассоциации размножаются до десятков миллионов Staph. aureus и Proteus mirabilis или других видов Proteus, гемолитические бактерии родa Enterococcus, происходит замещение полноценных бактерий родa Escherichia бактериями родов Kiebsiella, Enterobacter, Citrobacter и др. Эта фаза дисбактериоза, как правило, проявляется дисфункциями и развивается на фоне расстройства его моторной, всасывательной и ферменто-выделительной деятельности. Сдвиги в микрофлоре толстого кишечника сопровождаются бактериальным заселением вышележащих отделов желудочно-кишечного тракта, вплоть до ротовой полости. Снижается иммунологическая реактивность макроорганизма и возникают ответные его реакции на микрофлору.

4. Степень (Д IV) – фаза ассоциированного дисбактериоза, характеризуется глубоким дисбалансом кишечного микробиоценоза с изменением количественных соотношений основных групп микроорганизмов, их биологических свойств, осуществляемых ими биохимических процессов, накоплением энтеротоксинов, цитотоксинов и других токсических метаболитов. В этой фазе необходимо особенно тщательно изучать представителей семейства Enterobacteriaceae , так как возможно вегетирование энтеропатогенных серотипов Е. coli , бактерий родов Salmonella , Shigella и других возбудителей острых кишечных инфекций. Эта фаза сопровождается функциональными расстройствами пищеварительной системы и нарушениями общего нутритивного статуса. Изменения в микрофлоре толстого кишечника сопровождаются выходом симбионтов за пределы кишечного тракта и выявлением их в других органах и субстратах (кровь, моча и др.). Появляются дополнительные очаги патологического процесса (метастатированный дисбактериоз).

Причины дисбактериоза кишечника

* нео- и постнатальная патология ребенка, в том числе внутриутробное инфицирование плода, недоношенность, врожденные дефекты желудочно-кишечного тракта

* нарушение естественного вскармливания ребенка, в том числе позднее прикладывание ребенка к груди матери; искусственное вскармливание пастеризованным донорским молоком или питательными смесями, переход с естественного вскармливания на прикорм и докорм; у взрослых – нарушение режима питания;

Причины дисбактериоза кишечника:

1. Микробной природы: брюшной тиф, дизентерия, вирусный гепатит,ротовирусная и энтеровирусная инфекции, сальмонеллезы, эшерихиозы, кампилобактериозы

2. Немикробной природы: хронический гастрит, язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, дисферментозы различного генеза, заболевания печени, болезни поджелудочной железы

Причины дисбиозов: микробное заболевание других органов и тканей: сепсис, пневмония, гнойная хирургическая инфекция и др.; длительная антибиотико-, химио- и гормонотерапия; длительное пребывание в стационарах различного профиля и, как следствие, колонизация кишечника госпитальными штаммами микроорганизмов (S. aureus, Klebsiella, Pseudomonas и др.); длительное пребывание в условиях замкнутой экологической системы с однообразными условиями питания (космонавты, подводники, полярники и т.д.); беременность, другие гормональные изменения, психические заболевания, стресс, неблагоприятная экологическая обстановка

В зависимости от причины различают:

*«пищевой» дисбактериоз носит временный характер, нивелируясь при адекватной организму диете;

*«стрессорный дисбактериоз» регистрируется при длительном пребывании в необычных условиях (тяжелая физическая работа и др.);

*«возрастной» и «сезонный» дисбактериоз возникает у здоровых людей, что говорит об условности нормы для кишечного микробиоценоза;

*«лекарственные», особенно антибиотико-зависимые дисбактериозы отличаются наибольшей стабильностью и могут иметь серьезные последствия.

Симбиоз – человек и бактерии: Организм человека тоже входит в эту взаимосвязанную систему. Свидетельством этому является то, как в пищеварительном тракте человека тихо и незаметно трудятся множество полезных бактерий. Эти бактерии способствуют пищеварению, образуют необходимые витамины и отражают атаки врагов. А человек дает им приют и пищу.

Симбиоз – животные, грибы, бактерии: В животном мире подобные содружества тоже не редки. Например, в многокамерном желудке жвачных животных: коров, овец и оленей, присутствуют различные бактерии, грибки и простейшие. Эти микроорганизмы расщепляют клетчатку растительных волокон, чтобы превратить их в питательные вещества. Бактерии участвуют в пищеварении и у некоторых насекомых, которые питаются клетчаткой, это жуки, тараканы, чешуйницы, термиты и осы.

Пример симбиоза – бактерии в почве: Почва тоже полна живыми организмами. В 1 кг здоровой почвы могут жить бактерии (более 500 млрд), грибки (более 1 млрд) и многоклеточные организмы – от насекомых до червей (до 500 млн). Многие организмы занимаются переработкой органических веществ: экскрементов животных, опавших листьев и прочих. Азот, который при этом выделяется, необходим для растений, а углерод, преобразованный ими в углекислый газ, требуется для фотосинтеза.

Симбиоз растений: Горох, соя, люцерна и клевер живут в тесном содружестве с бактериями и позволяют им «инфицировать» корневую систему. На корнях бобовых растений бактерии образуют клубеньки (бактероиды), где они и поселяются. В задачу этих бактероидов входит превращение азота в соединения, чтобы бобовые могли их усваивать. А бактерии от бобовых растений получают необходимое им питание.

Для жизни всех деревьев, кустов и трав крайне необходимы грибки или плесени. Такое взаимодействие под землей помогает растениям впитывать влагу и минералы: фосфор, железо, калий и др. А грибки питаются от растений углеводами, так как не могут сами производить питание себе из-за отсутствия хлорофилла.

Орхидея зависит от грибков в большей степени. Чтобы очень мелкие семена орхидеи в дикой природе могли прорасти, требуется помощь грибков. У взрослых растений орхидеи довольно слабая корневая система, которую тоже поддерживают грибки – они формируют мощную систему питания. В свою очередь, грибки получают от орхидеи витамины и соединения азота. Но орхидея контролирует рост грибков: как только они разрастаются и выходят за пределы корня на стебель, она тормозит их рост с помощью природных фунгицидов.

Симбиоз насекомых и растений: Ещё один пример симбиоза: пчёлы и цветы. Пчела собирает нектар и пыльцу, а цветок нуждается в пыльце других цветов, чтобы размножаться. После того, как произойдёт опыление, в цветке уже нет пищи для насекомых. Как они об этом узнают? У цветов теряется аромат, опадают лепестки или меняется цвет. И насекомые летят в другое место, где ещё есть для них пища.

Содружество муравьёв, растений, насекомых. Для некоторых муравьёв растения предоставляют жилище и пропитание. За это муравьи производят опыление и распространение их семян, доставляют им питательные вещества и защищают растения от травоядных млекопитающих и других насекомых. Муравьи, которые поселяются в шипах акации, спасают её от вредных вьющихся растений, они уничтожают их на своем пути, когда «патрулируют» территорию, а акация угощает их сладким соком.

Другие виды муравьев имеют свои «скотоводческие фермы» по разведению тлей. Тли выделяют сладкую росу, когда муравьи слегка щекочут их усиками. Муравьи пасут тлей, доят их для своего пропитания и защищают. На ночь муравьи загоняют тлей в свое гнездо для их безопасности, а утром выводят пастись на молодые сочные листья. В одном муравейнике могут насчитываться многотысячные «поголовья» тлей.

Муравьи могут выращивать и бабочек некоторых видов, когда они находятся в стадии гусениц. Пример симбиоза муравьёв мирмика и бабочек голубянка ариона. Совершить свой жизненный цикл без этих муравьёв бабочка не может. Находясь в жилище муравьёв в стадии гусеницы, бабочка кормит их сахаристыми выделениями. А превратившись в бабочку, она просто выпархивает из муравейника целая и невредимая.

Примеры симбиоза птиц и животных:
Ушастая сова приносит в свое гнездо с птенцами узкоротую змею. Но змея не трогает птенцов, она исполняет роль живого пылесоса — её пищей в гнезде являются муравьи, мухи, другие насекомые и их личинки. Птенцы, живущие с такой соседкой, быстрее вырастают и более живучи.

А птичка, называемая сенегальской авдоткой, дружит не со змеёй, а с нильским крокодилом. И хотя крокодилы охотятся на птиц, авдотка устраивает своё гнездо около его кладки и крокодил её не трогает, а использует эту птичку в качестве часового. Когда грозит опасность их гнёздам, авдотка сразу подаёт сигнал, и крокодил тут же спешит защищать своё жилище.

В морском рыбьем царстве тоже есть «службы чистоты», в которых трудятся креветки-чистильщики и разноцветные бычки. Они избавляют рыб от наружных бактерий и грибков, удаляют повреждённые и больные ткани, а также приставших ракообразных. Крупных рыб порой обслуживает целая бригада таких чистильщиков.

Симбиоз гриба и водоросли. На стволах деревьев или на камнях, на спинах живых насекомых можно увидеть наросты серого или зелёного цвета, называемые лишайниками. И насчитывается их около 20 тысяч видов. Что собой представляет лишайник? Это не единый организм, как может показаться, это – взаимовыгодное содружество гриба и водоросли.

Что их объединяет? Так как грибы не производят себе пищу, они своими микроскопическими нитями опутывают водоросли и поглощают сахара, которые те производят путём фотосинтеза. А водоросли получают от грибов необходимую влагу, а также защиту от палящего солнца.

Симбиоз водорослей и полипов. Коралловые рифы – это чудо симбиоза водорослей и полипов. Водоросли полностью покрывают полипы, делая их особенно красочными. Водоросли часто весят в 3 раза больше, чем полипы. Поэтому кораллы можно отнести скорее к растительному миру, чем к животному. Путем фотосинтеза водоросли производят органические вещества, из которых 98% они отдают полипам, которые ими питаются и строят рифообразующий известковый скелет.

Для водорослей от этого симбиоза двойная польза. Во-первых, отходы жизнедеятельности полипов: углекислый газ, соединения азота и фосфаты служат им питанием. Во-вторых, прочный известковый скелет защищает их. Так как водорослям необходим солнечный свет, коралловые рифы растут в чистых и освещённых солнцем водах.

Итак, мы поняли, что мутуализм, один из основных видов симбиоза, это широко распространённая форма взаимовыгодного сожительства, когда существование каждого из них зависит от обязательного присутствия партнёра. Хотя каждый из партнёров действует эгоистично, отношения становятся выгодными для них, если получаемая польза выше затрат, требуемых на поддержание этих взаимоотношений.

Симбиоз корневых клубеньковых бактерий и растений

Такой тип симбиоза наиболее известен у бобовых растений, но исследователи выявили клубеньковые бактерии и у представителей других семейств флоры, например, у некоторых видов ольхи (семейство березовых). Клубеньки на корнях наполнены специфичными бактериями-азотфиксаторами.
Эти бактерии обладают уникальной способностью связывать, или фиксировать, атмосферный азот (находящийся в воздухе вокруг Земли в огромных количествах, но в нейтральной (совершенно недоступной растениям) и снабжать им растение-хозяина. От растения же бактерии получают питательные вещества - углеводы и др.

Такая форма симбиоза положительно сказывается на обоих участниках-симбионтах: бактерии нормально проходят свой цикл развития и параллельно благополучно, при достатке азота, самого необходимого элемента питания, развивается растение; в большинстве случаев речь идет о бобовых растениях. Такой источник азота для растений называют биологическим, а бобовые растения, по словам К. А. Тимирязева (1957), являются обогащающей почву культурой, так как в отличие от подавляющего числа растений, в том числе сельскохозяйственных культур, не только не обедняют почву, используя имеющийся в ней минеральный азот (почвенный источник азота), но и насыщают почву соединениями азота.

Насыщение происходит при выращивании бобовых растений, последующем разложении их корней и листьев. Кроме этого, бобовые растения отличаются повышенным внутренним содержанием азота, в частности сырого протеина, основную долю которого (до 80-90% - прим.. Так что, обсуждаемый тип симбиоза имеет очень большое значение в природе и особенно при культивировании растений, обеспечивая их высокую питательность и урожайность и одновременно - восстановление и повышение почвенного плодородия.
Этот факт удивительно эффективного сожительства бобовых растений и бактерий должен оцениваться как счастливый случай и щедрый подарок природы человеку!

Симбиоз бактерий и человека

Между человеком и бактериями установлены прочные отношения сотрудничества, называемого симбиозом. Бактерии помогают практически всем системам организма, например, иммунной - в защите от вирусов, ЖКТ - в переработке и усвоении пищи. Клетки эпителия, в зависимости от ситуации, выделяют специальные вещества, одни из которых привлекают бактерии (аттрактанты), другие – отпугивают (репелленты). Таким образом организм регулирует и обеспечивает благоприятную микрофлору.

Причиной всех инфекционных болезней является не сам факт попадания в организм болезнетворных бактерий, а нарушение бактериального баланса (дисбактериоз). В организме абсолютно здорового человека находятся возбудители практически всех болезней. Но они находятся как бы в спячке – естественная микрофлора подавляет их настолько, что они не могут вызвать никаких нарушений. Болезнь возникает только в том случае, если для нее есть предрасположенность.

Такое состояние называется предболезнью и характеризуется тем, что процессы распада тканей начинают преобладать над процессами их восстановления. Если организм ослаблен и не может справиться с этим своими силами, то на помощь приходят бактерии, для которых продукты распада являются пищей. Своими ферментами бактерии расщепляют отмершие ткани до «строительных кирпичиков», которые организм использует для сборки новых клеток. Так что бактерии в очаге болезни просто необходимы. Но организму нужно держать их под контролем и вовремя локализовать очаг болезни.

Исходя из вышесказанного, становится очевидным, что применение антибиотиков, так распространенное сегодня, является далеко не самым лучшим вариантом лечения. Мы отнюдь не станем более здоровыми, если максимально очистимся от бактерий. Важнее поддерживать подвижное бактериальное равновесие, чем бросаться в крайности. Ведь антибиотики убивают всю микрофлору без разбора. Кроме того, под влиянием антибиотиков бактерии начинают активно мутировать и становятся все менее восприимчивыми к ним, а вещества, которые бактерии выделяют для своей защиты, являются для человека крайне токсичными. В итоге взаимовыгодный симбиоз превращается во взаимную агрессию с печальными последствиями для обеих сторон.

Симбиоз бактерий и водорослей

Симбиоз бактерий и водорослей имеет место на начальных этапах самоочищения воды в прудах. К концу процесса очистки симбиоз сменяется антагонизмом. За счет выделения водорослями бактерицидных веществ происходит отмирание бактерий, и в частности патогенных кишечной группы. Поэтому в процессе доочистки сточных вод в биологических прудах имеет место не только удаление биогенных и органических веществ, но и бактериальных загрязнений. Как уже указывалось, для целей доочистки должны применяться строго аэробные биологические пруды. Важное значение имеет перемешивание воды, которое препятствует образованию анаэробных зон и способствует процессам стабилизации качества воды.

Симбиоз бактерий и водорослей имеет место на начальных этапах самоочищения воды в прудах. К концу процесса очистки симбиоз сменяется антагонизмом. За счет выделения водорослями бактерицидных веществ происходит отмирание бактерий, и в частности патогенных кишечной группы.

Поэтому в процессе доочистки сточных вод в биологических прудах имеет место не только удаление биогенных и органических веществ, но и бактериальных загрязнений. Как уже указывалось, для целей доочистки должны применяться строго аэробные биологические пруды. Обязательными условиями нормальной работы таких прудов является соблюдение оптимальных для водных организмов реакции среды (рН) и температуры, а также наличие растворенного. Важное, значение имеет перемешивание воды, которое препятствует образованию анаэробных зон и способствует процессам стабилизации качества воды.

Симбионты членистоногих

Внутриклеточные бактерии обнаружены у многих представителей отрядов насекомых и у клещей. У насекомых симбионты обычно располагаются в клетках специальных органов-мицетомов-или в определенных участках тела в специализированных клетках - мицетоцитах. Существует большое разнообразие анатомической организации мицетомов и способов передачи симбионтов потомству.

Симбионты обычны у форм насекомых, питающихся древесиной, соком растений или кровью, и отсутствуют у хищных форм, например, у хищных клопов. Однако у таракановых симбионты присутствуют всегда и у всех видов независимо от хаpaктера питания. Симбионтами обладают насекомые обоего пола или только самки (например, у некоторых тлей). Потомству симбионты обычно передаются через яйца и лишь в редких случаях через сперму.

Распространение и развитие симбионтов в организме насекомого-хозяина находится под строгим контролем со стороны последнего.
Следует отметить, что формирование мицетомов не является реакцией организма насекомого на внедрение бактерий и происходит и у особей, лишенных симбионтов. При помощи бактерицидных веществ могут быть получены насекомые без симбионтов, однако жизнеспособные особи образуются только из яиц, зараженных симбионтами.

Симбиозы светящихся бактерий

В кишечнике многих морских животных, прежде всего рыб, развиваются светящиеся бактерии. Все светящиеся бактерии обнаруживают хитиназную активность и, видимо, в кишечнике осуществляют разрушение этого полимера, не атакуемого ферментами хозяина. Тем самым они способствуют более полному использованию пищи хозяином. Из кишечника светящиеся бактерии попадают в воду. Светящиеся скопления бактерий на остатках фекалий и на частицах детрита привлекают рыб и других животных, которыми и поедаются.

Таким образом, бактерии попадают в кишечник, являющийся для них основной экологической нишей.
Светящиеся бактерии могут входить в симбиотические системы иного характера, не связанные с пищеварением и иногда высокоспециализированные. Эти бактерии обнаруживаются в специальных светящихся органах, фотофорах, некоторых голоногих моллюсков и морских, преимущественно глубоководных, рыб. К настоящему времени светящиеся бактерии-симбионты обнаружены у 50 видов, представляющих 30 родов 11 семейств. Светящиеся бактерии населяют специальные органы - бактериофотофоры. Строение фотофоров и их расположение в теле хозяина может сильно варьировать. Состав веществ, экскретируемых в полость фотофора, неизвестен, но, очевидно, они поддерживают жизнедеятельность бактерий и регулируют их метаболизм. Свечение бактерий происходит только в присутствии молекулярного кислорода, который поступает из крови рыбы, причем, меняя тонус сосудов, она имеет возможность регулировать интенсивность свечения.

Фотофор снабжен светорегулирующими и светораспределительными устройствами, достигающими иногда удивительной сложности и совершенства. В фотофорах рыб обитают светящиеся бактерии различного систематического положения, но у представителей одного вида рыб это обычно представители одного вида бактерий.

Дата: 21.06.2012

Как известно, кишечник человека заселен множеством разнообразных бактерий, которые приносят неоценимую пользу: одни из них помогают переваривать пищу, другие являются важной частью иммунной системы. В ходе нового исследования американские ученые обнаружили еще одну важную роль бактерий-симбионтов — они принимают участие в уничтожении вирусов. Результаты исследования опубликованы в журнале Immunity .

«В ходе экспериментов на мышах мы установили, что бактерии-комменсалы посылают особые сигналы иммунной системе при появлении в организме вирусов, — объясняет доктор Дэвид Артис (David Artis), профессор микробиологии медицинской школы Перельмана при университете Пенсильвании (Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania). — Под влиянием этих сигналов ускоряется созревание клеток иммунной системы и повышается их чувствительность к вирусам. Без этих сигналов полноценный иммунный ответ развиться не может».

Исследователи проводили лабораторным мышам курс антибиотикотерапии, чтобы сократить количество кишечной флоры, после чего заражали их вирусом гриппа. У таких мышей развивался крайне слабый иммунный ответ на внедрение вируса, отмечались серьезные поражения органов дыхательной системы, и болезнь зачастую заканчивалась летальным исходом. Далее ученые проанализировали гены иммунных клеток-макрофагов мышей, которых лечили антибиотиками. Они отметили заметное снижение в макрофагах активности генов, отвечающих за антивирусный иммунитет и выработку интерферонов.

К бактериям-комменсалам относится не только кишечная флора, но и колонии симбиотических микроорганизмов, обитающих на поверхности кожи, в верхних отделах органов дыхания и во влагалище. Предыдущие исследования доказали, что люди, страдающие недостатком симбиотической флоры, подвержены развитию сахарного диабета , ожирения, рака, воспалительных заболеваний кишечника и других патологий.

Источник: http://www.ria-ami.ru/news/35070

Читайте также:

6,553 0 2012-06-18

Принципы инсулинотерапии сахарного диабета 2-го типа

До недавнего времени оставалось загадкой, каким образом термитам удается жить (и даже процветать), питаясь одной древесиной. Было известно, что разложение потребленной ими целлюлозы осуществляют бактерии — внутриклеточные симбионты простейших, которые в свою очередь обитают в кишечнике термита. Но целлюлоза — малопитательный субстрат; кроме того, она не может служить источником азота, который термитам нужен в гораздо большем количестве, чем он содержится в растительных тканях. Однако к поразительному заключению пришла недавно группа японских исследователей, взявшихся за изучение состава генома симбиотических бактерий жгутиконосцев. Наряду с генами, отвечающими за синтез целлюлазы — фермента, разрушающего молекулы целлюлозы, в геноме оказались гены, кодирующие ферменты, ответственные за азотфиксацию — связывание свободного азота атмосферы N 2 и превращение его в форму, пригодную для использования не только самими бактериями, но также жгутиконосцами и термитами.

Люди, далекие от биологии, порой путают термитов с муравьями, поскольку и те и другие ведут колониальный образ жизни, возводят крупные постройки (термитники и муравейники), а кроме того, характеризуются разделением труда между отдельными группами особей: у них есть рабочие, солдаты, а также производящие потомство самки (царицы) и самцы.

Однако сходство муравьев с термитами — чисто внешнее, объясняющееся возникшим в обеих группах общественным образом жизни. На самом деле эти насекомые относятся к разным, далеко не родственным, отрядам. Муравьи — перепончатокрылые, родственники ос и пчел. Термиты же образуют особый отряд, причем, в отличие от перепончатокрылых, они относятся к насекомым с неполным превращением (у них нет куколки, а личинка через ряд последовательных линек постепенно становится всё более похожей на взрослое насекомое).

Термиты не встречаются в умеренных, тем более — северных широтах, но они чрезвычайно многочисленны в тропиках, где являются основными потребителями растительных остатков. В отличие от многих других животных термиты могут питаться одной древесиной — точнее, клетчаткой (целлюлозой), с которой справляются чрезвычайно быстро. Любая деревянная постройка, возведенная в тропиках, подвержена разрушающей деятельности термитов. Дом, не имеющий специальной защиты, может быть буквально съеден термитами за несколько лет.

Исследователей давно занимал вопрос: как термиты справляются с разложением клетчатки (ведь это всегда считалось прерогативой бактерий и грибов!) и как они вообще могут обходиться столь малопитательным кормом? Долгое время считалось, что в переработке клетчатки термитам помогают простейшие — представители особой группы жгутиконосцев, которые обитают в кишечнике термитов. Но позднее выяснилось, что жгутиконосцы сами нуждаются в помощи эндосимбионтов — живущих в их клетках бактерий (эндосимбионт подразумевает «живущий в клетке»), которые и вырабатывают целлюлазу — фермент, разлагающий целлюлозу.

Таким образом, вся эта симбиотическая система устроена по принципу матрешки: в кишечнике термита живут жгутиконосцы, а внутри жгутиконосца — бактерии. Термиты находят пищу (растительные остатки или деревянные постройки), измельчают древесную массу и доводят ее до мелкодисперсного состояния, в котором ее могут поглощать жгутиконосцы. Затем за дело берутся живущие внутри жгутиконосца бактерии, которые и проводят основные химические реакции по переработке исходно малосъедобного продукта во вполне усвояемую форму.

Однако многое в этой системе оставалось неясным. К примеру, неизвестно было, откуда термиты черпают необходимый им азот (а его относительное содержание в телах животных, в том числе — термитов, существенно выше, чем в растительных тканях). Однако недавние исследования японских ученых позволили ответить на этот вопрос.

Объектом исследования Юити Хонго (Yuichi Hongoh) и его коллег из Исследовательского института РИКЕН в Сайтаме (RIKEN Advanced Science Institute, Saitama) и других научных учреждений Японии стала симбиотическая система массового в Японии термита Coptotermes formosanus . Вид этот, ведущий подземный образ жизни, известен как злостный вредитель, наносящий огромный ущерб деревянным сооружениям, причем не только на своей родине, в Юго-Восточной Азии, но и в Америке, куда он случайно был завезен. На борьбу с Coptotermes formosanus в Японии ежегодно расходуется несколько сот миллионов долларов, а в США — около миллиарда.

Обитающие в заднем отделе кишечника термита жгутиконосцы Pseudotrichonympha grassii относятся к роду, представители которого часто встречаются у разных термитов, ведущих подземный образ жизни. В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий, относящихся к отряду Bacteroidales и имеющих условное название «phylotype CfPt1-2».

В ходе работы жгутиконосцев извлекали из кишечника термита, разрушали мембраны их клеток и высвобождали из каждого по 10 3 -10 4 клеток эндосимбиотических бактерий. Полученную массу бактерий подвергали амплификации (увеличению числа копий имеющихся там молекул ДНК), после чего проводили поиск определенных последовательностей генов. В кольцевой хромосоме, содержащей 1 114 206 пар оснований, были выявлены 758 последовательностей, предположительно кодирующих белки, 38 генов транспортной РНК и 4 гена рибосомальной РНК. Обнаруженная совокупность генов позволила реконструировать в общих чертах всю систему метаболизма эндосимбиотической бактерии.

Самым поразительным стало обнаружение генов, ответственных за синтез тех ферментов, которые необходимы для азотфиксации (nitrogen fixation) — процесса связывания атмосферного N 2 и превращения его в форму, удобную для использования организмом. В частности, нашлись гены, отвечающие за синтез нитрогеназы — важнейшего фермента, осуществляющего расщепление прочной тройной связи в молекуле N 2 , а также гены, кодирующие другие необходимые для азотфиксации белки.

Авторы обсуждаемой работы отмечают, что на самом деле способность термитов к азотфиксации уже обнаруживалась ранее, но было неясно, какие симбиотические организмы за нее отвечают. Выявление ответственных за азотфиксацию генов у исследованных эндосимбиотических бактерий стало неожиданностью, поскольку раньше у бактерий этой группы (Bacteriodales) азотфиксация никогда не отмечалась. Помимо связывания N 2 и перевода его в NH 3 изученные бактерии по-видимому способны утилизировать и те продукты азотного обмена, которые образуются в ходе метаболизма самих простейших. Это важный момент, поскольку связывание N 2 требует больших энергетических затрат, и если в пище термитов азота хватает, то интенсивность азотфиксации можно и снизить.