Научное сообщение академика Олега Бухарина «Инфекционная симбиология», сделанное на очередном заседании Президиума РАН, затрагивает вопрос, вокруг которого в мировой науке сейчас происходит настоящий бум, и показывает, насколько вообще важна физиология как наука. Речь идет о восприятии организма человека не как отдельного объекта, но как совокупности собственно человеческого тела и триллионов микроорганизмов, своего рода саморегулярующей сети, или, как это называет академик Бухарин и его коллеги — микросимбиоценоз.
Для удобства читателей начинаем с предельно краткого популярного пересказа научной части заседания, потому что академик адресовал сообщение коллегам, знакомым с узкоспециальной терминологией. Из последовавшей дискуссии, которую мы также здесь приводим, значение темы и ценность доклада даже непосвященным становятся хорошо понятными.
* * *
В суть вопроса сразу вводит цитата из статьи Дж. Аккермана, которую привел член-корреспондент Г.С. Розенберг: «Когда-то человеческий организм рассматривался как физиологический островок, живущий самостоятельной, ни от кого не зависящей жизнью. Однако в последние десять лет стало окончательно ясно, что наше тело — вовсе не самодостаточная единица, а сложная экосистема — своего рода социальная сеть, включающая триллионы бактерий и других микроорганизмов. Традиционный взгляд на ее функционирование предполагает, что она находится в состоянии перманентной войны с чужеродными агентами. Почему же желудочно-кишечный тракт не становится ареной ожесточенной борьбы между иммунными клетками и триллионами заселяющих его бактерий? Этот вопрос до сих пор остается одной из загадок иммунологии». И эта загадка, говорит Г.С. Розенберг, успешно решается в работе академика О.В. Бухарина и его коллег.
Микробиология и медицина, и в самом деле, сегодня начинают по-новому переосмысливать систему «организм человека и населяющие его микроорганизмы». Эта саморегулирующаяся система и есть тот микросимбиоценоз, который многие годы изучается в оренбургской школе академика О.В. Бухарина. Инфекционная симбиология — новое направление, оно изучает взаимосвязи микросимбионтов с организмом «хозяина» при инфекционном процессе, причем, исход этих сложных взаимосвязей и определяет гомеостаз «хозяина». Механизм колонизационной резистентности — сейчас одно из самых загадочных и непонятных направлений в иммунологии, которым мало кто занимается. По сути дела, работы Олега Валерьевича — одни из первых, говорит член-корреспондент И.И. Долгушин.
Интересно, что высказанные в научном сообщении идеи могут быть приложены и к экологии сообществ, способ оценки микробного распознавания «свой-чужой» позволяет проводить «диагностику» не только организма человека, но и природных экосистем, говорит Г.С. Розенберг.
Процесс симбиоза зарождался на заре эволюции, когда только возникали какие-то новые формы жизни, сказал академик В.В. Зверев. Тогда возникли и симбиотические взаимоотношения, и системы. Все развивалось совокупно, не так, что каждый организм во что-то развивался — нет, именно этот симбиоз давал новые виды и происхождение каких-то новых форм жизни. Мы начинаем изучать океан, а основная масса того, что есть в нем — бактерии и вирусы, которые существуют в симбиозе.
Академик В.Е. Фортов, завершая дискуссию, поддержал высокую оценку, данную научному сообщению: мы должны подготовить программу по этой научной проблеме, сказал он, включить ее в программу фундаментальных исследований и выходить с ней, как минимум, в Министерство здравоохранения, у министра живой интерес, она готова нас поддерживать. Надо сформулировать этапы программы, сделав особый акцент на междисциплинарность — это объединит нас. Я знаю, что, к примеру, физики стали обращать большое внимание на то новое, что они могут сделать для медицины. Это — очень интересно.
* * *
Академик О.В. Бухарин. То, о чем предстоит рассказать — наработки Института клеточного и внутриклеточного симбиоза Уральского отделения РАН.
ХХI век меняет парадигмы, концептуальные подходы, рождает новую терминологию, не обошло это и физиологическую тематику: новое понятие «микробиом», означает совокупность всех видов микроорганизмов, проживающих на единой территории. С легкой руки нобелевского лауреата Дж. Ледерберга появился новый термин «суперорганизм», рассматривающий наш организм со всей группой населяющих его микробных клеток — т.е. та самая платформа, где происходят перестройки и трансгеномные модуляции микросимбионтов. Элемент новизны заключается, прежде всего, в некотором разочаровании от тех генетических исследований, которые выявляют огромное количество нового генного материала у микробов, населяющих наш организм, и массу неизвестных доселе физиологических функций микробного мира.
Известная фраза «секрет эволюции — долгая жизнь в симбиозах» принадлежит биологу Л. Маргелис, написавшей изумительную книгу по эволюции — о роли симбиоза в эволюции клетки, и эта книга усилила интерес к симбиологии. Основоположником симбиоза считается Антуан де Бари, который рассматривал симбиоз как продолжающееся тесное сосуществование организмов. Причем, наиболее очевидной и известной формой симбиоза рассматривается и оценивается именно паразитизм.
ХХI век ознаменовался новыми концептуальными подходами — появился т.н. «ассоциативный» симбиоз: открытая интегральная система, где принимает участие основная платформа организма — «хозяин». Плюс к этому могут быть и помощники, существующие с этим «хозяином», учитывается также и роль ассоциантов — тех привходящих микроорганизмов, которые в ряде случаев могут нарушить или поддерживать это «мирное сосуществование».
Все это имеет значение, чтобы оценить — как здесь действительно обстоят дела. Для нас это оказалось чрезвычайно важным, поскольку в этой трехзвеньевой структуре мы с вами видим «хозяина», видим расположение доминантной микрофлоры и тех симбионтов, которые могут нарушить этот гомеостаз.
Четко определены три вектора — в частности: доминантная флора и «хозяин», «хозяин» и ассоцианты, и взаимодействующие между собой доминанты и ассоцианты, то, что в литературе носит название «микросимбиоценоз». Т.е. инфекцию мы можем рассматривать как своеобразную модель такого ассоциативного симбиоза. Взаимоотношения «хозяина» и доминирующей флоры медикам хорошо известны, как колонизационная резистентность организма, где для внедрения посторонних микробов имеются препятствия, где организм защищен и использует различные механизмы этого сопротивления.
Колонизационная резистентность организма являет собой своеобразную физиологическую контрольную систему за соблюдением проникновения как эндогенных, так и экзогенных патогенов. Микробиологи часто говорят, что организм человека являет собой своеобразный «буфет», когда микробы поселяются у нас, используют питательные ресурсы и существуют. Но мы-то знаем, что «бесплатного ланча не бывает» — за это им тоже приходится чем-то платить своему «хозяину».
Что же происходит? Оказывается, их полезная, синергидная функция для своего «хозяина» тоже имеет место. Расщепление пищевого субстрата — белковые, жировые, углеводные молекулы расщепляются, чтобы снабдить организм энергетическим ресурсом. Но микробная клетка со своим дополнительным ферментативным набором дорасщепляет эти продукты, и, тем самым, увеличивает кпд с точки зрения энергоресурса самого «хозяина» — и это ему очень выгодно.
Здесь же имеется «биофабрика» витаминов группы В, и мы знаем, что некоторые микробные клетки в состоянии снабжать нас этими витаминами. Уж кто-кто, а медики хорошо понимают, что когда им приходится осуществлять антибиотическую терапию тех или иных инфекционных заболеваний — то там, где «бьют чужих», задевают и «своих», т.е. страдает и нормальная микрофлора. Поэтому врачи-клиницисты с антибиотикотерапией подключают непосредственно и витаминотерапию.
О самой доминантной микрофлоре. Работая с кишечной микробиотой, мы имели возможность убедиться, что кишечная микробиота и, в частности, бифидофлора — «хозяйка», которая «в этой квартире» наводит порядок, дифференцирует «своих» и «чужих», и все ненужное отбрасывает. А дальше следует сигнал с передачей его на дендритные клетки и на остальное регуляторное звено врожденной защиты, которое, в принципе, и позволяет осуществить регуляцию этого гомеостаза. Это представляется очень важным и нужным. Еще существенная деталь: поскольку в нашем организме обитает на порядок больше анаэробных микроорганизмов, то детоксицирующая функция, которую они выполняют — это, по сути дела, исполнение роли «второй» печени. Иными словами, сама природа снабдила нас запасным органом бактериальной природы, когда удается осуществить детоксикационную функцию, в частности, в микробном исполнении.
Установлено, что при взаимодействии «хозяина» с нормофлорой для каждого биотока существует, как правило, свой собственный ключевой вариант «жильцов» — это было четко показано на модели, в частности, кишечного биотопа. Но возможны и отклонения, поскольку они всегда существуют.
Схема на сегодня сводится к следующему. «Красивые китайские иероглифы» — бифидобактерии — образное выражение Галины Ивановны Гончаровой, создателя бифидобактерина в нашей стране — непосредственно работают с этими патогенами: если это «чужаки», пытаясь их разрушить и избавиться от них. Плюс к этому передается с последующим сигналом на дендритную клетку тот самый прием, который воспринимает все это очень хорошо, с последующей работой и передачей сигнала на Т-хелперы SD4 и на регуляторное звено, а оно, в свою очередь, занимается поддержанием гомеостаза в биотопе. Схема — упрощенная, поскольку надо учесть, что кроме дендритной клетки, работают и лимфоциты (хотя их функция не до конца понятна); важно, что здесь они выбрасывают цитокины, которые в окружении дендритной клетки создают цитокиновый баланс, принимающий самое активное участие в регуляции нашего здоровья.
Я веду мысль к тому, что микробы, которые у нас есть, вмешиваются в тот процесс управления, которого мы хотим достичь. Иван Петрович Павлов говорил, что «объяснение — не есть цель науки, цель науки — власть». Поэтому в регуляции нам, конечно, важно знать механизм сам по себе, но надо научиться управлять этим процессом — что для нас очень существенно.
Итак, бифидобактерии — ключевые регуляторы этого гомеостаза. Они реализуют свою функцию непосредственно за счет дискриминации чужеродного материала с последующей передачей, т.е. последующим «сигналингом», включением регуляции этого гомеостаза «хозяина».
Клетки нашего организма (хозяина) имеют ряд защитных факторов, таких как лизоцим, лактоферрин, карнозин, интерферон и др., что вкупе с бифидофлорой в условиях кишечного биотопа является мощной преградой на пути проникновения болезнетворных (патогенных) микроорганизмов. И в ряде случаев они могут нарушить устоявшееся равновесие. Надо отдать должное: уже на первых этапах наши «постояльцы» — бифидобактерии первыми бросаются на выручку, завязывается своеобразная «разведка боем», когда наступающие силы — патогенные, чужеродные частицы — внедряются в организм, и первое опознание опасности полностью реализуется через это звено — очень существенно!
Известно, что организм «хозяина» хорошо защищен от инфекции, т.к. все живое должно быть защищено (иначе бы мы здесь с вами не сидели). Мы защищены за счет лизоцима, секретируемого слизистыми, лактоферрина, продуцируемого лактобациллами (палочка Дедерлейна), чистящими репродуктивный тракт женщины и уничтожающими стафилококковую флору, или, например, карнозин — дипептид, который содержится в эпителиальных клетках носовых ходов. Он оказывает существенный антимикробный эффект.
Увы, микробы тоже умеют хорошо приспосабливаться за счет антифакторов.
«На каждого мудреца довольно простоты» — полностью применимо к нашей постоянной борьбе микробных клеток и организма человека: если есть карнозин, то есть и антикарнозин.
Проведя огромную работу в течение двадцати лет по изучению факторов персистенции (переживания) микроорганизмов, мы нашли, что те же стафилококки, имея антикарнозиновую или антилизоцимную активность, являются классическими резидентами. Что это дает? — Это позволяет наладить диагностику. Изданы рекомендации, которые сегодня используются Службой Госсанэпиднадзора. И мы эти свои рекомендации реализовали на территориях с наличием газовых комплексов — в Казахстане, на Оренбургском нефтеперерабатывающем заводе, Астраханском месторождении. Все это было внедрено и использовано для проведения микроэкологического мониторинга в газоносных и газоперерабатывающих регионах страны (Карачаганак, Астрахань, Оренбург), не говоря уже о диагностике резидентного стафилококкового бактерионосительства и его санации.
Наконец, третье звено — микросимбиоценоз. Это — очень интересная страница наших исследований. Начнем с расшифровки термина. «Микрос» — «мало», в самом деле — речь идет о микробах. «Симбиоз» — «живущие вместе». А что такое «ценоз»? — Слово не латинского происхождения, а греческого, означает «общение». Образно говоря, «малые ребята», собравшись вместе, общаются. Микросимбиоценоз это единая динамическая система, которая представлена многочисленными консорциумами, в частности, с учетом их симбиотических связей — для создания гомеостаза: как для равновесия самих микробов, так и для «хозяина». Это имеет чрезвычайно большое значение.
О системообразующем факторе: важнейшей функцией микросимбионтов является репродукция — все живое имеет способность к репродукции, к размножению, и это главное — биологи прекрасно это знают. Критерием оценки репродукции микробов является их число или, как называют микробиологи, — колониеобразующие единицы (КОЕ).
Физиологи также обращают внимание на то, насколько хорошо и быстро адаптируется организм — если ты не можешь адаптироваться, ты не жилец на этой планете. Мы выбрали две характеристики — биопленкообразование (БПО) и антилизоцимную активность (АЛА). Понятно, что в одиночку планктонным микробам тяжело жить, и никто их не защищает, тогда как в биопленках, с которыми мучаются хирурги и медицинский персонал, микробы выживают очень хорошо. И еще АЛА — параметр, который для нас тоже чрезвычайно важен, потому что он носит универсальный характер.
Присутствие в ассоциативном симбиозе бактерий само по себе неоднозначно: когда к доминантной флоре присоединяется ассоциант с высоким уровнем АЛА, то он может интерферировать (вытеснить) наших защитников. Ситуация, когда мы сталкиваемся с дисбиозом и говорим: «вот — первые неполадки начались».
Когда перед нами — ассоциант, микроб, которого мы не знаем: «свой» или «чужой», хороший или плохой, мы берем его экзометаболиты и обрабатываем собственного защитника, то есть нашу бифидум-клетку, после чего у этой клетки мы получаем ее метаболиты, и этими метаболитами воздействуем на исследуемую клетку (но только на чистую клетку!) и определяем три эти параметра для большей достоверности. Определяем ростовые свойства, антилизоцимную активность и биопленкообразование у исследуемой бактерии. Это дает нам возможность оценить результаты. В том случае, если это «свои» клетки, то здесь антагонизма нет, т.е. нет угнетения со стороны нашей флоры всех трех признаков. А когда флора «чужая», тогда наблюдается резко выраженный антагонизм, в этом случае мы видим снижение признака. Причем, это происходит настолько четко, что стало возможным таким образом сортировать, отбирать, где «свой», а где «чужой». И уж как тут не вспомнить: «свой – своему поневоле друг».
Я не знаю, когда, например, военный самолет летит, а оператор решает «сбивать или не сбивать» — по каким кодам он решает вопрос «свой-чужой»? В биологии и в медицине мы можем использовать чисто физиологический подход, который сам по себе позволяет это определить:
это алгоритм микробного распознавания «свой-чужой» в микросимбиоценозе по оппозитному феномену, то есть по усилению или подавлению непосредственно размножения и адаптации в паре доминант-ассоциант. И это обязательное условие, с которым приходится считаться.
Мы говорим о биокоммуникативных позициях, т.е. об общении микробов. Да, действительно, у микробов есть своя, образно говоря, «социальная жизнь» — то ли в условиях нашего организма, то ли во внешней среде. Это, так называемая, этология — поведение микробов, т.е. речь идет о поведенческих реакциях. Вот конкретный пример. Один из признаков кишечной палочки — антилизоцимная активность, по которой можно оценить популяционную структуру этой палочки в естественном виде. Если берете петлей микробную клетку и рассеваете из нее сто клонов, то они все имеют этот признак, по-разному выраженный. Это экспрессия АЛАпо Тимофееву-Рисовскому (выраженность признака), а с другой стороны — пенетрантность, когда есть признак или нет признака.
Математики помогли нам обобщить и посчитать количественные и качественные изменения. И вот, что получается после обработки сигнальными молекулами: число микробов уменьшилось. Согласитесь, насколько это заманчиво: скажем, дать команду в условиях, когда у пациента септическое состояние и тогда было бы не нужно выливать целые ведра антибиотиков, а можно было бы попытаться притормозить размножение таким сигнальным способом, обманув эти микробные клетки. Этот вариант не сбрасывается со счетов. А феномен этот называют QS (чувство кворума).
Некоторый итог. Мы говорим, что инфекционная симбиология — раздел физиологической науки, который изучает взаимодействие, отношения между «хозяином» и микробными клетками, прежде всего, в плане их биокоммуникативных связей, биокоммуникативных отношений.
Что составляет основу этой инфекционной симбиологии? Ее структура. Инфекция — трехзвеньевая, трехвекторная модель ассоциативного симбиоза. И те свойства, которые определяют персистенцию микроорганизмов — прекрасная биомишень. Можно ориентироваться и вести ряд практических наработок. Далее — защита с нормофлорой на примере кишечного биотопа показывает, насколько это перспективно. Мы сделали это применительно к кишечному биотопу, но биотопов масса. Надо изучать, определять ключевые виды, надо определять, кто «в доме хозяин» в каждом биотопе для того, чтобы научиться управлять этим процессом.
Здесь показано, что эта защита определяется способностью различать «свой-чужой» с последующим включением инициального этапа «сигналинга» на регуляцию иммунного гомеостаза биотопа.
И, наконец, что нам это дает? Инфекционная симбиология, по сути дела, технологическая платформа (ее можно так представить), которая позволяет нам искать новые механизмы инфектологического профиля и одновременно это платформа для получения новых биопрепаратов не только пробиотиков, но и синбиотиков, когда удается сложить, образно говоря, и целостные клетки, и одновременно их метаболиты. Вот та перспектива, которая здесь открывается. А отсюда как говорят в народе: «рукой подать» до разработки системы оценки качества предлагаемых биопрепаратов пробиотического и синбиотического профиля, для которых такая система контроля пока отсутствует.
* * *
Член-корреспондент РАН Г.С. Розенберг. В докладе академика О.В. Бухарина освещен, если можно так сказать, медицинский аспект направления — инфекционной симбиологии, которая призвана изучать взаимодействия микросимбионтов с «хозяином» при инфекции в условиях их взаимоотношений. Но на проблему можно взглянуть и с общебиологических позиций. Ассоциативный симбиоз современных медико-экологических исследований во многом близок к экологическим представлениям о консорции, как структурной единице экосистемы. Эти представления были сформулированы в начале 50-х годов XX столетия зоологом, академиком АМН СССР Владимиром Николаевичем Беклемишевым и геоботаником, профессором Леонтием Григорьевичем Раменским.
В концепции ассоциативного симбиоза, включающей три основных блока («хозяин-доминант» макропартнер; ядро или детерминант консорции; своеобразный центр организации ассоциативного сообщества «хозяин — ассоциант» и микросимбиоценоз). Одним из наименее изученных является последний, который, именно он, во многом обеспечивает функциональное состояние организма «хозяина».
Под микросимбиоценозом в школе академика О.В. Бухарина понимается открытая саморегулирующаяся система, представленная совокупностью популяций микроорганизмов аутохтонных (присущие конкретной области) и аллохтонных видов (обычно в них не встречающихся), находящихся в сложных взаимосвязях, исход которых определяет гомеостаз «хозяина». При заселении биотопов человека между микроорганизмами складываются различные взаимоотношения, которые определяются качественной и количественной характеристикой «микробного пейзажа» (по образному выражению профессора Ю.В. Несвижского с соавторами).Так выглядит ассоциативный симбиоз в рамках инфекционной симбиологии. Однако хочу обратить внимание на три основные причины, которые заставили систематизировать накопленный к настоящему моменту оригинальный материал по этой проблематике.
Во-первых, это введенное в 2001 г. Джошуа Ледербергом (Нобелевская премия по физиологии и медицине 1958 г.) понятие «микробиом» — совокупность генов всех синантропных, симбиотических и патогенных микроорганизмов, оказывающих влияние на среду, в которой они существуют (в т. ч. на человека, поскольку, согласно современным воззрениям, человеческий организм столь густо населен самыми разнообразными микробами, что существовать без них не способен в принципе).
Во-вторых, академик О.В. Бухарин и его коллеги говорят о наметившемся повороте «научной мысли с «генетических рельсов» на «симбиотическую дорогу»», чему способствовало введение тем же Ледербергом понятия «суперорганизм». Заметим, что еще в 1883 г. американский лимнолог С. Форбс высказал мысль, что «группа или сообщество животных подобны организму»; термин «суперорганизм» был предложен в 1910 г. американским мирмекологом У. Уилером на основе его работ по муравьям (для обозначения колоний социальных насекомых), а потом использовался геоботаником Ф. Клементсом (1916 г.) в рамках его организмистской концепции и гидробиологом А. Тинеманном (1924 г.) как синоним «биоценоза». Сегодня концепция суперорганизма переживает второе рождение и вновь рассматривается даже на социально-экологическом уровне.
Наконец, третья причина — это возрастание роли симбиотических отношений (ассоциативный симбиоз) в интерпретации микробиологических процессов как в организме человека, так и в экосистемах. И здесь отмечу только один аспект: проблема внедрения чужеродных (аллохтонных) видов — актуальная задача современной экологии — где накоплен теоретико-методический базис, полезный при развитии представлений об ассоциативном симбиозе.
Микробиология и медицина выходят на новый уровень понимания происходящего в системе «организм человека и населяющие его микроорганизмы», и перспективы этого нового знания еще до конца не осмыслены. Идеи эти могут быть приложены и к синэкологии (экологии сообществ). В частности, разработанный способ оценки микробного распознавания «свой-чужой» позволяет проводить «диагностику» не только организма человека, но и природных экосистем.
Академик В.В. Зверев. Некоторые положения доклада — это уже классика микробиологии, они входят в современные учебники по микробиологии и иммунологии. По-видимому, процесс симбиоза зарождался на заре эволюции, когда только возникали какие-то новые формы жизни. Тогда возникли и симбиотические взаимоотношения, и системы. Все развивалось совокупно, не так, что каждый организм во что-то развивался — нет, именно этот симбиоз давал, наверное, новые виды и происхождение каких-то новых форм жизни.
Микробиология — прежде всего, медицинская наука, она родилась и развивалась для медицины. И сама родила, наверное, самую развивающуюся сейчас науку — иммунологию. Но бактерии существуют не только у человека и животных. Мы очень мало знаем о симбиозе бактерий. Например, не только в человеческом организме, а в растениях, вообще в природе — эти механизмы пока от нас уходят, мы их не знаем.
Мы беремся всех лечить лактобактерином. На самом деле, это, наверное, неправильно, потому что у каждого человека отдельный симбиоз. Есть, конечно, общие понятия и представления¸ но много частных деталей, характерных только для конкретно этого человека. Человек от человека отличается благодаря генетике — не зря сейчас такой бум создания для людей личных банков своей микрофлоры.
Мы сейчас изучаем — как можно прогнозировать развитие того или иного инфекционного заболевания у того или иного индивидуума. Оказывается, можно: зная регуляцию генов, которые отвечают за процессы в иммунной системе, можем прогнозировать, как иммунная система реагирует на попадание того или иного возбудителя заболевания в организм — процесс этот будет в кишечнике, на половых органах, в носоглотке.
Т.е., зная геном, можем прогнозировать, что для него опасно, а что нет, что для него реальный симбиоз, а для другого, он как раз является «чужим».
Великий Мечников более ста лет назад предсказал, что практически все болезни связаны с микроорганизмами. Это так, достаточно привести пример с язвенной болезнью желудка, которая вызывается хеликобактер пилори. Есть целый ряд онкологических заболеваний, где основным этиологическим агентом являются вирусные белки, которые обладают антигенным действием. С каждым годом таких заболеваний мы открываем все больше и больше.
Изучение таких симбиозов, симбиотических процессов нам позволит, может быть, понять, почему у одного человека это соматическое заболевание возникает, а у другого человек — нет. Конечно, здесь генетика, здесь инфекционный агент, но и симбиоз также существует. Он играет огромную роль, потому что своя микрофлора, свои микроорганизмы могут этот процесс нейтрализовать. Пример — болезнь Крона, известное заболевание, когда вдруг микрофлора кишечника перестает узнаваться как своя — и уничтожается. Это связано с клетками иммунной системы, которые находятся в кишечнике и которые отвечают за то, чтобы узнать свою микрофлору как свою, то есть отвечают за толерантность. Если вдруг они перестают работать, то микрофлора уничтожается и начинается язвенная болезнь. На мой взгляд, это продуктивная гипотеза.
Мы сейчас работаем с физиками — пока о лечении речь не идет, но, например, с помощью романовского рассеивания можно идентифицировать отдельно микроорганизмы, т.е. сделать качественную диагностику.
Такие работы позволят решать некоторые экологические проблемы. Мы начинаем изучать океан, еще что-то, забывая о том, что основная масса того, что в нем — бактерии и вирусы, которые существуют в симбиозе.
Член-корреспондент И.И. Долгушин. Докладчик, подводя итог многолетних исследований оренбургских микробиологов, формулирует новое направление микробиологии — инфекционную симбиологию, которая занимается изучением взаимосвязей микросимбионтов с организмом «хозяина» при инфекционном процессе. Конечно, в микробных сообществах есть разные виды — те, которые отягощают течение заболевания, и те, которые снижают его тяжесть. И, все-таки, по мнению тех микробиологов, которые изучают нормальную микрофлору, подавляющая часть микробиома — все-таки, полезные микробы, которые много чего хорошего делают в организме, участвуют в формировании колонизационной резистентности эпителия. Именно эпителий является основными «входными воротами» для возбудителей.
Колонизационная резистентность — это устойчивость эпителия к колонизации микробами — патогенными и условно патогенными. И здесь доминирующая роль принадлежит резидентной микрофлоре. Именно эти бактерии первыми колонизируют эпителий, занимаются адгезией, и не хотят «уходить» с этого места. Именно они препятствуют колонизации эпителия патогенными бактериями и вирусами. Механизм колонизационной резистентности — сейчас одно из самых загадочных и непонятны направлений в иммунологии, которым мало кто занимается. По сути дела, работы Олега Валерьевича — одни из первых.
Колонизационная резистентность кроме резидентной флоры обеспечивается и иммунными факторами, факторами адаптивного иммунитета (это секреторные антитела), врожденного иммунитета (это различные цитокины, бактерицидные пептиды). В секретах слизистых оболочек обнаруживается большое количество клеток. В основном это нейтрофилы, что очень странно, поскольку нейтрофилы — тканевая клетка. Возникает вопрос: что она делает в слизистом секрете? Тем не менее, их там много — много в секретах кишечного эпителия, в репродуктивных органах. Например, в половой системе женщин между микробно осемененным нижним отделом и полостью матки располагается слизистый секрет. Там нет эпителиального барьера. Этот слизистый секрет содержит нейтрофилы в количестве в десять раз превышающем их содержание в периферической крови.
Возникает вопрос: участвуют ли нейтрофилы в формировании колонизационной резистентности? Ответа на этот вопрос нет. Тем не менее, исследования, проводимые и у Олега Валерьевича, и у нас, говорят, что существуют симбиотические отношения между резидентной микрофлорой и факторами иммунитета. В частности, оказывается, что как только нейтрофилы выходят на поверхность слизистых оболочек, они тут же активируются резидентной флорой, которая сидит на эпителизации клетки. Активированные нейтрофилы дегранулируют, выделяют в секреты свои бактерицидные продукты. Эти продукты, как оказалось, обладают удивительным свойством — они обладают селективной бактерицидностью. Они подавляют рост чужих бактерий и влияют на собственную резидентную флору. В частности, они даже стимулируют рост бифидо- и лактобактерий.
Однако внеклеточная бактерицидность нейтрофила связана не только с этим. Буквально в последние годы у нейтрофилов было обнаружено ранее неизвестное свойство — они способны выбрасывать вне клетки особые сетевые элементы, которые обладают бактерицидностью. Их стали называть «внеклеточными нейтрофильными ловушками». Основу этих ловушек составляют переплетающиеся нити ДНК, которыя располагается вне клетки. Эта ДНК имеет нейтрофильное происхождение. И в этих сетевых структурах располагаются бактерицидные гранулы.
ДНК благодаря своей повышенной липкости захватывают внеклеточные бактерии и бактерицидные ферменты гранул эти бактерии убивают. Таким образом, нейтрофил обеспечит внутриклеточный киллинг.
Оказалось, что ловушки могут образовывать не только нейтрофилы. Это умеют делать практически все лейкоциты. Но, видимо, это древнейший механизм антимикробной защиты, поскольку клетки, скажем, камбия корней растений умеют образовывать ловушки, которые, по-видимому, и защищают эти корни от почвенных грибов.
Нейтрофилы, активируясь на поверхности слизистых оболочек, образуют гляцидные продукты, которые формируют на поверхности бактерицидов бактерицидный экран, не пропуская бактерии к этим эпителиальным клеткам.
Это направление, на наш взгляд, очень важно для изучения взаимодействия нормальной микрофлоры и иммунных факторов, поскольку именно резидентная флора активирует нейтрофилы и запускает эти бактерицидные механизмы. Конечно, нейтрофилы лишь косвенно относятся к сегодняшней теме, тем не менее, нейтрофилы, являясь важнейшими ключевыми клетками врожденного иммунитета, тем не менее, играют, видимо, роль в формировании колонизационной устойчивости эпителия.
Исследования Олега Валерьевича по инфекционной симбиологии как раз объединяют иммунологические и микробиологические исследования. Необходимо очень тесное сотрудничество микробиологов и иммунологов, оно чрезвычайно перспективно.
Академик Ю.В. Наточин. Почему Отделение представило данный доклад на Президиум? Академик Юрий Сергеевич Осипов, наверное, помнит, что, когда создавалось Отделение, шел разговор об этом направлении и Юрий Сергеевич тогда поддержал эти исследования в рамках физиологических проблем. Насколько в целостном организме каждого из нас имеет значение эта система? У каждого 2 кг бактерий или микроорганизмов, и они живут. Все они живут с нами и одновременно — вне нас, поскольку кишечник вне внутренней среды организма, и это крайне важно. Гомеостаз окружает каждую нашу клетку, но не взаимодействует с микроорганизмами, т.к. они в кишечнике. Поэтому первое: фундаментальной проблемой является проблема взаимоотношения организма как целого (это и есть физиология) с микроорганизмами, но не просто с ними, а с их сообществом. Это — новое качество.
Второй вопрос в этой связи — генномодифицированные продукты, которые позволяют выращивать много новых, уничтожая ненужные, вредные микроорганизмы. Крайне важно понять, как они будут соотноситься с живым целостным организмом. Я сейчас не говорю, хорошо это или плохо — я ставлю вопрос о взаимоотношении, при всей важности проблемы — это пока не делалось.
Третий вопрос: сегодня мы знаем около 5% видового разнообразия, остальных не знаем, а особо мало знаем о микроорганизмах.
Я говорил и с академиком Виктором Антоновичем Садовничим и с академиком Алексеем Ремовичем Хохловым — они создали замечательную программу «Ноев ковчег», сохраняя для будущего генетические особенности многих живых организмов. Может быть, и задача Академии — сохранить микробные сообщества для будущего в этих банках данных — подчеркиваю, не единичные организмы, а сообщества, потому что через много лет мы не будем знать, что такое норма и что такое ненорма.
Те, кто занимаются проблемой дисбактериоза, сегодня знают, что плохо, но будут ли они завтра знать, что было хорошо? Поэтому надо найти способ сохранить в какой-то, образно говоря, «вечной мерзлоте», чтобы потом можно было увидеть, как это было. Это только фундаментальные проблемы.
Существо еще одного важного вопроса могу показать «на пальцах». Если мы возьмем GFP зеленый флуоресцентный белок, введем в кишечник животному — то он весь, не измененный, всосется в кровь, и потом почка его расщепит и превратит в аминокислоты. Следовательно, мы многого не знаем — как происходит всасывание и каким образом это влияет потом на все остальное. Иными словами, нам, возможно, нужна программа в отношении микро- и макроорганизмов — но как сообществ! А также макроорганизма, который не впускает «чужого» в себя. Выслушав доклад, мы можем оценить, насколько важна физиология, как наука.
Академик А.И. Григорьев. Очень актуальная проблема вынесена на Президиум, потому что она междисциплинарная — и микробиологическая, и экологическая, и генетическая, и иммунологическая. Она имеет прямое отношение к физиологии, потому что здесь речь идет об адаптации. Это не только взаимоотношение микроорганизмов с «хозяином», но и со средой. А среда может быть искусственная, на что, может быть, не обращено внимание, но очень важно, особенно с учетом развития современных направлений науки — космонавтики или подводного флота, когда человек попадает в искусственную среду — потому что она замкнутая. Чтобы выжить, человеку необходимо пользоваться этой искусственной средой.
Но тут принципиально изменяются взаимоотношения! Тут возникают дисбактериозы, нарушается привычная зависимость между микро- и макроорганизмом. Т.е., обращаю особое внимание: эта проблема не только внутренняя — микробиологическая, она существенно шире.
Сегодня очень правильно поставлен вопрос о банках данных, они важны, в том числе, и в теоретическом плане: надо понимать и сохранить разнообразие, которое, к сожалению, если не уничтожается, то существенным образом изменяется. Техногенная среда способствует этому.
Но это важно и в практическом плане. Пробиотики и аутопробиотики напоминают нам, что каждый человек индивидуален. Поэтому, если мы хотим целевым образом воздействовать на микроорганизмы, на взаимоотношения микро-, макро- и микробов, то, конечно, необходимо его же микроорганизмы ему для этих целей и предоставить. Поэтому то, что сейчас создаются криогенные банки аутопробиотиков и аутомикроорганизмов — очень правильно. Такие работы, я знаю, ведутся и в Оренбурге, правда, они недавно начаты, но во многих институтах Академии наук они исторически ведутся уже давно. Свои микробы более значимы с точки зрения лечения, чем чужеродные микробы. Это понятно. У нас есть банки данных каждого космонавта, есть банки данных у летчиков, есть банки данных у водолазов. Это необходимо в профессиональной медицине.
И еще: постантибиотиковая эра в какой-то степени расслабила общество.
Медицинское сообщество и медицинская наука нацелены, в основном, на исследования и лечение т.н. неинфекционных заболеваний — это сердечно-сосудистые, инсульты, инфаркты, диабет. Показалось, что человечество, изобретя антибиотики, решило эту проблему. Но это большое заблуждение, если не сказать ошибка, потому что, к сожалению, инфекционная составляющая очень значима в возникновении, в развитии целого ряда заболеваний. И совершенно справедливо и своевременно, что в Индии в ноябре 2013 года на Совещании президентов академий различных стран наряду с важными вопросами по физике, химии и информатике, был поставлен вопрос устойчивости микроорганизмов к антибиотикам — как один из важнейших для биологической науки.
Антибиотики как физический фактор бьют все — и свое, и чужое, и полезное, и вредное, поэтому, когда применяют антибиотики, врачи придумали добавлять лактобифидум, чтобы обогащать среду полезными микроорганизмами. Но если человечество не изобретет средства, заменяющие антибиотики (жизнь показывает, что когда появляется новый антибиотик, к нему микроорганизмы очень хорошо адаптируются и не дают возможности их убить), думаю, что в мире будет инфекционная катастрофа.
Наверное, такая программа нужна. С 2017 года будут новые программы. Эта проблема междисциплинарная и очень актуальна и заслуживает того, чтобы в рамках программы Президиума ученые различных направлений могли иметь возможность при единой идеологии, но с различными методическими подходами попытаться решить проблему.
