Белобородова Н.В., Осипов Г.А.
Гомеостаз малых молекул микробного происхождения и его роль во взаимоотношениях микроорганизмов с хозяином.
Вестник РАМН. –1999. T.16, –№7, с. 25-31.
Стерильный организм человека существует в мире (воздух, вода, почва и др.), богато населенном различными микроорганизмами. Опасные для жизни специфические инфекции (дифтерия, чума, холера, бутулизм, столбняк и др.) вызываются патогенными бактериями, обладающими большим набором факторов патогенности.
Жизнедеятельность патогенных бактерий связана с выделением высокотоксичных соединений, направленных на гибель макроорганизма-хозяина, следовательно, в конечном итоге, и на гибель самих бактерий, поэтому развитие микромира по этому пути с общебиологических позиций представляется тупиковой ветвью эволюции.
В связи с этим выглядит не случайным предсказание, что со временем опасные инфекции уйдут на второй план по сравнению с инфекциями, вызванными условно-патогенными микроорганизмами - представителями аутомикрофлоры человека [1], и это можно констатировать уже сегодня, спустя всего 40 лет.
В конце 90-х на первое место в структуре летальности среди пациентов высокого риска в отделениях реанимации и интенсивной терапии при самых различных заболеваниях (хирургическая или онкогематологическая патология, травма, ожоги, недоношенность и др.) вышел сепсис. Сепсис, который, как известно, не связан с патогенными бактериями, а представляет собой конфликт макроорганизма вследствие неадекватности иммунных реакций с его собственной условно-патогенной микрофлорой, колонизирующей открытые биоценозы.
Этот факт свидетельствует о серьезных недостатках в фундаментальных знаниях о механизмах сосуществования высшего и низших организмов. Эти знания необходимы для получения новых возможностей тонкого регулирования процессов взаимодействия микрофлоры и организма хозяина при различных патологических состояниях.
Рассмотрим ряд известных фактов и некоторые последние сведения в этой области.
Крупнейшим достижение последних лет следует считать открытие цитокин-обусловленной сигнальной системы, обеспечивающей взаимообмен информацией между клетками макроорганизма, что позволило расшифровать и объяснить многие феномены.
Так, цитокины (TNF, IL-1, IL-6) играют ведущую роль в индукции ответа острой фазы, что является интегральной частью механизма защиты внутренней среды человека против чужеродных субстанций и инфицирующих микроорганизмов. Сложными экспериментами с применением генной инженерии доказано, что ряд других цитокинов (IL-2, IL-10) несут противовоспалительные функции и вовлечены в процесс блокирования воспалительного ответа на резидентную микрофлору.
Предложен термин “бактериальные модулины” как новый класс факторов вирулентности, включающий те бактериальные структуры, которые обладают цитокин-индуцирующей активностью [10] (Табл.1).
В центре внимания исследователей уже более 30-40 лет находится LPS - липополисахарид, который наряду с рядом протеинов и фосфолипидов с оставляет макромолекулярный комплекс эндотоксина грамотрицательных бактерий [15,18].
Однако сегодня ясно, что многие другие компоненты бактерий, отличные от LPS, также обладают способностью индуцировать выброс цитокинов. В последние 5-10 лет интенсивно исследуется ряд компонентов бактериальной природы (карбогидраты, протеины и липиды), которые обладают способностью стимулировать синтез цитокинов.
Таблица 1.
Цитокин-индуцирующие бактериальные модулины - по материалам публикаций [2,3,4]
мишень
результат
изменение поведения клетки
LPS и другие бактериальные модулины
моноциты/
макрофаги
эпителиальные клетки
фибробласты
остеокласты
лимфоциты
выброс эйкозаноидов и цитокинов
хемотаксис
метаболическая активность
пролиферация
ингибирование пролиферации
дифференциация
апоптоз и др.
В литературе последних лет идет активный поиск других бактериальных модулинов. Для грамотрицательных бактерий это прежде всего белки внешней мембраны:
порины с диаметром около 1 нм и молекулярной массой менее 600 Da, которые способны индуцировать выброс провоспалительных и иммуномодулирующих цитокинов, включая IL-1, IL-4, IL-6, IL-8, TNF-a , GM-CSF, IFN-g [9],
липид А-связанные протеины (LAP) или эндотоксин-связанные протеины, которые могут быть ключевыми медиаторами поведения лейкоцитов во время инфекции и представляют собой второй сигнал для активации макрофагов [12].
Роль бактериальных модулинов играют также ряд протеинов фимбрий (или пилей), которые in vitro стимулируют выброс эпителиальными клетками IL-1, а в эксперименте на мышах - продукцию IL-6 [9].
Другие модулины, связанные с клеточной стенкой бактерий, это неидентифицированные поверхностные протеины, протеин А и протеины теплового шока некоторых микроорганизмов. В частности, белки теплового шока, полученные от E.coli, Legoinella pneumophila, Mycobacterium leprae, Mycobacterium bovis, способны стимулировать накопление mRNA для ряда интерлейкинов, в том числе - для L-1, IL-1b , IL-6, GM-CSF и TNF-a [7].
Функцию бактериальных модулинов выполняют также липопротеины, найденные в цитоплазматической мембране как грамотрицательных, так и грамположительных бактерий, что побудило некоторых исследователей изучать интерлейкин-стимулирующие эффекты у синтетических аналогов выделенных соединений и их структурных дериватов [8]. Нарастает число публикаций по изучению гликопротеинов клеточной стенки бактерий, стимулирующих не только выброс TNF макрофагами, но и синтез TNF [ 13 ].
Ряд внеклеточных продуктов - протеазы, экзотоксины и другие экстрацеллюлярные протеины также оказывают влияние на синтез и выброс цитокинов моноцитами или эпителиальными клетками. Цитокин-стимулирующая способность обнаружена и среди соединений небелковой природы - у некоторых липидов и полисахаридов.
Так, освобожденный от протеинов липид/полиол, выделенный из мембран Mycoplasma fermentans, стимулировал выброс макрофагами IL-6 и TNF-a [16]. В отношении полисахаридов имеются не только инвитровые исследования, но и экспериментальные данные о способности группо-специфичного полисахарида стрептококка группы В в организме новорожденных крыс повышать уровень циркулирующего TNF-a [14].
Тейхоевые и липотейхоевые кислоты - основные компоненты клеточной стенки грамположительных бактерий, вместе с пептидогликаном играют главную роль в развитии цитокин-индуцированного шока при грамположительном сепсисе (являясь своеобразным эквивалентом липополисахариду грамотрицательных бактерий).
Пептидогликан клеточной стенки грамположительных бактерий (Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, S.epidermidis) - стимулирует выброс IL-6 и TNF-a моноцитами периферической крови человека. Под действием ферментов в макроорганизме пептидогликан быстро разрушается, но и его фрагменты обладают цитокин-индуцирующей активностью [11].
Важно отметить, что по крайней мере у одного из бактериальных модулинов (мембранный протеин 39-kDa, выделенный от Proteus mirabilis) в эксперименте обнаружена способность ингибировать LPS-индуцированный синтез интерлейкина IL-1 и продукцию макрофагами соединений со свободными кислородными радикалами [19].
Приведенные выше данные отдельных экспериментов позволяют предположить потенциальную возможность микробных структур оказывать как про-, так и противовоспалительное действие, в частности, через влияние на активность макрофагов. Это тем более интересно, что в последние годы ряд авторов отводят макрофагам центральную роль в развитии полиорганной недостаточности при сепсисе [7].
Однако инвитровые исследования активности отдельных бактериальных соединений не позволяют получить общую картину взаимоотношений человека и с его микрофлорой.
Человек существует в состоянии симбиоза с микроорганизмами, населяющими его кишечник, кожу, слизистые оболочки зева, дыхательных путей, мочеполового тракта и др. На поверхности соприкосновения (или разделения) внешнего мира с внутренней средой организма человека концентрация микроорганизмов наиболее высока и достигает на коже 105-6 КОЕ/г, а на слизистых кишечника свыше 1011-12 КОЕ/г.
Площадь соприкосновения стерильной внутренней среды макроорганизма с внешним микромиром огромна, например, для тонкой кишки при длине последней 2,8-3,2 м площадь слизистой составляет 180-200м2 . В свете современных представлений, процесс поступления сапрофитных бактерий и/или их фрагментов с поверхности слизистых во внутреннюю среду организма не только возможен, но и происходит значительно чаще, чем предполагалось ранее.
Накоплены многочисленные факты о проницаемости слизистых для микроорганизмов и крупных молекул, о постоянной миграции бактерий в кровь в составе макрофагов, о непосредственном попадании бактерий во внутреннюю среду организма при транслокации под действием большого числа факторов (стресс, шок, нарушения гемодинамики, эндотоксемия и др.), наконец, о частом развитии кратковременной транзиторной бактериемии, например, после экстракции зуба или даже при простой чистке зубов.
Фагоцитоз и естественный лизис микробных клеток является источником микробных фрагментов - продуктов распада микробного клеточного материала - липидов, аминокислот, пептидов, углеводов, а также мелких молекул - мономеров разрушаемых белков, углеводов и липидов.
Теоретически легко предсказать наличие бактериальных молекул в крови людей не столько в качестве цитокин-индуцирующих факторов вирулентности, сколько в качестве молекул, уравновешивающих про- и противовоспалительную активность клеток, то есть обеспечивающих гомеостаз.
Нами выдвинуто предположение о постоянном присутствии SMOM в крови здоровых и больных людей, основанное на логических представлениях о целесообразности и необходимости формирования в онтогенезе системы сигнальных молекул для обмена информацией между микроорганизмами и клетками хозяина. Другими словами, предложен целенаправленный поиск древнейшей азбуки для понимания языка общения между микро- и макромиром.
Цель работы - исследование разнообразия простых по химическому строению небелковых молекул микробного происхождения (small molecules originating from microbes - SMOM) смолекулярным весом до 500 в крови человека в сопоставлении с состоянием его здоровья.
Материалы и методы.
Обследованы две группы:
1 группа - здоровые люди. Забор крови производен у 18 доноров, добровольно сдававших кровь на донорском пункте. Состояние здоровья доноров устанавливалось клиническим осмотром и лабораторными исследованиями по общепринятой схеме.
2 группа - больные (пациенты с перитонитом, n<=20, пациенты с эндокардитом, n<=12, пациенты с локальными гнойно-воспалительными заболеваниями или послеоперационными инфекционными осложнениями, n<=27). Забор крови из вены у больных осуществляли на фоне клинико-лабораторных проявлений инфекционного процесса во время плановых внутривенных пункций с диагностической или лечебной целью.
Кровь из вены забирали путем венепункции в количестве 1 мл в гепаринизированную пробирку и немедленно замораживали при температуре минус 5 градусов по Цельсию.
Методы исследования.
Для детектирования в крови химических компонентов бактериального происхождения - жирных кислот, спиртов и фенилкарбоновых соединений, применен метод хроматомасс-спектрометрии. Пробу цельной крови в количестве 50-100 <мкл высушивали и подвергали кислому метанолизу (КМ) в 0.4мл 1М HCl в метаноле в течение одного часа при 80° С. На этой стадии происходит освобождение жирных кислот из состава сложных эфиров с глицерином и холестерином. В результате получали жирные кислоты в виде метиловых эфиров.
Фракцию метиловых эфиров жирных кислот вместе с другими липидными компонентами двукратно экстрагировали из реакционной смеси 200 мкл гексана, высушивали и обрабатывали 20 мкл N,О-бис(триметил-силил)-трифторацетамида (БСТФА) в течение 15 мин при 80° С для получения триметилсилильных эфиров окси-кислот, спиртов и стеринов. Реакционную смесь эфиров в количестве 1-2 мкл вводили в инжектор ГХ-МС системы QP-2000 фирмы Шимадзу (Япония).
Для управления и обработки данных использовали штатные программы приборов. Хроматографическое разделение пробы осуществляли на капиллярной колонке с метилсиликоновой привитой фазой Ультра-1 Хьюлетт-Паккард длиной 25 м и внутренним диаметром 0.2 мм. Режим анализа 120° С - 2 мин, далее програмирование температуры 5 град/мин до 300-320 град.
Масс-спектрометр - квадрупольный, с ионизацией электронами (70эв) работал в режиме полного сканирования при определении состава основных липидных компонентов пробы (низкая чувствительность). Такой же режим использовали для анализа карбоновых, фенилкарбоновых кислот и спиртов.
Для выборочного детектирования целевых маркеров микроорганизмов в режиме высокой чувствительности и на превалирующем фоне биологической жидкости использовали метод селективных ионов ( масс-фрагментографии, МФ) при периодическом сканировании до восьми ионов в пяти интервалах времени.
Интервалы и ионы выбирали таким образом, чтобы селективно определять маркеры целевых микроорганизмов. В том числе использовали сильный ион m/z = 87 для детектирования малых количеств жирных кислот С10-С20, выбрав интервалы групп так, чтобы обойти интенсивные пики кислот С16 и С18, доминирующие в жирнокислотном профиле клеток макроорганизма.
Для определения b -оксикислот в программу вводили общий для гомологического ряда ион 175 и специфические для каждой кислоты ионы типа М-15, а для a -оксикислот М-59. Соответствующие специфические ионы использовали для жирных спиртов и стеринов. Дополнительными параметрами для идентификации веществ использовали относительные времена хроматографического удерживания и соотношения площадей пиков селективных ионов.
Карбоновые, фенилкарбоновые кислоты и спирты экстрагировали из 1 мл подкисленной до рН=2 цельной крови эфиром. Эфир высушивали при температуре до 40оС, а сухой остаток обрабатывали в 20 мкл (БСТФА) в течение 15 мин при 80° С для получения триметилсилильных эфиров кислот и спиртов. Для анализа 2 мкл реакционной смеси вводили в инжектор ГХ-МС системы. Анализ проводили в режиме полного сканирования.
Хроматографическая колонка та же, что при анализе жирных кислот, режим: 7 мин при 80оС, далее программирование температуры до 250оС. Вещества на хроматограмме определяли по масс-спектрам, используя стандартную программу идентификации прибора, основанную на базе данных NBS.
Площади пиков маркеров на масс-фрагментограммах интегрировали автоматически или вручную и заносили данные в протокол. Затем эти данные вводили в программу расчета, подготовленную в электронных таблицах EXCEL. Для количественного расчета использовали данные калибровки по чистым компонентам. Их связывали с концентрацией гептадекановой (маргариновой) кислоты, содержание которой постоянно в крови людей. Это позволяло впоследствии длительное время обходиться без повторных калибровок.
Результаты.
В группе 1 во всех образцах крови здоровых людей обнаружены низкомолекулярные химические компоненты, чужеродные для организма человека, а именно: оксикислоты, разветвленные, ненасыщенные и циклопропановые жирные кислоты (ЖК) (табл.2).
Таблица 2.
Некоторые молекулы микробного происхождения - структурные компоненты бактериальных клеток, обнаруженные в крови здоровых людей (n=18).
Название
Краткое* обозначение
Частота встречаемости
Диапазон
концентраций
нг/мл
Оксикислоты:
абс.
%
гидроксидекановая
h10**
10
55
0-50
гидроксилауриновая
h12
11
61
0-40
2-гидроксилауриновая
2h12
11
61
0-30
гидроксимиристиновая
h14
18
100
0-45
2-гидроксимиристиновая
2h14
13
72
0-100
гидроксиизопентадекановая
hi15
3
17
0-10
гидроксипальмитиновая
h16
18
100
10-590
гидроксиизогептадекановая
hi17
13
72
0-70
гидроксистеариновая
h18
16
88
7-150
10-гидроксистеариновая
10h18
18
100
1-77
гидроксиизоэйкозановая
hi20
2
11
0-10
Разветвленные ЖК:
антеизотридекановая
a13
11
61
0-20
изомиристиновая
i14
17
94
0-110
изопентадекановая
i15
18
100
60-380
антеизопентадекановая
a15
18
100
50-470
изо-пальмитиновая
i16
18
100
90-720
изогептадекановая
i17
18
100
150-2000
антеизогептадекановая
a17
18
100
630-3600
антеизононадекановая
a19
16
88
0-15
туберкулостеариновая
10Me18
18
100
3-25
Ненасыщенные ЖК:
9,10-тетрадеценовая
14:1
8
44
0-120
изопентадеценовая
i17:1
6
33
0-10
гептадекановая
17:1
18
100
60-310
цис-вакценовая
18:1D 11
14
78
0-620
Циклопропановые:
циклогептадекановая
17cyc
9
50
0-40
циклононадекановая
19cyc
18
100
2-60
Спирты:
копростанол
14
78
0-150
холестендиол
3
17
0-30
метаболит 428
4
23
0-100
* - Обозначения веществ: 17:1 - 17- число атомов углерода, цифра после двоеточия - число двойных связей; h - оксикислота; а,i - в начале означает разветвление; cyc - циклопропановая кислота. Например, 2hi15 - 2-окси-изопентадекановая кислота.
**- имеется в виду 3-оксикислоты, если не указано положение гидроксила
Обращает на себя внимание относительное постоянство качественного состава и количественного содержания ряда мелких молекул бактериального происхождения, например h18, i14 и a19 были обнаружены в 88-94% образцов крови здоровых людей, а такие молекулы как h14, h16, 10h18, i15, a15, i16, i17, a17, 10Me18, 17:1, 19cyc - присутствовали в крови доноров в 100% случаев.
В группе 2 в крови больных пациентов, находящихся в состоянии манифестации инфекции, выявлены явные отклонения в качественном и количественном содержании низкомолекулярных веществ бактериального происхождения по сравнению со здоровыми людьми (табл.3).
Таблица 3.
Некоторые молекулы микробного происхождения - структурные компоненты бактериальных клеток, обнаруженные в крови больных людей (n=59)
Название
Краткое* обозначение
Частота встречаемости
Диапазон концентраций
нг/мл
Оксикислоты:
абс.
%
гидроксидекановая
h10**
15
25
0-96
гидроксилауриновая
h12
37
63
0-120
2-гидроксилауриновая
2h12
17
29
0-90
гидроксимиристиновая
h14
48
81
0-114
2-гидроксимиристиновая
2h14
11
19
0-90
гидроксиизопентадекановая
hi15
30
51
0-120
гидроксипальмитиновая
h16
59
100
6-300
гидроксиизогептадекановая
hi17
28
47
0-90
гидроксистеариновая
h18
59
100
6-1200
10-гидроксистеариновая
10h18
59
100
6-1380
гидроксиизоэйкозановая
hi20
8
13
0-120
Разветвленные ЖК:
антеизотридекановая
a13
54
91
0-126
изомиристиновая
i14
59
100
50-540
изопентадекановая
i15
59
100
60-1380
антеизопентадекановая
a15
59
100
120-1620
изо-пальмитиновая
i16
59
100
12-3000
изогептадекановая
i17
59
100
40-5200
антеизогептадекановая
a17
59
100
102-6900
антеизононадекановая
a19
59
100
6-2040
P>туберкулостеариновая
10Me18
54
91
0-108
Ненасыщенные ЖК:
9,10-тетрадеценовая
14:1
51
86
0-2160
изопентадеценовая
i17:1
33
56
0-60
гептадекановая
17:1
59
100
60-2460
цис-вакценовая
18:1D 11
34
58
0-1440
Циклопропановые:
циклогептадекановая
17cyc
29
49
0-60
циклононадекановая
19cyc
57
97
6-120
Спирты:
копростанол
26
44
0-540
холестендиол
20
33
0-6160
метаболит 428
10
16
0-360
* - Обозначения веществ: 17:1 - 17- число атомов углерода, цифра после двоеточия - число двойных связей; h - оксикислота; а,i - в начале означает разветвление; cyc - циклопропановая кислота. Например, 2hi15 - 2-окси-изопентадекановая кислота.
Целенаправленный поиск летучих фенилпроизводных соединений микробного происхождения в крови здоровых людей также увенчался успехом (табл.4).
Таблица 4.
Фенилкарбоновые соединения микробного происхождения, обнаруженные в крови людей
Частота встречаемости
Название
Здоровые (n=18)
Больные (n=10)
абс.
%
абс.
%
фенилметанол
18
100
2
20
бензойная к-та
16
88
5
50
бензальдегид
9
50
0
0
феноксиэтанол
14
78
0
0
фенилуксусная
0
0
6
60
фенилпропионовая
0
0
4
40
оксифенилуксусная
0
0
3
30
оксифенилпропионовая
0
0
3
30
фенилпентадекан
0
0
3
30
Из перечисленных в табл.4 веществ по крайней мере четыре - фенилуксусная, фенилпропионовая и их окси-производные известны как метаболиты анаэробных бактерий. [5]. Как видно из таблицы, в крови здоровых людей из числа фенольных соединений присутствуют бензойная кислота, два фенольных спирта - фенилметанол и феноксиэтанол, а также бензальдегид.
Эти вещества обнаруживаются и у больных людей, но значительно реже. В то же время наличие фенилуксусной, фенилпропионовой кислот, их окси-производных и фенилпентадекана характерно только для больных людей.
Содержание фенилкарбоновых соединений в крови здоровых людей, повидимому, индивидуально в количественном отношении, так как колеблется в широких пределах от уровня детектирования (10нг/мл) до 10 мкг/мл.
Пока нет оснований утверждать, что все нюансы количественного анализа фенольных соединений отработаны так же хорошо, как для детекции жирных кислот, поэтому мы не обсуждаем причины этих колебаний в настоящей работе.
Обсуждение результатов.
Обобщая сведения, опубликованные в литературе, преимущественно данные о хемодифференциации бактерий [6], а также основываясь на результатах собственных исследований по изучению химического состава клеточной стенки микроорганизмов [2, 3] приводим сводную таблицу (табл.5) наиболее вероятной принадлежности некоторых низкомолекулярных соединений (SMOM), детектируемых в крови людей, к тем или иным группам микроорганизмов.
Таблица 5.
Список химических веществ банка данных с отнесением к микроорганизмам, у которых они наиболее часто встречаются.
№
Краткое* обозначение
Химическое название
Характерный микроорганизм
1
С10
декановая
Streptococcus
2
a13
антеизотридекановая
Bacillus cereus
3
i14
изомиристиновая
Peptostreptococcus anaerobius, Streptomyces, Bacillus
4
14:1D 9
9,10-тетрадеценовая
Streptococcus pneumonia, Clostridium
5
i15
изопентадекановая
Propionibacterium, Bacteroides, Staphilococcus
6
а15
антеизопентадекановая
Staphylococcus, Bacillus, коринефрмные
7
i16:0
изо-пальмитиновая
Streptomyces, Bacteroides, Micromonospora, Brevibacterium, Corinebacterium гр.betae, Curtobacterium, Сellulomonas
8
i17:1
изопентадеценовая
Flavobacterium
9
i17:0
изогептадекановая
Bacillus, Prevotella, Propionibacterium и другие
10
a17:0
антеизогептадекановая
Corinebacterium, Micromonospora
11
17:1
гептадекановая
Candida albicans
11
17cyc
циклогептадекановая
Enterobacteriaceae
12
17:0
гептадекановая
клетки макроорганизма, инвариант
13
18:1D 11
цис-вакценовая
Serratia, Enterobacteriaceae, Pseudomonas,
14
i18
изооктадекановая
Bacillus subtilis, Peptostreptococcus, Bifidobacterium,
15
19cyc
циклононадекановая
Enterococcus
16
a19
антеизононадекановая
Staphylococcus
17
10Me18
10-метил-октадекановая
(туберкулостеариновая)
Mycobacterium, Corinebacterium гр. xerosis, С.urealyticum
оксикислоты:
18
h10
гидроксидекановая
Pseudomonas
19
h12:1
гидроксидодекановая
Pseudomonas aeruginosa
20
h12
гидроксилауриновая
Pseudomonas, Neisseria, Vibrio
21
h13
гидрокситридекановая
E.coli, Bacteroides hypermegas, Selenomonas
22
h14
гидроксимиристиновая
Enterobacteriaceae, Fusobacterium, Neisseria, Haemophylus, Wolinella, Vibrio, Campylobacter
23
hi15
гидроксиизопентадекановая
Prevotela, Flavobacterium, Capnocytophaga
24
h16
гидроксипальмитиновая
Brucella, Ps.pseudomaley, Wolinella. Cytophaga, Flexibacter, Campilobacter fetus, C.sputorum, C.faecalis, Fusobacterium, Bordetella
25
hi17
гидроксиизогептадекановая
Bacteroides
26
h18
гидроксистеариновая
Helicobacter pylori, Francisella, Brucella
27
10h18
10-гидроксистеариновая
Clostridium perfringens
28
hi20
гидроксиизоэйкозановая
Chlamidia trachomatis
29
h22
3-гидроксидокозановая
Chlamidia trachomatis
30
2h12
2-гидроксилауриновая
Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter
31
2h14
2-гидроксимиристиновая
Klebsiella
32
2hi15
2-гидроксиизопентадекановая
Flavobacterium, Flexibacter
33
Копростанол
холестанол
Eubacterium
34
Эргостерол
Candida, Aspergillus
* - Обозначения веществ как в таблице 1
Фактологический материал, представленный в таблицах 2 и 4, позволяет объяснить наличие SMOM у здоровых людей естественным механизмом фагоцитарного переваривания до конечных продуктов тех микроорганизмов (преимущественно - анаэробных), которые в норме заселяют слизистые оболочки пищеварительного тракта и дыхательных путей.
Давно известно, что индигенные микроорганизмы-симбионты играют важную роль в поддержании здоровья человека, что связывают с механизмом колонизационной резистентности, витаминсинтезирующей функцией и др.
Кроме фагоцитоза, клетки микроорганизмов разрушаются под действием других механизмов, в том числе собственного автолиза отживших клеток и лизиса ферментами белкового комплемента крови и других компонентов иммунной защиты. В любом случае разрушение происходит, в конечном счете, до мономерных составляющих биополимеров.
Исходя из основ физиологии обмена биологических жидкостей человека [4], обмен 70% жидкости плазиы вместе с малыми молекулами и интерстиционным пространством происходит за 1 мин. Поэтому малые фрагменты микробных биополимеров, образующиеся в этом пространстве, поступают в кровь практически сразу.
Если при этом учесть, что большая часть фагоцитирующих клеток крови (фагоциты) находится за пределами сосудистого русла, в межклеточном пространстве и свободно проходит стенки сосудов, то можно полагать, что независимо от очага воспаления микробные маркеры постоянно и быстро поступают в кровь вместе с фагоцитами и белками переносчиками.
То есть наличие микробных маркеров в крови отражает состав микробных сообществ тела человека, независимо от места обитания микроорганизмов или очага воспаления. Интересно, что в норме маркеры превалирующих в кишечнике бактероидов, эубактерий и бифидобактерий либо отсутствуют, либо выявляются в крови лишь в небольших количествах, что косвенно свидетельствует в пользу существующей точки зрения об относительной иммунологической толерантности к индигенным анаэробам, и, следовательно, низкой вероятности фагоцитоза этих микроорганизмов.
Отсюда следует, что бактерии, маркеры которых определяются в крови, не обязательно в ней присутствуют в виде бактериемии, малые молекулы могут поступать в кровь из мест естественного размножения, то есть из биоценозов, и/или гнойно-воспалительных очагов любой локализации.
Кажущаяся высокая концентрация малых молекул в крови создается, по-видимому, вследствии их накопления в моноцитах /макрофагах, нейтрофилах/. В частности, известно, что нейтрофилы являются естественными аккуммуляторами маркеров микроорганизмов, так как каждый из них может одновременно переваривать сотни бактерий в течение короткого времени жизни, которое составляет от 6-8 часов нахождения в крови или до двух суток в интерстиционном пространстве и на слизистых.
По данным таблицы 5, доминирующие в крови здоровых людей SMOM являются преимущественно маркерами таких микроорганизмов, как Bacteroides, Bacillus, Diphteroides, Candida, Enterococcus, Clostridium, то есть основных представителей эндогенной микрофлоры человека, хотя эти же SMOM могут встречаться и у других микроорганизмов.
Напротив, у больных пациентов с клинической картиной манифестации инфекционного процесса, в крови преобладали химические маркеры, которые с наибольшей вероятностью могут быть отнесены к таким условно-патогенным микроорганизмам, как Peptostreptococcus anaerobius, Clostridium perfringens, Staphylococccus, Candida, Pseudomonas, Eubacterium, Klebsiella и другие.
Маркеры строгих патогенов (например, туберкулостеариновая кислота для микобактерий туберкулеза, гидроксидодекановая для Neisseria gonorrhoae, 2,3-дигидроксиизомиристиновая для Legionella, маркеры Brucella, Francisella, Treponema) не были выявлены ни в крови здоровых людей, ни в крови больных с неспецифическими гнойно-септическими заболеваниями.
При количественном анализе SMOM в крови больных людей выявлены значительные отклонения по сравнению с донорами (норма). Причем отклонение от нормы для отдельных молекул происходит как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Последнее особенно заметно для разветвленных и ненасыщенных кислот, компонентов клеток бацилл, лактобацилл, коринеформных и пропионовых бактерий, стрептококков и дрожжей.
Суммарный результат измерений приведен на точечной диаграмме (рис.1). Ряд точек напротив обозначения порядкового номера вещества (ось абсцисс) отражает случаи его обнаружения в определенных концентрациях, выраженных в процентах по отношению к концентрации в норме (ось ординат), в различных образцах крови.
При таком представлении все случаи выявления маркера выше нормы следует воспринимать как состояние, потенциально способное привести к патологическим проявлениям (воспалительному процессу или др.).
Снижение концентраций некоторых SMOM, которое регистрируется у больных с различными воспалительными заболеваниями, причем наиболее ярко выраженное при тяжелых септических состояниях, на фоне лечения антибиотиками широкого спектра действия, может являться отражением микроэкологических нарушений в организме больного человека. Однако есть и другой вариант интерпретации этого явления.
В свете полученных выше данных, есть все основания предположить, что микробно-иммунологический гомеостаз организма здорового человека в значительной степени обеспечивается сбалансированным содержанием различных SMOM, часть из которых ответственна за активацию макрофагов, а другая часть, напротив, играет ингибирующую роль.
Логично предположить, что функцию ослабления активности макрофагов к внешним раздражителям могут выполнять те SMOM, которые встречаются во всех образцах крови здоровых людей в наиболее высокой концентрации. По результатам проведенных исследований, к ним следует отнести прежде всего некоторые разветвленные ЖК и фенилкарбоновые соединения.
Предположение о наличии ингибиторов воспаления микробного происхождения выглядит естественно, так как такой механизм действительно необходим для поддержания иммунологического гомеостаза в условиях постоянного поступления бактерий во внутреннюю среду организма, в частности, путем транслокации со слизистых. Клинически значимое воспаление развивается, по-видимому, лишь в условиях выраженного преобладания “провоспалительных” SMOM над “противовоспалительными”.
Данные, полученные в настоящем исследовании, позволяют нам выдвинуть концепцию о существовании гомеостаза малых молекул микробного происхождения (SMOM) в организме человека как важной системы регуляции взаимоотношений между организмом хозяина и его микрофлорой.
Основные постулаты концепции о гомеостазе SMOM могут быть сформулированы следующим образом:
В крови здоровых и больных людей всегда присутствуют малые молекулы микробного происхождения. Одна часть этих молекул способна активировать функции клеток хозяина (прежде всего, моноциты/макрофаги), индуцируя выброс эйкозаноидов (простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов), интерлейкинов и других цитокинов, другая часть обладает способностью ингибировать активность клеток, при этом допускается, что какая-то часть молекул может быть индифферентна.
В здоровом организме источником SMOM является нормальная симбионтная микрофлора.
В организме здорового человека существует баланс между SMOM, обладающими про- и антивоспалительной активностью. Устойчивость этого равновесия достигается функциональной взаимозаменяемостью в группе молекул однонаправленного действия. Принципиальным для поддержания состояния здоровья является некоторое количественное (или функциональное) преобладание SMOM с ингибирующим эффектом над SMOM с провоспалительной активностью. Это связано с биологической целесообразностью избегать реакции воспаления при каждом случайном попадании бактерий во внутреннюю среду организма, например, в результате транслокации.
В основе развития неспецифического инфекционного заболевания лежит нарушение гомеостаза SMOM.
В норме в крови здоровых людей и у больных неспецифическими гнойно-септическими заболеваниями отсутствуют бактериальные молекулы, которые являются маркерами патогенных бактерий.
Адекватная терапия - это терапия, которая способствует установлению равновесия между SMOM, активирующими фагоциты, и SMOM, ингибирующими активность фагоцитов.
Ингибирующие свойства наиболее присущи летучим ароматическим соединениям микробного происхождения. Основным источником продукции этих соединений является анаэробная микрофлора кишечника. Поддержание и восстановление нормального биоценоза способствует восстановлению гомеостаза SMOM.
Список литературы.
Давыдовский И.В. Учение об инфекции. М. 1956, - 260 c.
Осипов Г.А, Белобородова Н.В. Способ выявления возбудителя инфекционного процесса в стерильных биологических средах макроорганизма. Заявка на патент РФ №97117426/14(018498). Приоритет от 21.10.97г.
Осипов Г.А., Демина А.М. Хромато-масс-спектрометрическое обнаружение микроорганизмов в анаэробных инфекционных процессах. Вестник РАМН. -1996, Т.13,-№2,- С.52-59.
Физиология человека, гл.18, Функция крови, Т.2, С.414-430. Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса. М.Мир,1996
Сarlier J.-P., Sellier N. Gas chromatographic - mass spectral studies after methylation of methabolites, produced by some anaerobic bacteria in spent media. J.Chromatogr. Biomed.Appl. -1989.-Vol.493.-P.257-273.
Chemical methods in Bacterial Systematics. Eds. M.Goodfellow and D.E.Minnikin. Acad. Press.- 1985
Goris J. Sepsis and multiple organ failure. Surg.Res.Comm. 1994, vol.15, p. 121-131
Hauschildt S., Hoffman P., Beuscher H.-U. et al. Activation of bone marrow-derived mouse macrophages by bacterial lipopeptide: cytokine production, phagocytosis and Ia expression. Eur.J.Immunol. 1996, 20, 63-68
Hedges S.R., Svanborg C. Urinary infection: microbiology, pathogenesis and host response. Curr.Opin.Infect.Dis. 1995, 8, 39-42
Henderson B., Poole S., Wilson M. Bacterial Modulines: a Novel Class of Virulence Factors which cause Host Tissue Pathology by Inducing Citokine Synthesis. Microb. Rew. June 1996, Vol.60, p.316-341
Heumann D., Barras C., Severin A. et al. Gram-positive cell walls stimulate synthesis of tumor necrosis factor alpha and interleukin-6 by human monocytes. Infect.Immunol.1994, 62, 2715-2721
Hogan M.N. , Vogel S.N. Lipid A-associated proteins provide an alternative “second-signal” in the activaion of recombinant interferon-g -primed, C3H/HeJ macrophages to a fully tumoricidal state. J. Immunol. 1987, 139, 3697-3702
de Jong D.M., Pate J.L., Kirklang T.N. et al. Lipopolysaccharide - like immunological properties of cell wall glycoproteins isolated from Cytophage johsonae. Infect. Immunol. 1991, 59, 2631-2637.
Mancuso G., Tomasello F., von Hunolstein C. et al. Induction of tumor necrosis factor alpha by the group B streptococci. Infect.Immunol.,1994, 62, 2748-2753
Manthey C.L., Vogel S.N. Interactions of lipopolysaccharide with macrophages. Immunol.1994, Scr. 60, 63-81
Muhlradt P.F., Frisch M. Purification and partial biochemical characterization of a Mycoplasma fermentans-derived substance that activates macrophages to release nitric oxide, tumor necrosis factor, and interleukin-6. Immunol., 1994, 62, 3801-3807
Retzlaff C., Yamamoto Y., Hoffman P.S. et al. Bacterial heat shock proteins directly induce cytokine mRNA and interleukin-1secretion in macrophage cultures. Infect. Immunol. 1994, 62, 5689-5693
Rietschel E.T., Kirikae T., Schade U. et al. Bacterial endotoxin: molecular relationships of structure to activity and function. FAZEB J. 1994, 8, 217-225
Weber G., Link F., Ferber E. et al. Differential modulation of the effects of lipopolysaccharide on macrophages by a major outer membrane protein of Proteus mirabilis. J.Immunol. 1993, 151, 415-424.
Источник: https://disbak.ru/nauchnye-publikatsii/gomeostaz-malyh-molekul-mikrobnogo-proishozhdeniya-i-ego-rol-vo-vzaimootnosheniyah-mikroorganizmov-s-hozyainom.html
© ГастроПорта