УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2007, том 127, № 5, с. 502-513
УДК 597-113+595.121-113
ЛОКАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СИМБИОИТИОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ НА ПИЩЕВАРИТЕЛЬНО-ТРАНСПОРТНЫХ СТРУКТУРАХ РЫБ И ЦЕСТОД
© 2007 г. Г. И. Извекова, Ж. В. Корнева
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, Борок, Ярославская область
На основании литературных данных рассмотрена структурная организация энтероцитов рыб и те-гумента паразитирующих в их кишечнике цестод. Представлен краткий обзор сведений по микрофлоре пищеварительного тракта рыб. Описан метод исследования симбионтной микрофлоры рыб и цестод, представляющий собой модификацию метода последовательной десорбции ферментов. Приводятся результаты применения этого метода, оцениваются его преимущества по сравнению с другими подходами к изучению микрофлоры. Обобщены результаты по электронно-микроскопическому изучению бактерий, ассоциированных с пищеварительно-транспортными поверхностями рыб и цестод. На основании литературных и собственных данных предложена схема локализации симбионтных бактерий на структурах пищеварительно-транспортных поверхностей рыб и паразитирующих в их кишечнике цестод.
В настоящее время схема пищеварения у рыб рассматривается как состоящая из шести звеньев, одно из которых - симбионтное пищеварение, реализуемое при участии ферментов кишечной микрофлоры [16, 25]. Цестоды лишены пищеварительной системы, заключительная стадия их развития протекает в кишечнике позвоночных животных, в том числе рыб. При изучении питания цестод особое внимание уделялось исследованию у них всевозможных специфических транспортных систем для различных мономеров [51], что подразумевало существование однозвенной системы пищеварения. Позже была признана возможность осуществления на поверхности цестод мембранного пищеварения [41, 65], что позволило перейти к двухзвенной схеме, включающей мембранное пищеварение (с помощью собственных и адсорбированных из кишечника хозяина ферментов) и всасывание [17, 40]. В настоящее время эту схему можно дополнить третьим звеном - симбионтным пищеварением, осуществляемым с помощью ферментов бактерий, с различной степенью прочности ассоциированных на поверхности паразита [4-6]. Таннок [63] выделил в микроэкологической концепции желудочно-кишечного тракта десять существенных принципов, в которых отмечает, что определенные компоненты нормальной микрофлоры колонизируют эпителиальную поверхность желудочно-кишечного тракта и часто специфичны для отдельных животных-хозяев; нормальная микрофлора влияет на физиологию, а иногда и анатомию желудочно-кишечного тракта, вносит вклад в питание хозяина, более явный в случае жвачных. К настоящему времени накопилось большое количество данных о
бактериях пищеварительного тракта рыб [31, 38, 53], их ассоциации с пищеварительно-транспортными поверхностями рыб [56] и цестод [52] и ферментативной активности этих бактерий [4-6, 60].
Адаптация к жизнедеятельности в хозяине сопровождается у паразитов редукцией собственных ферментных систем и использованием энергетически более выгодных ферментативных систем хозяина [1]. Прогресс паразитов направлен не столько на повышение интеграции собственного организма, сколько на повышение интеграции со средой хозяина [12]. Несмотря на это, при исследованиях как структуры, так и функций хозяин и паразит рассматриваются отдельно друг от друга, в то время как сопоставление их аналогичных характеристик представляет несомненный интерес.
Существуют классические схемы пищеварения с описанием структур и определением мест локализации различных звеньев этого процесса у позвоночных животных и, в частности, рыб [16, 25]. В то же время симбионтное пищеварение и ферменты бактерий в этих схемах не представлены. Аналогичные схемы для цестод в литературе отсутствуют. В связи с этим представляется целесообразным попытаться найти место симбионтным бактериям и соответственно симбионтному пищеварению на пищеварительно-транспортных структурах кишечника рыб и паразитирующих в них цестод и представить схему нашего понимания этих процессов.
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭНТЕРОЦИТОВ РЫБ И ТЕГУМЕНТА ЦЕСТОД
Описанию структурной организации энтеро-цитов рыб и тегумента цестод посвящено огромное количество работ как частных, так и обобщающих. Для сравнения этих структур приведем самые общие сведения, почерпнутые из основных обобщающих работ.
Энтероциты рыб
Строение пищеварительного тракта рыб подробно освещено в ряде капитальных обзоров. Слизистая оболочка кишечника питающихся рыб выстлана однослойным цилиндрическим эпителием, обладающим щеточной каймой [25]. Основу кишечного эпителия составляют цилиндрические клетки - энтероциты и бокаловидные (слизистые) клетки [15]. Форма и размер эпителиальных клеток у рыб и других позвоночных животных достаточно близки. Для процессов ассимиляции пищи важно наличие на апикальной поверхности энтероцитов микроворсинок, входящих в состав щеточной каймы и увеличивающих пищевари-тельно-транспортную поверхность кишки в 30-40 раз [25]. Показано, что размеры микроворсинок энтероцитов кишечника рыб разных видов могут значительно варьировать [14], что существенно влияет на площадь пищеварительно-транспорт-ной поверхности эпителия, а следовательно, и на эффективность процессов пищеварения в целом [20]. Расстояние между микроворсинками в среднем 10-50 нм. Диаметр микроворсинок, по данным большинства авторов, независимо от вида рыб в разных участках кишки колеблется от 0.08 до 0.2 мкм, высота - от 0.5 до 2.3 мкм [25]. Электронно-микроскопические исследования подтвердили наличие микроворсинок на энтероцитах рыб [20, 25]. Показано, что количественные характеристики щеточной каймы в основном зависят от локализации энтероцитов в различных отделах кишечника рыб [45]. Так, высота микровиллей в передней части кишечника налима значительно меньше, чем у щуки и леща. Длина микровиллей в среднем отделе кишечника щуки намного меньше, чем у налима и, особенно, леща. Различия между значениями этих параметров существенны только в задней части кишечника у всех видов рыб [15].
Бокаловидные или слизистые клетки кишечного эпителия рыб выделяют слизь, в состав которой входят высокомолекулярные протеиды, отличающиеся высоким содержанием углеводов и низким содержанием белков и липидов [15]. Количество бокаловидных клеток особенно велико в средней трети кишечника [20].
На апикальной поверхности микроворсинок у ряда видов рыб обнаружены фибриллы - мукопо-
лисахаридные образования, сходные с гликока-ликсом млекопитающих. Микроворсинки покрыты слоем гликокаликса, образованного олигосаха-ридными цепями гликопротеидов и гликолипидов плазматической мембраны, размеры его ячеек в сотни раз меньше расстояния между микроворсинками [15]. Высота гликокаликса составляет примерно 0.3 мкм [15]. Гликокаликс препятствует поступлению к апикальной мембране энтероцитов различных частиц, размер которых превышает 0.01-0.02 мкм. Отмечается полифункциональность гликокаликса; одна из функций - исключить присутствие полостных бактерий. Особенности строения щеточной каймы и гликокаликса препятствуют поступлению в зону мембранного пищеварения крупных молекул, а также создают необходимые физико-химические условия, меняющие характеристики ферментов [25]. Благодаря ферментному аппарату гликокаликсный слой превращается в высокоспецифический фильтр. По мнению Уголева [24], у высших позвоночных мембранное пищеварение происходит в зоне, недоступной бактериям, что обеспечивает стерильность заключительных этапов гидролиза. Сравнение размеров бактерий, населяющих тонкую кишку, с расстояниями между микроворсинками и размерами сети гликокаликса показывает, что щеточная кайма представляет собой специфический бактериальный фильтр, с помощью которого заключительные этапы гидролиза отделяются от заселенной бактериями полости тонкой кишки [24].
Некоторые авторы при исследовании пищеварения и всасывания в тонком кишечнике придают большое значение химически, физически и структурно гетерогенному слою слизи на люминаль-ной поверхности кишечной стенки, который исключает непосредственный контакт химуса с гли-кокаликсом и щеточной каймой энтероцитов, обладает широким спектром барьерных свойств и может содержать в своем объеме гидролитические ферменты [3, 15]. В процессах пищеварения у рыб он также может играть важную роль [16]. Этот слой полностью отделяет поверхность энтероцитов от химуса, проникновение через него -обязательный этап транспорта к поверхности мембраны микроворсинок щеточной каймы всех веществ, в том числе пищевых субстратов [3]. При морфологических исследованиях от слизи активно избавляются как от препятствия, мешающего изучению структур поверхности нативной слизистой оболочки. Основная масса слизи свободно снимается с поверхности слизистой, однако часть слоя, непосредственно прилегающая к поверхности гликокаликса и щеточной каймы, может быть удалена только специальными детергентами. Толщина слоя слизистых наложений на 2-3 порядка превышает размеры гликокаликса [3]. По мнению этих авторов, к основным функциям слоя слизистых наложений также относится его
защитная функция, поскольку слизь образует непрерывный слой, тесно связанный с ультраструктурами внешней поверхности мембран энтероци-тов и полностью отделяющий эпителиальный пласт от жидкой фазы энтеральной среды. Слой слизи предохраняет эпителиоциты от механического и химического повреждения, обеспечивая гомеостатирование их микросреды, и препятствует проникновению микрофлоры к поверхности эпителиоцитов. Кишечный муцин выделяют специализированные эпителиальные бокаловидные клетки, расположенные в кишечном эпителии, и он формирует вязкий, гидратированный защитный слой на поверхности мукозы, которая защищает нежный столбчатый эпителий. Эта мукозная оболочка представляет собой компонент кишечного мукозального барьера, предотвращающего колонизацию эпителия патогенными бактериями. Отмечают три основные функции желудочно-кишечной слизи: защита нижележащей мукозы от химических и физических повреждений, смазка мукозальной поверхности и обеспечение барьера против прилипания патогенных организмов к ни
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.