научная статья по теме ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ С ХОЗЯИНОМ: РОЛЬ МЕДИАТОРНЫХ АМИНОВ Биология

Текст научной статьи на тему «ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ С ХОЗЯИНОМ: РОЛЬ МЕДИАТОРНЫХ АМИНОВ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2012, том 43, № 3, с. 101-112

УДК 577.17.05

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ С ХОЗЯИНОМ: РОЛЬ МЕДИАТОРНЫХ АМИНОВ

© 2012 г. С. В. Демьяненко1, В. А.Чистяков2,3, Л. В. Романова4

1НИИ биологии Южного федерального университета, Ростов-на-Дону 2Центр биомедицинских технологий Южного федерального университета, Ростов-на-Дону 3Центральная научно-исследовательская лаборатория Ростовского государственного медицинского университета, Ростов-на-Дону 4Федеральное государственное учреждение здравоохранения Ростовский-на-Дону научно-исследовательский противочумный институт Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей

и благополучия человека, Ростов-на-Дону

Статья посвящена анализу физиологических аспектов взаимодействия микроорганизмов с хозяином. Основное внимание уделяется обобщению и анализу многочисленных данных литературы, свидетельствующих о том, что катехоламины могут быть стимулом для роста и реализации патогенной активности у микроорганизмов. Высказывается предположение о том, что стратегия взаимодействия микроорганизмов с хозяином может состоять в "мирном сосуществовании", находящимся на пике адаптивных способностей, и атаки организма хозяина, ослабленного стрессом, у которого достаточно высокая концентрация катехоламинов в крови служит сигналом для активации микроорганизмов.

Ключевые слова: катехоламины, рост бактерий, патогенность, "чувство кворума", микробная эндокринология.

ВВЕДЕНИЕ

Одной из отличительных черт науки XX в. стало бурное развитие биологии, сопровождавшееся углублением представлений о структуре и функциях живых систем. Обратной стороной этого, безусловно, прогрессивного тренда стал рост специализации биологических дисциплин. Причем наиболее "пострадавшей" от специализации стала наиболее синтетическая из наук о жизни - физиология. В настоящее время физиология животных, физиология растений и физиология микроорганизмов существуют фактически как отдельные науки. Между тем единство принципов функционирования живых систем определяет существование широких возможностей для обмена сигналами между представителями таксонов, принципиально отличающихся по уровню организации. В частности, такие взаимодействия играют важную роль в развитии взаимоотношений между многоклеточными животными и патогенными микроорганизмами. Их исследование обещает стать одной из точек роста интеграции

между разобщенными ныне отраслями физиологической науки.

Кроме того, эти исследования приобретают особую значимость в связи с повышением интереса к экологическим аспектам здоровья человека и животных, углублением понимания важной роли микрофлоры в иммунобиологической реактивности и резистентности организма к инфекции, различных физиологических [92] и патологических процессах организма [67, 74, 98].

Многие соматические клетки человека могут одномоментно взаимодействовать с сотнями микробов-симбионтов, что позволяет говорить о микроэкологической системе человека, т.е. состоянии динамического равновесия, которое определяется, с одной стороны, физиологическими особенностями организма хозяина, а с другой - видовым и количественным составом микробных ассоциаций и разнообразием их биологической активности. Современные представления о микробных объектах как о компонентах колоний, представляющих аналоги многоклеточных организмов [4], и об участии внутриорганизменных сигнальных

молекул (гормоны, медиаторы) высших животных и человека в клеточной дифференцировке, социальном поведении и коммуникации одноклеточных существ [79] во многом способствуют пониманию механизмов формирования подобного динамического равновесия.

С точки зрения принципов универсальности и управления Уголева [10] сигнальные малые молекулы могут многократно использоваться на разных уровнях биологической эволюции, приобретая новые функции, но сохраняя при этом свою химическую структуру. В этой связи интерес представляют катехоламины - нейрогормоны, выполняющие регуляторную роль физиологических функций многих органов животных и человека [2].

В течение последних 15 лет накопились данные, свидетельствующие о том, что способность активно использовать нейрогормональные продукты физиологических реакций хозяина, например катехоламины, как экологический стимул для роста и реализации биологической активности широко распространена среди бактерий [30, 61, 66]. Кроме того, синтез микроорганизмами гормонов или гормоноподобных соединений изменяет физиологические реакции хозяина в ответ на патогенный микроорганизм [12, 59]. На стыке микробиологии, эндокринологии и нейрофизиологии возникло новое научное направление, получившее название - микробная эндокринология [33, 61, 63].

ГОРМОНЫ СТРЕССА СТИМУЛИРУЮТ РАЗВИТИЕ ПАТОГЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ

Способность стресса провоцировать развитие инфекционных заболеваний подтверждена данными многочисленных экспериментов и клинических наблюдений. Ранние исследования показали, что введение экстрактов коры надпочечников или кортизола повышает скорость роста Plasmodium berghei [56, 87], Yersinia pestis [76], Trichinella spiralis [21, 22] и микобактерий [83] в организме крыс и мышей. Стресс увеличивал рост заболеваемости мышей малярией [41], действие холодового стресса ингибировало клиренс Staphylococcus albus и Proteus mirabilis в легких мышей [44]. Стресс повышал восприимчивость цыплят к аэрозолю, содержащему E. coli или Mycobacterium avium [45-47], пищевая деприва-ция цыплят заканчивалась более тяжелым течением инфекции, вызванной Salmonella enteritidis [52, 53]. Социальный стресс, вызванный транспортировкой животных, взвешиванием и др., повышал

вирулентность бактерий тонкого кишечника, особенно E. coli, у свиней [26] и восприимчивость коз к инфицированию Pasteurella haemolitica [100]. Культивирование бактерий Salmonella typhimurium и Mycoplasma hyopneumoniae в присутствии норадреналина приводило к более широкому распространению микроба и значительному повышению скорости его роста в тканях молодых свиней [75, 91].

Рассвет современной эндокринологии связан с выделением и очисткой адреналина, который с 30-х гг. прошлого столетия стал широко использоваться для лечения различного рода заболеваний, от аллергии до болезней сердечно-сосудистой системы [99]. Практически сразу в печати начали появляться сообщения о зависимости между применением гормона, например для лечения крапивницы, и развитием септических осложнений [82]. В следующие два десятилетия стало понятно, что продолжительное введение адреналина в терапевтических дозах способствует развитию опасных для жизни бактериальных инфекций, таких как пневмококковая инфекция и газовая гангрена [23, 29].

Сегодня адреналин и синтетические инотропы катехоламинов (добутамин, изопреналин и др.) широко используются не только для контроля работы сердца и регуляции кровяного давления, но и для неотложной помощи при различных аллергических реакциях немедленного типа (анафилактическом шоке, бронхоспазме, отеке гортани и т.д.), а также при гипогликемической коме. Данные исследований свидетельствуют о том, что у 50-70% пациентов интенсивной терапии применение в схемах лечения инотропов катехоламинов способно вызывать септические осложнения. При этом наблюдается стимуляция роста и формирование биопленок коагулазо-отрицательного стафилококка на медицинском оборудовании и поверхности венозных катетеров, что способствует распространению внутрибольничных инфекций [31, 65, 95]. Сепсис, вызванный размножением и транслокацией бактерий кишечника, особенно грамотрицательных, в том числе Е. соИ, является частым хирургическим осложнением [72]. Увеличение количества болезнетворных бактерий и возможно эндогенных бактерий кишечника под действием катехоламинов ведет к проникновению микробов в ткани лимфатических сосудов или, в худшем случае, непосредственно в большой круг кровообращения. Это приводит к развитию сепсиса и полиорганной недостаточности. Известно, что содержание норадреналина и адреналина в крови послеоперационных больных, у которых наблюдалось развитие тяжелых инфекционных

осложнений, выше, чем у больных с нормальным течением послеоперационного восстановления [48]. Более высокий уровень норадреналина в плазме крови больных с септическими осложнениями не был связан, как ожидалось, со сдвигами давления и частотой сердечных сокращений, однако коррелировал с выживаемостью и смертью от сепсиса [82].

В публикациях, начиная с 1930 г., обращалось внимание на повышение бактериальной пролиферации во время приема адреналина. Объяснения этой группы феноменов были сосредоточены исключительно на эффектах гормона на организм в целом, таких как иммунносупрессия, сужение сосудов, способствующих распространению микробов [17, 29]. Однако в случае бактериальных инфекций имеют место более сложные процессы, опосредованные способностью паразита воспринимать химические сигналы хозяина для повышения инвазивных свойств и вирулентности [96].

Эти исследования, а также данные о способности катехолов и катехинов, содержащихся в значительных количествах в продуктах питания, функционировать как гормоны стресса и стимулировать рост болезнетворных бактерий тонкого кишечника человека [39] важны при разработке диет и должны учитываться в оценке безопасности пищевых продуктов.

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) млекопитающих - среда обитания более чем для 1000 видов микроорганизмов, поэтому при заражении патогенный микроорганизм должен конкурировать с местной микрофлорой и бороться с иммунной системой. В ЖКТ в норме присутствует значительное количество норадреналина, более того половина суммарного норадреналина в организме человека синтезируется и используется для иннервации кишечника. Помимо этого при стрессе большое количество катехоламинов выбрасывается в кровь, вызывая изменения в поведении резидентной микрофлоры [30, 40, 66], тем самым способствуя колонизации кишечника Е. соИ [43, 93], сальмонеллами [35], Campylobacter [20], Helicobacter pylori [24, 62] и вибрионами [69].

Хорошо известно, что травматический шок характеризуется немедленным выбросом в кровь норадреналина. Кроме того, т

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»