Биорегуляция микросимбионтов в микросимбиоценозе кишечника человека 03. 02. 03 «Микробиология»
|
|
Скачать 0.6 Mb.
|
Н |
а правах рукописи
ренбург – 2011
абота выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАНДоктор медицинских наук, профессор ГБОУ ВПО Оренбургский государственный университет |
^ |
Доктор медицинских наук, профессор ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации |
^ |
Заслуженный деятель науки РФ и РБ, доктор медицинских наук, профессор Башкирский государственный медицинский университет |
^ |
Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
Защита состоится «29» декабря 2011 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 208.066.03. при Оренбургской государственной медицинской академии по адресу: Россия, 460000, г. Оренбург, ул. Советская, д. 6, телефон: (3532) 40-35-62, факс (3532) 77-24-59, E-mail: [email protected], зал заседаний диссертационного совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОрГМА
Автореферат разослан «___» ______________ 2011 г, автореферат и текст объявления размещен на официальном сайте ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Ученый секретарь
диссертационного совета
д. м. н., профессор Немцева Наталия Вячеславовна
^
Актуальность проблемы. В концепции ассоциативного симбиоза, включающей три вектора («хозяин – доминант»; «хозяин – ассоциант»; микросимбиоценоз), одним из наименее изученных является микросимбиоценоз, функционирующий как полимикробное сообщество одновременно взаимодействующее с организмом хозяина, и определяющее, в конечном итоге, его функциональное состояние. При заселении биотопов человека между микроорганизмами складываются различные взаимоотношения, которые определяются качественной и количественной характеристикой микробного пейзажа (Несвижский Ю.В. и др., 1997). Популяции микроорганизмов, вступая в сложные взаимоотношения – конкурентные или кооперативные, при заселении различных биотопов макроорганизма формируют специфический «микросимбиоценоз» (Проворов Н.А., 2001; Бухарин О.В. и др., 2006). Под микросимбиоценозом понимается открытая саморегулирующаяся система, представленная совокупностью популяций микроорганизмов аутохтонных и аллохтонных видов, находящихся в сложных взаимосвязях, исход которых определяет гомеостаз хозяина.
Как любая живая система – микросимбиоценоз является как открытой системой, где микросимбионты осуществляют обмен веществ и энергии с окружающей средой, так и самоуправляемой, саморегулирующейся системой, перерабатывающей информацию для поддержания своей структуры и управления процессами метаболизма (Новосельцев В.Н., 1978).
Микробиота желудочно-кишечного тракта по праву является уникальной моделью для изучения межмикробных взаимоотношений при ассоциативном симбиозе, поскольку является динамической равновесной системой организма хозяина и населяющей его доминантной и ассоциативной микрофлорой. В кишечнике человека доминантную микрофлору представляют бифидобактерии, которые занимают одно из лидирующих по численности положений среди представителей индигенной микрофлоры (Gomes A.M.P., Malcata F.X., 1999; Guarner F., Malagelada J.-R., 2003), формируя колонизационную резистентность хозяина за счет продукции антимикробных субстанций и стимуляции факторов врожденного и приобретенного иммунитета хозяина против патогенов (Deplancke B. et. al., 2002; Macfarlane S. et. al., 2002).
Вторжение посторонней (чужеродной) ассоциативной микрофлоры может нарушить гомеостаз хозяина за счет изменения межмикробных взаимоотношений в микросимбиоценозе, что приводит к формированию хронических очагов персистирующей инфекции.
Как известно, взаимоотношения между микросимбионтами при формировании микросимбиоценоза базируются на различных каналах связи, включающие: клеточные взаимодействия (Kolenbrander P. E., 2000; Palmer R. J. et. al., 2001), генетический обмен (Li J. et. al., 2001) и выработка сигнальных метаболитов (Кrisanaprakornkit S. et. al., 2000; Fong K. P. et. al., 2001; Burgess N. A.et. al., 2002).
Однако открытым остается вопрос о механизмах межмикробных взаимоотношений доминантных бактерий с ассоциантами. Не выяснены основные физиологические функции микрофлоры, определяющие системообразующий фактор микросимбиоценоза. Как удается представителям индигенной микрофлоры распознать «чужеродную информацию» ассоциантов, нарушающих гомеостаз инфицированного хозяина при ассоциативном симбиозе? Наконец, какова роль регуляторных сигнальных метаболитов микросимбионтов, участвующих в поддержании колонизационной резистентности организма?
Указанные моменты и предопределили тематическую направленность наших исследований, которые могли бы способствовать раскрытию патогенетических механизмов межмикробных взаимоотношений в микросимбиоценозах организма человека и изысканию новых подходов к поиску препаратов пригодных для борьбы с персистирующей патогенной микрофлорой.
^
Цель исследования - изучить механизмы регуляторных взаимодействий микросимбионтов, определяющие функционирование микросимбиоценоза дистального отдела толстого кишечника человека.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Выявить информативные биологические характеристики микроорганизмов («биомишени» их взаимодействия) в условиях ассоциативного симбиоза человека и определить системообразующий фактор формирования микросимбиоценоза по информативным биологическим параметрам микросимбионтов.
Охарактеризовать взаимодействия микроорганизмов в системе «доминант-ассоциант» под контролем важнейших биологических характеристик адаптации микросимбионтов.
Разработать способ определения «свой-чужой» на основе особенностей взаимодействия доминантных и ассоциативных микросимбинтов в микросимбиоценозе дистального отдела толстого кишечника человека.
Изучить роль мембранотропных ауторегуляторов в формировании адаптивных реакций микроорганизмов в микросимбиоценозе дистального отдела толстого кишечника человека.
Оценить распространенность и выраженность способности микроорганизмов взаимодействовать с про- и противовоспалительными цитокинами.
Определить хронобиологические особенности взаимодействия микроорганизмов в микросимбиоценозе под контролем их ростовых свойств и персистентных характеристик.
^ Сформулировано определение, согласно которому, микросимбиоценоз – единая динамическая система, обладающая выраженной способностью к ауторегуляции и аутостабилизации, состоящая из многовидовых консорциумов микроорганизмов, образующих симбиотические связи между собой и макроорганизмом с целью создания благоприятных условий для своей жизнедеятельности и оказывающих непосредственное влияние на состояние здоровья организма хозяина.
Установлено, что рост/размножение, биопленкообразование и антилизоцимная активность, как базовые физиологические характеристики адаптации микроорганизмов при ассоциативном симбиозе человека, наиболее значимы в функционировании микросимбиоценоза, определяя его системообразующий фактор.
Показана универсальность персистентных признаков микросимбионтов, включая биопленкообразование, что определяет использование их в качестве «биомишени» как для исследования межмикробных взаимоотношений в условиях микросимбиоценоза, так и для изучения и отбора биопрепаратов, пригодных для борьбы с патогенами.
Регуляторная функция экзометаболитов бифидофлоры при взаимодействии с ассоциантами основана на их плейотропном действии: способности в зависимости от их концентрации либо изменять рост/размножение условно-патогенных микроорганизмов, либо модифицировать их персистентные свойства, стимулируя основные физиологические функции у представителей нормофлоры, и угнетая у микроорганизмов, характерных для дисбиоза кишечника человека.
Рассмотрение межмикробных взаимоотношений с позиции ассоциативного симбиоза выявило способность доминантной микрофлоры (бифидобактерий) модифицировать персистентный потенциал ассоциантов, отражая их взаимодействие внутри микросимбиоценоза и с организмом хозяина.
Экспериментально выявлен феномен микробного распознавания «свой – чужой» на основе оппозитных (усиление/подавление) взаимодействий на ростовые и персистентные свойства пары микросимбионтов («доминант – ассоциант») в условиях микросимбиоценоза. Разработанный алгоритм микробного распознавания в микросимбиоценозе кишечника человека позволил построить математическую модель, с помощью которой была осуществлена как межвидовая, но и внутривидовая дифференцировка «своих» и «чужих» штаммов микроорганизмов в паре «доминант-ассоциант».
Определено влияние мембранотропных эндогенных метаболитов (гомологов алкилоксибензолов) на диссоциацию популяции индигенных бактерий биотопа дистального отдела толстого кишечника человека, как один из механизмов адаптации доминантной микрофлоры к стрессовым воздействиям (изменение условий их окружения в микросимбиоценозе). Обнаруженная видонеспецифичность алкилоксибензолов - свидетельство возможности их использования микроорганизмами как во внутривидовых, так и в межвидовых взаимоотношениях симбионтов в условиях микросимбиоценоза.
Впервые определена антицитокиновая активность (АЦА) микроорганизмов и выявлена ее регуляторная роль в отношении как про- так и противовоспалительных цитокинов. Более высокие значения АЦА были характерны для доминантов (бифидобактерий и лактобацилл), в сравнении с ассоциантами, что может обуславливать адаптацию представителей нормофлоры в организме хозяина.
Изменение ритмометрических показателей микроорганизмов при воздействии экзометаболитов ассоциантов – показатель адаптивной реакции микрофлоры в условиях микросимбиоценоза.
^ Получены новые данные, расширяющие теоретические представления о симбиотических взаимодействиях доминантов с ассоциантами в микросимбиоценозе дистального отдела толстого кишечника человека. Эти материалы позволяют использовать важнейшие физиологические функции выживания микроорганизмов не только для исследования механизмов формирования микросимбиоценоза, но и для отбора препаратов пригодных для коррекции дисбиотических изменений биотопов.
Полученный штамм бактерий Klebsiella pneumoniae ГИСК № 278 – продуцент ингибитора лизоцима (Патент РФ на изобретение № 2321632, опуб. 10.04.2008) используется в качестве тест культуры при изучении межмикробных взаимодействий в микросимбиоценозе и оценке влияния препаратов на персистентный потенциал патогенов в работе научно-исследовательских лабораторий.
Разработана математическая модель микробного распознавания микросимбионтов с использованием в качестве тестовых культур бифидобактерий (штаммов B. longum), может быть использована для дифференциации «своих» и «чужих» видов микроорганизмов при ассоциативном симбиозе человека.
Определение популяционной структуры микроорганизмов под действием биотических и абиотических факторов пригодно для изучения межмикробных взаимоотношений при ассоциативном симбиозе человека, а также для отбора и тестирования различных препаратов в экспериментальных исследованиях.
Результаты работы по изучению влияния алкилоксибензолов на популяции микроорганизмов можно использовать для решения прикладных задач биотехнологии с целью повышения эффективности культивирования и сохранения производственных штаммов пробиотических бактерий.
Представленные данные - составная часть темы открытого плана НИР ИКиВС УрО РАН «Изучение механизмов взаимоотношений симбионтов и их регуляции в различных биологических системах» (№ гос. регистрации 0120.0 600145) и «Лекарственная регуляция персистентного потенциала микроорганизмов» (№ гос. регистрации 0120.0 853339); программы Президиума РАН №21 «Фундаментальные науки – медицине» «Механизмы формирования и регуляция ассоциативного симбиоза человека» (09-П-4- 1007); целевой программы интеграционных проектов УрО РАН «Выявление биомишеней и разработка способов регуляции персистентного потенциала микроорганизмов» (09-И-4-3001).
Фундаментальные результаты диссертационного исследования включены в итоговые отчеты УрО РАН и Отделения биологических наук РАН (2007-2010 гг.)
^
Системообразующий фактор микросимбиоценоза, обеспечивающий выживание (функционирование) микросимбионтов при ассоциативном симбиозе человека включает комплекс биологических характеристик микросимбионтов - ростовые свойства, антилизоцимную активность и биопленкобразование.
Феномен микробного распознавания «свой – чужой» на основе оппозитных (усиление/подавление) взаимодействий пары «доминант – ассоциант», под контролем их ростовых и персистентных свойств, позволяет осуществлять межвидовую и внутривидовую дифференцировку «своих» и «чужих» штаммов микросимбионтов, определяя важнейший механизм функционирования микросимбиоценоза.
Адаптационные механизмы функционирования микросимбиоценоза контролируются низкомолекулярными внеклеточными метаболитами бактерий (гомологами алкилоксибензолов), антицитокиновой активностью микрофлоры и синхронизацией ритма базовых физиологических функций микросимбионтов, определяющих их «динамическую адаптацию».
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям