Бактерии симбионты человека кишечная палочка

В кишечнике человека проживают тысячи видов микроорганизмов. От бактерий в кишечнике зависит, каким будет человек: худым, полным, жизнерадостным, депрессивным, болезненным или устойчивым к заболеваниям.

В кишке микроорганизмы прикрепляются к криптам (ворсинкам), продуцируют слизистую биопленку. Биопленка имеет большое значение для сохранения популяции бактерий, является их защитой от внешних воздействий. Внутри слизистого межклеточного матрикса микроорганизмы обмениваются аминокислотами, размножаются, а попавшие инородные организмы уничтожаются, вытесняются, либо происходит адаптация и новые бактерии принимают участие в жизнедеятельности.

Важные функции, которые выполняют бактерии в кишечнике человека:

• защита эпителия;
• расщепление и переваривание пищи;
• синтезирование витаминов и аминокислот, участие в обмене веществ;
• формирование иммунной реакции;
• защита от патогенных микроорганизмов, попадающих в кишечник.

Изменения в количественном и качественном составе бактерий-симбионтов приводят к качественному изменению состояния организма человека. Изучением кишечных микроорганизмов, их значением и влиянием занимался еще И.И. Мечников. Ежегодно научные журналы публикуют данные об исследованиях, рассказывая, какова функция и значение бактерий в кишечнике.

Как живут бактерии в кишечнике

Микробиота (микрофлора) – сообщество бактерий-симбионтов, населяющее человеческий организм. Их в кишечнике здорового человека обнаруживается до 500 видов микроорганизмов общей массой до 3 кг. Основная часть бактерий живет в толстой кишке, их незначительное количество находится в тонком кишечнике, а также аппендиксе.

Тонкий кишечник

В тонком кишечнике происходит пристеночное кишечное пищеварение за счет ферментов кишечного сока, который вырабатывается слизистой оболочкой. Здесь же происходит всасывание питательных веществ в кровь и лимфу.

В верхних отделах тонкого кишечника микрофлора не богата бактериями. Нижний отдел тонкого кишечника (подвздошная кишка) заселен дрожжеподобными грибами, бактероидами, бифидобактериями, а также кишечной палочкой, которая выполняет важные функции:

• Защищает организм от «чужих» бактерий. Микробы в кишечник попадают из желудка вместе с пищей. E.coli атакует непрошеных гостей, предупреждая их заселение и распространение в тонком кишечнике.
• Собирает кислород, который попадает в кишечник из желудка. Для E. coli кислород необходим, а для анаэробных бифидобактерий губителен.

E.coli присутствует в кишечнике здорового человека в малом количестве и никакого вреда не приносит. Поглощая губительный для анаэробов кислород и вытесняя чужеродные микроорганизмы, эта бактерия имеет большое значение в процессе пищеварения.

Толстый кишечник

В толстом кишечнике происходит последняя переработка пищи. Из пищи выделяются питательные вещества, вода и распространяются по организму при помощи лимфатических, а также кровеносных сосудов.

Дрожжеподобные грибы, кокки, кишечная палочка, архебактерии, бифидобактерии, лактобактерии – обитатели толстой кишки, участвующие в процессе пищеварения.

Бактерии, перерабатывая растительные углеводы, выделяют опасный для них низкомолекулярный водород. Жизнедеятельность анаэробных бактерий, их количество зависят от самых древних микроорганизмов – архебактерий. Архебактерии поглощают водород и углекислый газ, выводят из организма аммиак.

Большое значение имеют бактерии-симбионты в защите от вирусов и инфекций. При появлении вирусов эти клетки посылают сигналы иммунной системе. Создаются антитела, которые подавляют чужеродные микроорганизмы.

Роль кишечной палочки

Для процесса пищеварения и формирования иммунитета кишечная палочка (эшерихия) играет большую роль. Эшерихия – условно-патогенная бактерия, при попадании в организм распространяет токсины. А в толстой кишке эшерихия стала незаменимым участником симбиоза и приносит пользу (если находится в нормальном количестве).

Функции кишечной палочки:

• E.coli считается основным конкурентом патогенным микробам, которые попадают в кишечник. При попадании «чужаков» она вытесняет их;
• эшерихия «тренирует» иммунную систему организма, поскольку сама является условно-патогенной;
• участвует в процессах обмена холестерина, билирубина, ряда жирных кислот, железа, кальция;
• участвует в переваривании белков и углеводов;
• собирает кислород, губительный для анаэробной флоры;
• расщепляет лактозу.

Увеличение или снижение количества E.coli считается нарушением и называется дисбактериозом.

Существует более 100 штаммов этого микроба, в том числе патогенные, которые могут вызывать заболевания. Малая концентрация патогенных эшерихий подавляется иммунной системой, поэтому человек долгое время может быть носителем одного из видов:

• Энтеротоксикогенной E.coli – причины холероподобных заболеваний. Симптомы: диарея, тошнота, рвота. Заражение происходит через воду и еду. Распространена в странах Азии.
• Энтероинвазивной эшерихии, которая провоцирует заболевание, похожее на дизентерию. Встречается у детей до 3 лет. Симптомы: тошнота, рвота, высокая температура.
• Энтеропатогенных палочек – причины инфекций, сходных с сальмонеллезом (распространены в США). Передаются бытовым путем и через продукты питания.
• Веротоксической (энтерогеморрагической) эшерихии, которая вызывает геморрагический колит. Симптомы: высокая температура, тошнота, рвота, стул с кровью.

Лечение инфекционных заболеваний проводится в стационарных условиях. Самолечение недопустимо, поскольку некоторые патогенные штаммы резистентны к лекарствам, самостоятельный прием антибактериальных средств может привести к осложнениям.

В целях профилактики заражения необходимо соблюдать правила личной гигиены, а также не пить сырую воду и молочные продукты. Фрукты и овощи необходимо тщательно промывать под проточной водой и обдавать кипятком.

В процессе эволюции между бактериями сформировались отношения, ни один из видов не действует в интересах только своей популяции. Внутри сообщества микробы обмениваются аминокислотами, происходят их мутации, необходимые для выживания в неблагоприятных условиях.

Аппендикс

Много времени аппендикс (отросток слепой кишки) считался рудиментом и удалялся при каждом удобном случае. Сегодня все чаще говорят о его влиянии на микрофлору кишечника. Большое количество лимфольных узелков навело ученых на мысль о значении этого органа для процесса формирования иммунной системы:

• Именно в аппендиксе откладываются бифидоактивные углеводы, на которых затем развиваются колонии микроорганизмов. Когда количество бифидобактерий в аппендиксе увеличивается, они распространяются по толстому и тонкому кишечнику. Таким образом, он играет роль «депо», выращивая новые колонии полезных бактерий.
• В аппендиксе выращивается кишечная палочка.
• Здесь продуцируются гормоны, создаются иммунные клетки (механизм еще плохо изучен).

Низкое содержание растительных углеводов в пище и высокое содержание белков приводят к развитию гнилостных процессов и воспалению аппендикса – аппендициту, перитониту. Симптомы заболеваний: тошнота, боль в правом боку, рвота, повышение температуры. Лечение (удаление) аппендицита проводится только в медицинском учреждении.

Иммунная система человека находится в кишечнике. Именно от состояния микрофлоры, наличия и активности бактерий зависит сопротивляемость организма заболеваниям. Утомляемость, раздражительность, частые простуды – симптомы изменений, происходящих в микрофлоре.

Дисбактериоз

Дисбактериоз – это состояние, при котором происходит нарушение соотношения численности представителей микрофлоры в кишке. Неприятным последствием дисбактериоза становится авитаминоз, снижение иммунитета.

Симптомы дисбактериоза:

• вздутие живота, «урчание»;
• тошнота;
• расстройство стула;
• боль в животе.

Дисбактериоз – это симптом изменения в микробиоте. Диеты, инфекционные заболевания, лечение антибактериальными препаратами, стрессы приводят к изменениям в организме.

Лечение дисбактериоза вызывает самые большие споры среди врачей. С одной стороны, неприятные симптомы мешают человеку, с другой – микрофлора кишечника постоянно меняется, зависит от продуктов питания, привычек. Необходимость приема пребиотиков и пробиотиков для нормализации флоры преувеличена: микроорганизмы в кишке погибают при недостатке питательной среды, приеме антибиотиков и колонизируют кишечник при создании благоприятных условий в течение 2-3 недель.

Слово «симбионт» происходит от древнегреческого «совместная жизнь, сожительство» и обозначает различные живые организмы, поддерживающие существование друг друга. Процесс тесного и длительного сожительства разных видов живых организмов называют симбиозом. Такие взаимоотношения между симбионтами успешны в том случае, если они приносят пользу всем участникам процесса и повышают их шансы на выживание. Яркий пример – бактерии-симбионты, живущие в кишечнике человека, без которых процесс пищеварения, а, следовательно, и наша жизнь были бы невозможны.

В том случае, если симбиоз приносит пользу одному из «сожителей» и вредит другому, говорят о паразитизме. Например, блохи используют собаку как источник питания, поэтому они являются паразитами. Но собака вполне спокойно проживет и без блох, а вот блохи без собаки никак не обойдутся.

Симбиоз как залог выживания

В отличие от паразитов симбионты работают на общий успех. Это может быть сотрудничество:

• двух животных (бегемот и птичка, которая чистит ему зубы);
• растений и насекомых (цветы, опыляемые только одним видом насекомых);
• микроорганизмов и растений (клубеньковые бактерии, участвующие в процессе получения пищи бобовыми);
• человека и бактерий (микроорганизмы, которые обитают в нашем кишечнике, помогают выжить нам и радуются жизни сами);
• даже отдельных клеток друг с другом (симбиоз доядерных клеток-прокариотов породил полноценную клетку-эукариота с четко оформленным ядром, что положило начало процессу эволюции на нашей планете).

А есть еще лишайники как результат симбиоза гриба и водоросли, которые выживают там, где по отдельности ни грибы, ни водоросли жить не смогут. Есть сосуществование краба и актинии, когда первый является средством передвижения, а вторая – оборонительным оружием. И таких примеров не счесть.

Рассмотрим два примера симбиоза микроорганизмов с человеком и растениями – бактерии-симбионты человека и клубеньковые бактерии, участвующие в процессе питания бобовых.

Макроорганизм + микроорганизм = человек

Мы привыкли считать, что бактерии – это плохо. Однако, как и люди, бактерии бывают всякие. Если избавить человека от всех микробов и бактерий, живущих в нем и на нем, то долго этот несчастный не протянет.

Связь человека с окружающим миром сложилась в процессе эволюции и представляет собой стройную систему взаимоотношений симбионтов. Без существования бактерий, вирусов, сапрофитов (утилизация отходов) и даже паразитов невозможно существование единой системы под названием «человек».

Бактерии-симбионты живут в нашем кишечнике, на слизистых, на коже и составляют так называемую нормальную микрофлору. Наши родные микроорганизмы:

1. Дают защиту всему организму, убивая или лишая пищи «пришлые» бактерии. Они не дают возможности расселиться на коже или слизистых опасным микробам или вирусам, пришедшим извне, тем самым создавая иммунную систему организма.
2. Участвуют в пищеварении. Бактерии, живущие в кишечнике человека, вырабатывают пищеварительные ферменты, без которых невозможно усвоение некоторых видов пищи.

В формировании нормальной микрофлоры человека принимают участие около 500 видов различных бактерий. Так, наличие в организме человека кишечной палочки (в определенных количествах) – непременное условие для переваривания лактозы. В свою очередь лактобактерии перерабатывают полученную лактозу и другие углеводы в молочную кислоту, участвуя в процессе получения энергии.

Где и чем живут наши маленькие друзья?

Бактерии есть практически по всей длине желудочно-кишечного тракта, начиная от ротовой полости до прямой кишки. Но самые важные обитают именно в кишечнике. Здесь они вырабатывают ферменты и витамины, без которых процесс пищеварения попросту невозможен.

На каждом участке кишечника живут именно те микроорганизмы, которые приспособлены к определенным условиям обитания и содержанию питательных веществ. Например, в слепой кишке самой многочисленной группой являются бактерии, расщепляющие целлюлозу, что делает возможным переработку клетчатки.

Бактериям тонкого кишечника приходится выживать в довольно жестких условиях. Именно здесь находятся агрессивные вещества, смертельные для многих микроорганизмов. Например, соляная кислота, необходимая для пищеварения, убивает значительное количество микробов. Только несколько видов бактерий и дрожжей способны выжить в такой среде.

Кроме того, именно в тонком кишечнике процесс поглощения питательных веществ идет полным ходом. Это значит, что бактериям приходится сражаться за пищу с самим организмом. А еще сюда попадают не до конца обработанные вещества, не всегда пригодные для питания бактерий.

Тонкий кишечник связан с кровеносной и лимфатической системами, переносящими полученные питательные вещества. А нервная система по сигналу тонкого кишечника регулирует состав и количество гормонов, необходимых организму. То есть тонкий кишечник, благодаря своим симбионтам, является энергетической станцией и поставщиком питательных веществ.

В толстом кишечнике бактериям живется значительно привольней, поэтому их количество и видовое разнообразие гораздо больше. В толстый кишечник организм отправляет непереваренные остатки пищи и другие отходы (осколки до размеров молекул) для дальнейшего вывода наружу.

Враги наших друзей

Антибиотики – относительно недавнее изобретение человечества. Сложно подсчитать, сколько жизней было спасено благодаря этому открытию. Однако, как известно, за все нужно платить. Антибиотики уничтожают все бактерии, не делая различий на хороших и плохих.

Именно поэтому после приема антибиотиков микрофлора кишечника выглядит весьма печально. Это моментально сказывается не только на нашем пищеварении, но и сильно снижает иммунитет. То есть, получается, опасность подцепить следующее заболевание становится больше после приема лекарств, предназначенных защитить наше здоровье.

Ученые пытаются разрушить этот замкнутый круг, разрабатывая все новые, узконаправленные, препараты. Но долгие годы широкого использования антибиотиков привели к тому, что микрофлора человека становится все более слабой. А отсутствие или недостаточное количество бактерий-симбионтов влечет за собой целый букет хронических заболеваний: диабет, рак, ожирение и т.д.

Симбионты в растительном царстве

Растения в своем стремлении выжить тоже не стесняются использовать симбионты. Например, хорошо известный лишайник, по сути, не является отдельным растением. Это симбиотическая система зеленых водорослей и грибов.

Как известно, водоросли не могут выжить без воды, а грибы не способны самостоятельно синтезировать питательные вещества (они используют то, что произвели другие микроорганизмы). Но эти недостатки взаимно уничтожаются в симбиотической группе. Водоросли с помощью фотосинтеза создают питательные вещества для грибов, а взамен получают комфортную среду обитания: необходимую влажность, кислотность почвы, защиту от ультрафиолета. В результате лишайники умудряются не просто выживать, но весьма уверенно чувствовать себя в довольно суровых условиях, где у них нет конкурентов за место под солнцем.

Еще одним примером симбиоза служат орхидеи, в корневой системе которых живут грибы и микроорганизмы. В этом тройственном союзе бактерии отвечают за тесную взаимосвязь растения-хозяина и гриба-симбионта. Самое поразительное, что не только грибы и микроорганизмы не могут существовать без растения, но и орхидея погибает, если уничтожить ее симбионтов.

Но самым, пожалуй, ярким примером растительной симбиотической системы являются клубеньковые бактерии в союзе с растениями семейства бобовых.

Как вырастить хороший урожай бобовых

В воздухе, которым мы дышим, есть азот (аж 78% от общего объема). Этот химический элемент в обязательном порядке входит в состав белков и нуклеиновых кислот, а значит, жизненно необходим все живым организмам на Земле.

Человек и животные получают азот вместе с пищей, в основном из белков животного и растительного происхождения. Но откуда же берут азот растения?

Получать азот напрямую из атмосферного воздуха самостоятельно растения не умеют. В почве тоже есть азот, но, во-первых, его очень мало, во-вторых, значительная его часть содержится в органических соединениях, усваивать которые растения не в состоянии.

И вот здесь вступают в игру азотфиксирующие бактерии. Они умеют превращать органические соединения, содержащие азот, в минеральные (нитраты), доступные для питания растений.

Отдельное место в ряду азотфиксирующих бактерий занимают так называемые клубеньковые. Эти микроорганизмы-симбионты образуют клубеньки на корнях бобовых растений (клевера, люпина, гороха, вики). Клубеньковые бактерии связывают свободный атмосферный азот и доставляют его прямо к столу своего растительного хозяина.

Таким образом, с помощью клубеньков-симбионтов растения получают возможность получать азот, а микроорганизмы, в свою очередь, берут от растений питательные вещества (продукты углеводного обмена и минеральные соли) для собственного роста и развития.

Для успешного развития системы симбионтов (растение + микроорганизм) необходимы определенные условия:

• температура;
• влажность;
• реакция почвы;
• штамм бактерий.

В природных условиях встречаются клубеньковые бактерии различных видов, и не все они достаточно эффективны. Поэтому в сельском хозяйстве используют выведенные штаммы микроорганизмов, инфицируя ими бобовые растения, что приводит к увеличению урожая.

Однако в случае с бобовыми симбиоз – вынужденная необходимость. Если в почве будет достаточно азота (например, азотные удобрения), то клубеньковые бактерии потеряют для хозяина свою значимость, и их колонии будут разрушены самим растением.

Итак, симбиоз – вещь важная, нужная и иногда жизненно необходимая. Симбионтные системы есть у высших животных, растений, грибов, бактерий, водорослей… Словом, практически везде. И мы не смогли бы не то что выжить, но даже появиться на свет, не создай природа такого мощного орудия для выживания, как система симбионтов.