Может находиться в симбиозе с человеком кишечная палочка

Экологию человека нельзя рассматривать без учета симбиоза с бактериями, поскольку, оказавшись стерильным, человеческий организм погибнет в считаные дни. Сейчас биологи уже говорят о том, что для продвижения в решении вопросов здоровья нашего организма важен не только геном тех клеток, которые непосредственно являются человеческими, а и расшифровка генома бактерий, входящих в состав нашего организма. У этого сборного генома даже есть свое название – метагеном. На фоне изучения метагенома исследователи получают ответы на вопросы о том, как бактерии попадают в организм, как живут в нем и какое оказывают влияние на состояние всего организма.

Формирование содружества

Организм человека буквально населен полезными микробными сообществами. Кроме факта симбиоза человека с микробами, интересен также тот факт, что общая микрофлора каждого человека уникальна, более того, уникальными являются и отдельные ее группы.

В разных отделах кишечника, в разных отделах носоглотки, в разных отделах урогенитального тракта успешно сосуществуют разные по своему составу и природе микробные сообщества. Если рассматривать состав микрофлоры рта, то микрофлора зуба имеет состав, отличающийся от микрофлоры языка, в свою очередь, микрофлора внутренней поверхности щек также индивидуальна.

Как же формируются эти бактериальные сообщества, живущие в симбиозе с нашим организмом, как они выстраивают взаимоотношения друг с другом и с человеческими клетками-эукариотами?

Полезные бактерии поселяются в человеке такими путями:

1. До тех пор, пока ребенок находится в утробе матери, бактерии к нему не имеют доступа, плацента непроницаема для микробов.
2. Первый контакт новорожденного и микрофлоры происходит в момент прохождения по родовым путям и при контакте с кожей матери.
3. В ЖКТ ребенка бактерии попадают при кормлении и при других контактах с внешним миром. Бактерии, содержащиеся в материнском молоке, становятся основой микрофлоры кишечника ребенка. В сети есть много материалов на тему стерильности материнского молока. Судя по содержанию, в этих материалах даются рекомендации о том, как уберечь ребенка от попадания патогенов вместе с молоком. Однако нормальное материнское молоко содержит до 700 видов бактерий и одноклеточных грибов, среди которых преобладают лактобактерии и бифидобактерии. Они и составляют основу полезной микрофлоры кишечника ребенка.
4. Ротовую полость и носоглотку ребенка заселяют стафилококки, стрептококки, микрококки, которые также входят в состав материнского молока.
5. На коже ребенка микробное сообщество формируется из микроорганизмов, которые входят в состав микрофлоры кожи близких родственников малыша. Вот почему так важно в первые недели, пока естественный защитный барьер новорожденного не обретет прочную основу для активных действий и не начнет бороться с возбудителями, оградить ребенка от контактов с другими людьми (кроме родителей).

Бактериальные сообщества, сформировавшиеся в первые дни жизни, могут коренным образом изменяться только в результате перенесенных ребенком или уже взрослым человеком серьезных заболеваний и прохождения им курсов химиотерапии.

Так выглядит заложенный природой процесс симбиоза с микробами, в результате которого у человека постепенно появляются элементы естественной защиты. Пусть эта защитная система и является самостоятельной формой жизни, но ее эффективность – факт, до сих пор поражающий изящностью того решения, которое нашла живая природа, разрешая проблему защиты человека.

Влияние биологической защиты на патогенных микробов

Студентам-микробиологам, которые только начинают изучать, почему и как строятся взаимоотношения между болезнетворной и полезной микрофлорой человека, объясняют процесс этих отношений на примитивном примере.

Нужно представить себе рынок, на котором торгует костяк местных хозяйственников, и чужака, решившего торговать своим товаром на этом рынке.

От чего будет зависеть успех предприятия торговца?

1. От того, насколько влиятельно, сильно и многочисленно сообщество местных торговцев;
2. И от того, будет ли у этого чужака поддержка в лице других чужаков. Один чужак не сможет победить в борьбе с сообществом, а вот если борьба завяжется между двумя сообществами – итог не так очевиден.

Качество нашей биологической защиты зависит от того, сколько полезных бактерий задействовано в защитном симбиозе, и от того, сколько чужеродных патогенов решило этот барьер преодолеть.

Симбиоз человека и бактерий в нашем сложном организме не ограничивается только защитной функцией. Микробы в ЖКТ могут не только бороться с вредителями, а и способны синтезировать для человека ряд витаминов, которые из пищи могут поступать только в очень малых количествах.

Бактерии в ЖКТ помогают человеку переваривать пищу растительного происхождения. Ферменты, вырабатываемые самим организмом человека, целлюлозу (основу клеточной стенки растений) разобрать на молекулы не могут.

Жизнь в условиях симбиоза

Общий вес бактерий, живущих в симбиозе с одним человеком, составляет около 2 килограммов. В этот показатель веса входят и микробы ЖКТ, и микробы, живущие на коже (самые массовые микробные сообщества). Вес одной бактерии составляет одну миллиардную грамма. Если вывести количество микробов из общего веса сообщества и веса его одного представителя, то получится, что человек живет в симбиозе с триллионами бактерий.

Эта симбиотическая микрофлора не очень разнообразна. Несмотря на индивидуальные черты микробного сообщества, населяющего разные участки организма, эти сообщества сформированы по большей части из:

• стафилококков;
• стрептококков;
• кишечных палочек;
• микрококков;
• энтерококков;
• лактобактерий;
• бифидобактерий;
• коринебактерий;
• протеусов.

Среди перечисленных видов есть как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы, у них разные обмены веществ, но размножаются они по большей части одинаково.

Особенности каждой группы бактерий перечисленных видов можно определить, если выделить их отдельных представителей и идентифицировать. Отличаться они будут по предпочтениям в рационе. Такие отличия объясняются тем, что для выживания в разных условиях одним и тем же бактериям необходимо синтезировать разные белки. Простая природа бактерии позволяет в считаные дни приспосабливаться к специфике условий.

Сложно спорить с тем, что бактерии, живущие на коже лица, и бактерии, живущие на коже живота, находятся в разных условиях. А при тех микроскопических размерах, которые характерны для микробов, такая разница является глобальной.

Интенсивность размножения бактерий по большей части зависит от наличия питательных веществ. При благоприятных условиях одна бактериальная клетка делится раз в 20 минут. За этот 20-минутный период клетка проходит несколько форм. Эти формы связаны с формированием перетяжки, в результате которой одна клетка делится на две и к концу 20-й минуты количество бактерий удваивается. Однако если бы все бактерии через 20 минут удваивались, их биомасса давно бы вышла за более-менее стабильные 2 килограмма.

Есть механизмы, которые контролируют 20-минутное размножение каждой бактерии. И этот механизм связан с количеством еды. Только имея неограниченный доступ к питательным веществам, бактерии размножаются каждые 20 минут. Но это идеальная ситуация, а в реальных условиях пищи не так уж и много.

Цикл размножения бактериального сообщества на графике будет иметь S-образную форму, которую можно разделить на четыре фазы. От того, в какой фазе находится все сообщество, и зависит, сколько бактерий могут себе позволить делиться к концу 20-минуты после очередного деления.

1. Привыкание к внешней среде.
2. Быстрое поглощение питательных веществ.
3. Нехватки питательных веществ и замедление всех внутриклеточных процессов.
4. Если питание так и не поступит, бактерии займутся каннибализмом.

Следующие 20 минут можно будет отсчитывать с того момента, как бактерии получат необходимое питание.

Таким образом все бактериальное сообщество само регулирует свое количество и человеку можно не бояться, что в следующие 20 минут количество бактерий, живущих с ним в симбиозе, удвоится, а к концу 20-го часа общий вес бактерий превысит общий вес человека.

Вне организма жизнь бактерий также определяется наличием питания. Если вне организма есть доступ к органическим сахарам, бактерия может прожить очень долго. Такие бактерии, как кишечная палочка, вне организма могут существовать неделями. Если вне организма на нее не будет сильного воздействия ультрафиолета, кишечная палочка может прожить до 2 месяцев. Лактобактерии и бифидобактерии вне организма без питания живут около суток.

Микробы – причина болезней

Мир бактерий оказывает человеку огромную услугу, но он же, мир бактерий, действует на нас и разрушающе: является источником огромного количества болезней.

Избавиться от этой угрозы человек так и не смог, хотя и пытается всю свою историю противостоять природе.

Антибиотики во многом улучшили положение человечества, но вывести методику безопасного и высокоэффективного противостояния микробам, а также окончательного избавления от бактериальных инфекций пока не удалось.

Основные причины неудач:

1. Невозможность предотвратить попадание чужеродных микробов в организм человека (те же овощи и фрукты невозможно досконально очистить от условно-патогенной микрофлоры).
2. Отсутствие возможности бороться только с чужеродной патогенной микрофлорой, не причиняя при этом вред полезной.
3. Высокая приспосабливаемость бактерий к быстро меняющимся условиям окружающей среды.

В таких условиях одной из наиболее эффективных тактик является укрепление собственной полезной микрофлоры, чтобы чужеродные патогенные агенты не имели никакой возможности закрепиться на здоровых тканях.

Но даже эта тактика не всегда срабатывает. Ярким примером служит болезнетворное влияние на организм человека микроба хеликобактер пилори.

Хеликобактер живет в слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки. Хеликобактер является причиной язв, гастритов и даже раковых опухолей. Попадает в желудок хеликобактер через ротовую полость.

Очень долго хеликобактер не признавался научным сообществом как одна из главных угроз здоровью ЖКТ. Считалось, что в кислой среде желудка не могут выживать ни бактерии, ни вирусы, ни грибы.

Относительная ясность наступила после эксперимента американского ученого Барри Маршалла, который в 1994 году выпил содержимое чашки Петри со штаммом хеликобактера, и через короткое время у ученого диагностировали гастрит.

Особенность хеликобактера в том, что им заражены 2/3 населения Земли. При этом только в 10% случаев хеликобактер развивает свою патогенную деятельность. Вывести хеликобактера можно, только используя антибиотики. Однако нет никакой гарантии, что после курса лечения хеликобактер не вернется снова.

Еще одним биологическим агентом, представляющим серьезную опасность для человека, являются вирусы. Вирусы попадают в организм человека с едой, с водой, с воздухом, с другими бактериями.

Как известно, вирусы – внутриклеточные жильцы. Вирус – часть молекулы ДНК или РНК, которая стремится встроиться в ДНК живой клетки. После того как вирус получил возможность встроиться, вся ДНК начинает работать не на сборку белков, необходимых клетке, а на штамповку новых и новых вирусов.

Когда число новых вирусов превышает объем клетки, клеточная мембрана разрывается, и получившие свободу вирусы ищут возможность встраиваться в ДНК здоровых клеток.

Единственный эффективный способ бороться с вирусами – укрепление собственного иммунитета. Собственные иммунные системы должны быстро идентифицировать клетки-носители вируса и убить инфицированные клетки, чтобы вирус не успел распространиться.