Человек и кишечная палочка это симбиоз

Если у вашей кошки или собаки когда-либо были блохи, вы стали свидетелями симбиоза в действии. В этой статье вы узнаете о многих типах симбиоза в биологии и о том, как эти взаимоотношения между организмами могут оказывать положительное, отрицательное или нейтральное влияние на отдельные виды.

Что такое симбиоз в биологии?

Слово симбиоз буквально означает "жить вместе", но когда мы используем слово симбиоз в биологии, мы действительно говорим о тесном, долгосрочном взаимодействии между двумя разными видами.

Существует много различных типов симбиотических отношений, которые встречаются в природе. Во многих случаях от взаимодействия выигрывают оба вида. Этот тип симбиоза называется мутуализмом. Одним из примеров мутуализма является взаимосвязь между деревьями акации бычерогой (Vachellia cornigera) и некоторыми видами муравьев. Каждое дерево акации бычерогой является домом для колонии жалящих муравьев.

В соответствии со своим названием, эти деревья имеют очень большие шипы, похожие на бычьи рога. Муравьи выдалбливают шипы и используют их в качестве укрытия. В дополнение к предоставлению убежища, акация также обеспечивает муравьев двумя источниками пищи. Одним из источников пищи является очень сладкий нектар, который сочится из дерева. Второй источник пищи - структуры на кончиках листьев, называемые тельцами Белта. Нектар и Бельтовы тельца обеспечивают муравье всем необходимым продовольствием.

Муравьи получают еду и кров, но что получает дерево? Довольно много! Муравьи очень территориальные и агрессивные насекомые. Они будут атаковать все и вся, что касается дерева - от кузнечиков и гусениц до оленей и людей. Они даже взбираются на соседние деревья, которые касаются их дерева и уничтожают всю ветвь, а также очищают растительность по периметру вокруг ствола акации.

Муравьи защищают дерево от растительноядных животных и удаляют конкурирующую растительность, поэтому акация получает большое преимущество от отношений с ними. В этом случае акация считается хозяином, потому что она является самым крупным организмом в симбиотических отношениях.

Микроорганизмы и Мутуализм

Поразительное количество мутуалистических отношений возникает между многоклеточными организмами и микроорганизмами. Термиты могут есть только древесину, потому что в их кишечнике есть мутуалистические простейшие и бактерии, которые помогают им переваривать целлюлозу.

В нашем собственном организме существуют сотни различных видов бактерий, которые живут в толстом кишечнике. Большинство из них мало изучены, но мы знаем много о кишечной палочке ( E. col ), которая является одной из нормальных бактерий, встречающихся в толстых кишечниках всех людей.

Люди обеспечивают E. coli едой и местом для жизни. В свою очередь, кишечная палочка производят витамин К, и затрудняет проникновение патогенных бактерий в наш кишечник. Пока доскональна неизвестно, участвуют ли другие бактерии нашего пищеварительного тракта в абсорбции или производстве витаминов, но все они препятствуют развитию патогенов внутри нас.

Паразитизм

А теперь представим, что патогенный микроорганизм все-таки сумел закрепится в толстом кишечнике человека. Хозяин служит местом обитания и пищей для бактерий, но бактерии, в свою очередь вызывают у хозяина болезнь. Это пример паразитизма или ассоциации между двумя различными видами, когда хозяину наносится вред. Не все паразиты вызывают заболевания. Вши, клещи, блохи и пиявки - все это примеры паразитов, которые обычно не вызывают болезнь напрямую, но они сосут кровь своего хозяина, и это причиняет некоторый вред, не говоря уже о дискомфорте.

Паразиты также могут выступать в роли переносчиков, которые передают болезнетворные патогены другим видам животных. Бактерии, вызывающие бубонную чуму, переносятся грызунами, например крысами. Затем бактерии чумы заражают блох, которые кусают крыс. Инфицированные блохи передают бактерии другим животным, которых они кусают, включая людей. В этом случае и блохи, и бактерии являются паразитами, но блохи также являются переносчиком, который передает болезнетворные бактерии от крысы к другим животным и человеку.

Комменсализм

Комменсализм - это взаимоотношения между двумя видами, когда один организм получает выгоду, не вредя, но и не принося пользы другому. Комменсализм иногда трудно доказать, так как в любых симбиотических отношениях вероятность того, что тесно связанный организм не оказывает никакого воздействия на другой организм, довольно маловероятна.

Но есть несколько примеров, когда комменсализм действительно существует. Например, египетская цапля (Bubulcus ibis) следует за
азиатским буйволом (Bubalus bubalis) и другими крупными травоядными млекопитающими. По мере движения через растительность, животные собирают на себе много насекомых, а цапли ловят и едят их. В этих отношениях цапля получает большую выгоду, но для травоядных нет никакой ощутимой пользы.

Некоторые биологи утверждают, что водоросли и усоногие ракообразные, прикрепляющиеся к черепахам и китам, имеют комменсалистические отношения с хозяевами. Другие утверждают, что их присутствие вызывает сопротивление хозяина, когда он движется в воде, и поэтому хозяин страдает, хотя и незначительно. В любом случае, маловероятно, что эти организмы сильно влияют на качество жизни хозяина, поэтому комменсализм, лучший способ описать такие отношения.

Аменсализм

Аменсализм - это ассоциация между двумя организмами разных видов, где один вид ингибируется или убивается, а другой не затрагивается. Аменсализм может осуществляться несколькими способами. Чаще всего, он происходит путем прямой конкуренции за природные ресурсы.

Например, есть небольшое деревце, которое пытается вырасти рядом с большим деревом, то зрелое дерево, скорее всего, вытеснит его в борьбе за ресурсы. Оно будет перехватывать большую часть света, а его зрелая корневая система будет гораздо лучше поглощать воду и питательные вещества, оставляя саженец в среде без достаточного количества света, воды или питательных веществ и нанося ему вред.

Однако, большое дерево не испытает вреда от присутствия молодого, так как оно не может преградить свет более высокорослому дереву, а количество воды и питательных веществ, которое оно способно поглотить настолько незначительно, что зрелое дерево не заметит разницу.

Аменсализм также может возникнуть, если один из видов использует химические веществ, чтобы подавить рост или убить другие виды. Очень известный пример этого типа аменсализм привел к открытию антибиотиков, известных как пенициллин. Александр Флеминг наблюдал аменсализм, происходящий на пластине золотистого стафилококка, окружающего загрязняющее пятно пенициллиновой плесени. Он первым узнал, что плесень выделяет вещество, которое убивает окружающие его бактерии. Другие ученые позже разработали способы массового производства химического вещества, убивающего бактерии, известного нам как пенициллин.

Подведение итогов

Давайте посмотрим. В биологии, симбиоз относится к близкому, долгосрочному взаимодействию между двумя различными видами. Но существует много различных типов симбиотических отношений:

Мутуализм - это тип симбиоза, при котором оба вида получают выгоду от взаимодействия. Примером мутуализма является связь между деревьями акации бычерогой и некоторыми видами муравьев. Акация дает муравьям пищу и кров, а муравьи защищают дерево.
Паразитизм - это ассоциация между двумя различными видами, при которой паразит живет за счет хозяина, нанося ему вред, но обычно не убивая. Блохи, клещи, вши, пиявки и любые бактерии или вирусы, вызывающие заболевания, считаются паразитическими.
Комменсализм представляет собой ассоциацию между двумя различными видами, когда один вид получает выгоду, а другой существенно не затрагивается. Вероятно, лучшим примером комменсализма является связь между египетскими цаплями и крупными травоядными животными, которая была описана выше.
И, наконец, аменсализм - это ассоциация между двумя организмами разных видов, где один вид ингибируется или убивается, а другой не затрагивается. Это может происходить либо в результате прямой конкуренции за ресурсы, либо когда один вид использует химическое вещество для уничтожения или торможения роста других видов рядом с ним. Классический пример аменсализма - это способность пенициллиновой плесени выделять пенициллин, который убивает определенные виды бактерий.

1. Назовите типы биотических отношений, которые могут проявляться при взаимодействии пары организмов:

а) корова – человек;

б) большой пестрый дятел – ель;

в) кишечная палочка – человек;

г) рыба прилипала – акула;

д) тля – рыжий муравей;

е) наездник-трихограмма – яйца капустной белянки;

ж) муха ктырь – комнатная муха;

з) человек – кровососущий комар;

и) грызун песчанка – саксаульная сойка;

л) ель – гусеница сибирского шелкопряда;

(Ответ: хищничество – а, б, ж, л; мутуализм – а, б, в, д; комменсализм – г, и, м; паразитизм – в, е, з, л; нейтрализм – и, к, м. Особенностью этого задания является неоднозначность большинства ответов к предлагаемым заданиям.)

2. Из предложенного списка составьте пары организмов, которые в природе могут находиться в мутуалистических (взаимовыгодных) отношениях между собой (названия организмов можно использовать только один раз): пчела, гриб подберезовик, актиния, дуб, береза, рак-отшельник, осина, сойка, клевер, гриб подосиновик, липа, клубеньковые азотфиксирующие бактерии.

(Ответ: пчела – липа; гриб подберезовик – береза; актиния – рак-отшельник; дуб – сойка; гриб подосиновик – осина; клевер – клубеньковые азотфиксирующие бактерии.)

3. Из предложенного списка составьте пары организмов, между которыми в природе могут образовываться трофические (пищевые) связи (названия организмов можно использовать только один раз): цапля, ива, тля, амеба, заяц-русак, муравей, водные бактерии, кабан, лягушка, смородина, росянка, муравьиный лев, комар, тигр.

(Ответ: цапля – лягушка; заяц-русак – ива; тля – смородина; амеба – водные бактерии; муравьиный лев – муравей; тигр – кабан; росянка – комар.)

4. Лишайники являются примером биотических отношений:

а) симбиоза (мутуализма);

(Ответ: а.)

а) щука и карась;

в) пресноводная амеба и бактерия;

г) муравьиный лев и муравей;

(Ответ: д.)

6. Соотнесите предлагаемые понятия и определения:

1) мутуализм (симбиоз);

5) комменсализм (квартирантство);

6) комменсализм (нахлебничество);

8) хищничество (трофизм).

А. Взаимодействие двух или нескольких особей, последствия которого для одних отрицательны, а для других безразличны.

Б. Взаимодействие двух или нескольких особей, при котором одни используют остатки пищи других, не причиняя им вреда.

В. Взаимовыгодное взаимодействие двух или нескольких особей.

Г. Взаимодействие двух или нескольких особей, при котором одни предоставляют убежища другим, и это не приносит хозяину ни вреда, ни пользы.

Д. Совместное обитание двух особей, непосредственно не взаимодействующих между собой.

Е. Взаимодействие двух или нескольких особей, имеющих сходные потребности в одних и тех же ограниченных ресурсах, что приводит к снижению жизненных показателей взаимодействующих особей.

Ж. Взаимодействие двух или нескольких организмов, при котором одни питаются живыми тканями или клетками других и получают от них место постоянного или временного обитания.

З. Взаимодействие двух или нескольких особей, при котором одни поедают других.

(Ответ: 1 – В; 2 – Д; 3 – Е; 4 – А; 5 – Г; 6 – Б; 7 – Ж; 8 – З.)

7. Как вы думаете, для чего прогрессивные технологии посадки деревьев в бедную почву предполагают заражение грунта определенными видами грибов?

(Ответ: между этими грибами и деревом формируются симбиотические отношения.

Грибы быстро образуют очень разветвленную грибницу и оплетают своими гифами корни деревьев. Благодаря этому растение получает воду и минеральные соли с огромной площади поверхности почвы. Чтобы достичь такого эффекта без грибницы, дереву пришлось бы потратить много времени, вещества и энергии на формирование столь разветвленной корневой системы. При посадке на новое место симбиоз с грибом значительно повышает шансы дерева благополучно прижиться.)

8. Назовите организмы, являющиеся симбионтами человека. Какую роль они выполняют?

(Ответ: представители бактерий и простейших, обитающих в кишечнике человека. В 1 г содержимого толстой кишки насчитывается 250 млрд микроорганизмов. Многие вещества, поступающие в организм человека с пищей, перевариваются при их активном участии. Без кишечных симбионтов нормальное развитие невозможно. Болезнь, при которой уменьшается количество симбиотических организмов кишечника, называется дисбактериозом. Микроорганизмы живут также в тканях, полостях и на поверхности кожи человека.)

9. Взаимоотношения взрослой ели и соседствующего проростка дуба являются примером:

(Ответ: а.)

10. Лишайники – пример симбиотических (мутуалистических) взаимоотношений между грибами и водорослями (или грибами и цианобактериями – синезелеными водорослями). Предположите, из какого первоначального типа биотических отношений мог сформироваться этот вариант симбиоза.

(Ответ: лишайниковые грибы не встречаются отдельно от водорослей, тогда как большинство лишайниковых водорослей представлено и свободноживущими формами. Грибы в лишайнике периодически поедают как отмершие, так и здоровые клетки водоросли. Так что наиболее вероятно, что на начальных этапах эволюционного формирования лишайников грибы паразитировали на водорослях или даже попросту их поедали.)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Введение. Взаимодействие кишечной микрофлоры, иммунной системы хозяина и патогенных микроорганизмов позволяет рассматривать кишечник человека как сложную экосистему, где все компоненты играют определённую роль в модуляции друг друга и в поддержании гомеостаза, что имеет решающее значение для поддержания здоровья организма хозяина. Кишечные паразиты, как простейшие, так и гельминты, взаимодействуют с микрофлорой, изменяя баланс в сторону условно-патогенных микроорганизмов. Условно-патогенная микрофлора участвует в необходимых для выживания многих паразитарных инфекций процессах, например, в производстве питательных макромолекул. С этой позиции, пробиотики могут играть важную роль в снижении патогенности многих паразитов.

Всё это сыграло на возрастании интереса к изучению взаимодействия микрофлоры кишечника, кишечных паразитов, иммунного ответа и воспалительных процессов человеческого организма.

Кишечная микрофлора человека.

В рамках этого сложного сценария кишечные паразиты взаимодействуют с микрофлорой кишечника, нарушая сбалансированную жизнедеятельность организма и кишечной микрофлоры. Продукты кишечных бактерий могут влиять на физиологические процессы и выживаемость многих паразитов и, следовательно, на исход паразитарных инфекций. С другой стороны, кишечные паразиты, как простейшие, так и гельминты, постоянно секретируют молекулы, которые приводят к изменению среды, соответственно, состава кишечной микрофлоры. Часть энергии, которая извлекается бактериям из питательных веществ, используется не только хозяином, но и паразитическими организмами.

Простейшие

В желудочно-кишечном тракте встречается довольно широкий спектр простейших. Это, отнюдь, не однородная группа, и их физиология и биохимия в значительной степени ориентирована на паразитизм. Эти микроорганизмы демонстрируют различные механизмы инвазии, некоторые из них внутриклеточные (Cryptosporidium SPP.), некоторые строго специализированы к одному хозяину (Entamoeba histolytica), а многие адаптированы к нескольким хозяевам (Giardia duodenalis). Какие-то виды способны нанести серьёзный ущерб организму, но большинство приводит к не очень специфической симптоматике, обычно, диарее за счёт повреждения стенки кишки.

Для исследования механизмов взаимодействия с кишечной микрофлорой моделью среди простейших стал один из наиболее распространенных патогенных желудочно-кишечных жгутиковых паразитов человека и многих животных - G. Duodenalis. Спектр клинических проявлений варьирует от лёгких саморазрешающихся форм заболевания, до острого или хронического поноса с потерей веса, а синдром мальабсорбции может длиться несколько месяцев. Кроме того, у инфицированных людей могут вообще отсутствовать какие-либо клинические проявления. Причины, определяющие изменчивость клинической картины, всё ещё плохо изучены.

Многочисленные исследования показали, что патогенность простейшего определяется веществами, выделяемыми паразитом, такими как нарушающие эпителиальный барьер протеиназы, а также воспалительными и иммунологическими реакциями организма хозяина. Распознавание простейшего, паразитирующего на поверхности слизистых оболочек, скорее всего, связано с врожденным иммунитетом, например, с Толл-подобными рецепторами (TLR). Кроме того, Т-клетки, в частности CD8+, макрофаги, нейтрофилы и антитела IgM, IgG, IgA, осуществляют приобретённый иммунный ответ, необходимый для разрешения многих протозойных инфекций, например, лямблиоза.

Протозойная инфекция и кишечная микрофлора

На основе мышиной модели было показано, что нормальная кишечная флора уменьшает восприимчивость к инфицированию Cryptosporidium parvum. Также было выявлено, что нормальная кишечная микрофлора улучшает распознавание и элиминацию кишечных простейших, таких как E. histolytica, Blastocystis hominis и различных видов Eimeria.

Были выдвинуты различные гипотезы для объяснения механизмов, реализующих взаимодействие простейших с бактериями.

Некоторые учёные связывают это с изменениями, наблюдаемыми у культивированных в стерильной среде простейших. При добавлении в среду внутриклеточных бактериальных симбионтов на мембране простейшего происходит изменение поверхностных гликопротеидных лигандов, что, вероятно, снижает их адгезивные и инвазивные способности.

Кроме того, при исследовании в мышиной модели лямблий, выявили эндосимбиотических микробов, которые могут влиять на патогенность трофозоита, его обменные процессы, площадь инфицирования, характеристику поверхностных антигенов и видоспецифичность. Совсем недавно было продемонстрировано, что наличие бактериальных эндосимбионтов в трофозоитах лямблий влияет на их восприимчивость к иммунной реакции. В эксперименте было обнаружено, что в непосредственной близости от активированных клеток Панета трофозоиты с эндосимбионтами лизировались. Это подтверждает защитную роль бактериальных эндосимбионтов хозяина и поддерживает идею, что микрофлора кишечника может прямо или косвенно вмешиваться в патогенез лямблиоза.

Не менее интересным фактом стало то, что некоторые представители кишечной микрофлоры могут повышать вирулентность простейших паразитов. Проведенные с E. histolytica эксперименты свидетельствуют, что взаимодействие низкой патогенности амёб с различными грамотрицательными бактериями, в основном энтеропатогенными штаммами кишечной палочки, увеличивает вирулентность амёб. In vitro цитопатический эффект энтамёбы увеличивает фагоцитоз E.coli или Shigella dysenteriae.

Материал подготовил Ильич Антон Владимирович

Кишечная палочка – это самый изученный вид бактерий. Она является типичным обитателем кишечника млекопитающих, а значит, и человека. Этот род бактерий считают условно патогенными организмами. Это значит, что, будучи полезными симбионтами человека, они могут быть причиной десятков тысяч инфекционных заболеваний. Своё название Escherichia coli (сок. E. Coli) род получил от фамилии немецкого педиатра и бактериолога Теодора Эшериха, который впервые описал этот микроорганизм.

В организме человека и других млекопитающих этот микроб выполняет полезные функции, подавляя жизнедеятельность вредных бактерий и синтезируя некоторые витамины (витамины группы B и витамин K из каротиноидов). Он принимает активное участие в обмене жирных и желчных кислот, холестерина, холина, способствует всасыванию в кровь кальция и железа. Его значение для функционирования организма трудно переоценить. Однако всё это происходит, только когда бактерия непатогенного штамма находится именно в пищеварительном тракте.

E. Coli заселяет кишечник человека в первые часы после его рождения. По другим данным, бактерии становятся неотъемлемой частью организма человека ещё во внутриутробный период жизни. Ими снабжает ребёнка мать во время беременности. Их содержание в каловых массах в норме должно оставаться постоянным на уровне от 10 6 до 10 8 КОЕ/г. Как увеличение, так и уменьшение этого показателя является сигналом нарушения кишечного микробного равновесия, эта болезнь носит название дисбактериоза, хотя такой диагноз существует только в медицинской практике нашей страны.

Коли-инфекции, или эшерихиозы

Это группа заболеваний, вызванных вирулентными штаммами Escherichia coli. Протекают они тяжело с поражением различных органов, вплоть до развития сепсиса. Как правило, они чаще встречаются у маленьких детей. Попадание этих микробов в полости организма человека происходит по двум причинам:

Нарушения целостности стенок желудочно-кишечного тракта.
Несоблюдение гигиенических норм, попадание бактерий в организм с остатками каловых масс через рот.

Эшерихиоз в мочеполовой системе – бактериурия

При неправильном направлении процесса подмывания у женщин и девочек, нетрадиционном половом контакте и нарушениях норм гигиены, E. Coli может попасть на слизистую оболочку половых органов. Вследствие чего бактерия может быть причиной:

Инфекций почек, мочевыводящих путей и мочевого пузыря.
Острых и хронических воспалений простаты.
Воспаления женских и мужских половых желёз.

Выявить подобные заболевания помогает проведение анализа мочи. Бактериурия может не проявляться симптоматически, тогда она не обязательно требует лечения. Либо симптомы могут проявляться в клинической форме, в виде озноба, лихорадки, повышения температуры, болей в пояснице, рвоты, тошноты, дизурии. В таком случае о болезни можно судить по наличию в моче большого количества лейкоцитов.

Наличие таких болезней может плохо отразиться на течении беременности или вызвать преждевременные роды. Лечение инфекций во время беременности не рекомендуется, так как этот микроорганизм убивают только антибиотики. Будущим родителям надо заранее позаботиться о здоровье ребёнка, рождение которого они только планируют. Нужно сдать анализы и, если в этом есть необходимость, то пролечиться до периода беременности.

Во время беременности заражение кишечной палочкой может произойти из-за быстрого роста матки и повреждения близлежащих органов пищеварения. Беременной приходится часто сдавать мочу на анализ, чтобы быть уверенной в отсутствии инфекций. Этот вид обследования не приносит вреда и даёт подлинную картину процесса протекания беременности. Если кишечная палочка обнаруживается в моче во время 1-го триместра беременности, это может привести к печальным последствиям.

Патогенные штаммы Escherichia coli в желудочно-кишечном тракте

Плохие штаммы кишечной палочки могут передаваться и воздушно-капельным путём, поэтому важно изолировать заразившегося человека от здоровых людей.

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:

До тех пор, пока ребенок находится в утробе матери, бактерии к нему не имеют доступа, плацента непроницаема для микробов.
Первый контакт новорожденного и микрофлоры происходит в момент прохождения по родовым путям и при контакте с кожей матери.
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.
Ротовую полость и носоглотку ребенка заселяют стафилококки, стрептококки, микрококки, которые также входят в состав материнского молока.
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?

От того, насколько влиятельно, сильно и многочисленно сообщество местных торговцев;
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.

Привыкание к внешней среде.
Быстрое поглощение питательных веществ.
Нехватки питательных веществ и замедление всех внутриклеточных процессов.
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:

Невозможность предотвратить попадание чужеродных микробов в организм человека (те же овощи и фрукты невозможно досконально очистить от условно-патогенной микрофлоры).
Отсутствие возможности бороться только с чужеродной патогенной микрофлорой, не причиняя при этом вред полезной.
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.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Читайте также: