Эволюция представлений о роли кишечной микрофлоры

Симбиоз многоклеточных организмов с одноклеточными — древнейшее явление в эволюции. Оно возникло в тот момент, когда появились многоклеточные организмы. В соответствии с научными представлениями при возникновении жизни на Земле (3 - 4 млрд. лет назад) первыми живыми существами были микроорганизмы. По некоторым данным их эволюция продолжалась около миллиарда лет. Именно за это время сформировалось все многообразие биохимических реакций, которые лежат в основе центрального метаболизма всех живых существ. Известно, что многоклеточные организмы возникли на основе одноклеточных в мировом океане (в одной и той же экологической нише) и симбиоз многоклеточных организмов с одноклеточными наблюдался с самого начала их возникновения. В процессе эволюции у многоклеточных организмов сформировались механизмы, обеспечивающие переменчивость внутренней среды, и типы взаимодействия многоклеточных организмов с одноклеточными.

На сегодня известны следующие формы симбиоза (совместного сожительства):

- мутуализм — взаимовыгодный симбиоз;

- паразитизм — один из партнеров получает одностороннюю выгоду за счет другого;

- комменсализм — один из партнеров получает одностороннюю выгоду, не нанося при этом никакого ущерба другому организму;

- нейтрализм — партнеры не оказывают заметного влияния один на другого.

Все эти формы наблюдаются при рассмотрении симбиоза одноклеточных микроорганизмов с многоклеточными. Говоря о симбиозе человека с микроорганизмами, подразумевается, что кожные покровы, слизистые оболочки и полости человеческого тела, сообщающиеся с внешней средой, заселены огромным количеством микроорганизмов — симбионтов. Примеры: желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) — от полости рта до прямой кишки; органы дыхания — от носоглотки до альвеол и т.д.

Впервые о своих наблюдениях относительно бактерий и других микроорганизмов, обнаруженных в человеческих фекалиях, сообщил голландский исследователь Антони ван Левенгук, который и выдвинул гипотезу о совместном существовании различных видов бактерий в желудочно-кишечном тракте. В 1850 году Луи Пастер развил концепцию о функциональной роли бактерий в ферментативном процессе. Роберт Кох впоследствии предложил методику выделения чистых культур, позволяющую идентифицировать специфичные бактериальные штаммы и разграничивать болезнетворные и полезные микроорганизмы.

Учение о роли симбионтной микробной флоры для организма человека связано с именем великого русского ученого, основоположника сравнительной патологии, эволюционной эмбриологии и иммунологии Ильи Ильича Мечникова, лауреата Нобелевской премии за 1908 год (совместно с Паулем Эрлихом). На Сицилии, в маленькой самодельной лаборатории в Мессине, И.И. Мечников открыл явление фагоцитоза и тем самым инициировал новое видение проблемы инфекции: существование механизмов защиты хозяина. В 1888 году Илья Мечников, работая в Институте Пастера, обосновал теорию о том, что в кишечнике человека обитает комплекс микроорганизмов, которые оказывают на организм «аутоинтоксикационный эффект». Он полагал, что введение в желудочно-кишечный тракт «здравословных» бактерий способно модифицировать действие кишечной микрофлоры и противодействовать интоксикации.

В работе «Этюды оптимизма» (1911 г.) И.И. Мечников писал о том, что многочисленные ассоциации микробов, населяющих кишечник человека, в значительной мере определяют его духовное и физическое здоровье, а кожа и слизистые человека покрыты в виде перчатки биопленкой, состоящей из сотен видов микробов. Он высказал гипотезу о том, что давно установленная большая продолжительность жизни некоторых народов, таких как болгары, турки и армяне, связана с особенностями диеты, а именно потреблением за сутки большого количества сброженного молока, являющегося прообразом йогурта. И.И. Мечников идентифицировал две бактерии в этом продукте: Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus, которым он и приписал указанные заслуги в области продления жизни. Он считал, что долголетие человека связано с удалением условно-патогенных микроорганизмов из кишечника и предложил проводить с этой целью заселение пищеварительного тракта болгарской молочно-кислой палочкой. В это же время был создан первый кисломолочный продукт — «Простокваша Мечникова».

В начале XX века И.И. Мечниковым было выдвинуто предположение о связи ряда соматических заболеваний, в том числе и онкологических, с деятельностью микроорганизмов, то есть имеющих инфекционную природу. Он писал, что «...со временем, вероятно, удастся открыть паразитов не только при болезнях типично инфекционного характера, но и при болезнях совершенно другого рода», и предсказывал открытие паразитов злокачественных опухолей, а также микробов-возбудителей сахарной болезни. В настоящее время это предположение превратилось в хорошо аргументированную гипотезу об ассоциации ранее считавшихся неинфекционными болезнями с бактериями и вирусами.

В монографии «Этюды о природе человека» И.И. Мечников изложил концептуальный взгляд о взаимоотношениях человека и его микрофлоры. Вот некоторые выдержки из этой работы, позволяющие оценить уровень представлений почти столетней давности:

• «Усилить сопротивление благородных клеток и превратить дикую кишечную флору человека в культивированную — таковы достижимые средства для того, чтобы старость стала более физиологической, чем теперь, и, вероятно, также для продления жизни человеческой».

• «Присутствие большого количества молочных микробов неизбежно должно мешать размножению гнилостных микробов, что одно уже очень полезно для организма».

• «Итак, совершенно ясно, что с целью сократить эти медленные отравления, ослабляющие сопротивление наших благородных элементов и усиливающее фагоциты, следует вводить в пищевой режим кефир и, еще лучше, кислое молоко».

• «По нашему мнению, лучше всего употреблять кислое молоко, приготовленное при помощи чистых культур молочнокислых бактерий, а также эти культуры в виде мягкой мази, которую можно смешивать с вареньем».

• «Среди молочных бактерий лучше других «болгарская палочка» и «стрептобациллы».

И.И. Мечников был убежден в том, что «дикие и вредные бактерии в кишечнике» могут и должны быть «удалены» при помощи простокваши и содержащихся в ней молочнокислых бактерий.

На исходе XIX столетия французский педиатр Анри Тиссье доказал, что у детей, находящихся на грудном вскармливании, основным компонентом кишечной микрофлоры являются бифидобактерии.

Первое промышленное производство кисломолочного продукта питания — йогурта, в основе создания которого были научные достижения И.И. Мечникова, было начато в 1919 году испанцем Исааком Карассо, который приобрел йогуртовую закваску в Пастеровском институте. А уже его сын Даниэль (от его имени произошло название компании «Данон») добился признания йогурта во всей Европе.

Многочисленные исследования последних десятилетий убедительно показали, что продукты питания содержат природные компоненты, обладающие не только пищевой ценностью для организма, но и регулирующие его многочисленные функции, в том числе и состав микрофлоры.

Значительный вклад в развитие микробиологии и микроэкологии человека внес германский ученый Альфред Ниссле, который с 1912 года активно занимался изучением антагонистического действия бактерий. Им же в 1916 году был впервые введен термин «дисбактериоз» для обозначения снижения антагонистических функций кишечной микрофлоры. А. Ниссле удалось установить, что колибактерии могут подавлять патогенные штаммы своего же вида.

В начале XX века были выработаны два различных терапевтических принципа, в которых учитывалось «хорошее» и «плохое» влияние микроорганизмов на здоровье и заболевания человека:

• принцип иммунотерапии (воздействие на иммунную систему для профилактики и терапии, для ее тренировки);

• принцип воздействия на микрофлору и использования антагонизма некоторых видов микроорганизмов, чтобы нейтрализовать или удалить патогенные бактерии.

Большую роль в развитии учения о симбионтной кишечной микрофлоре человека сыграли работы Германского микробиотического общества. В 1922 году А. Беккер начал опыты по использованию комплексной вакцины из флоры кишечника в лечебных целях. Он полагал, что состав микробной флоры слизистых оболочек человеческого организма различной локализации тесно взаимосвязан. Совместно с коллегами X. Кольбом и Х.-П. Рушем им были созданы первые препараты на основе энтерококков и Escherichia coli.

Х.-П. Руш считал, что симбиоз бактерий существует у всех видов организмов, как высших, так и низших. То есть, речь идет о симбиозе между одноклеточными и многоклеточными организмами, утрата которого ведет к тем или иным нарушениям здоровья, а большая часть участвующих в процессах жизнедеятельности бактерий имеют физиологический характер.

Его современник Х.С. Ланштайн показал, что микробиологическая терапия требует принципиально нового отношения к самому понятию бактерии. В настоящее время накоплены знания, показывающие, что многие бактерии имеют физиологический характер за счет своей локализации на слизистых оболочках хозяина, тем самым, образуя внутреннюю среду организма. Основатели этого направления воспринимали различные слизистые оболочки как части одной более крупной системы слизистых оболочек. За десятилетия до того, как возникло понятие ассоциированной со слизистыми оболочками иммунной системы, существовала концепция о «едином слизистом органе» и «взаимодействии сил» между организмом и микроорганизмами. Цель терапии была однозначно установлена как «стимуляция собственного иммунитета». Основатели микробиологической терапии наблюдали феномен снижения иммунитета после антибактериальной терапии.

По мнению X. Кольба, применение антибиотиков создает благоприятную почву для рецидивов, а нежелательные последствия антибактериальной терапии можно предотвратить за счет применения пробиотиков. «Пробиотики дают нам возможность проводить биологическую антисептическую обработку, тем более эффективную, чем более поверхностной является воспалительная реакция, вызванная патогенными бактериями» — писал Х.-П. Руш. При такой формулировке понимается то неоценимое преимущественное действие, которое оказывается только на патогенные, а не на физиологические организмы. Второе преимущество заключается в том, что при этом не поражаются, а поддерживаются клетки за счет методов, не ослабляющих, а усиливающих конституцию». Данная методика в противоположность антибактериальной терапии была названа «пробиотическим лечением».

Непосредственно термин «пробиотик» впервые ввел в литературу в 1954 году Фердинанд Виржин. Для автора этого термина греческие корни «pro» — «содействующий» и «bios» — «жизнь» означали, что такие вещества способствуют жизни в самом широком смысле в противоположность антибиотикам с их отрицательными побочными эффектами.

В отечественной литературе в 40—50 годах двадцатого столетия вопросу нарушения микроэкологии кишечника большое внимание уделял известный микробиолог Л.Г. Перетц. Дисбактериоз кишечника он рассматривал как:

• уменьшение общего количества микроорганизмов — нормальных обитателей макроорганизма;

• изменение их соотношений, ферментативных и биохимических свойств;

• приобретение отдельными ее представителями факторов патогенности (продукция гемотоксинов, гиалуронидазы);

• ослабление антагонистической активности;

• появление или увеличение пропорции потенциально патогенных микроорганизмов.

В. Коллат в 1954 году использовал термин «пробиотик», понимая под ним все важные для жизни организмы, в отличие от опасных «антибиотиков». Основатели же направления микробиологической терапии вкладывали в определение все «культуры симбионтов» или «бактериальных препаратов», используемые в виде вакцин для перорального и парентерального применения, а позднее и готовые препараты физиологических бактерий. Лишь много позже противопоставление «пробиотики — антибиотики» стало использоваться в более широком смысле. Была установлена связь иммунитета с микрофлорой организма, при этом не было потерено из виду главное: в центре внимания всегда оставался пациент, его история болезни, клинические симптомы и их динамика под действием проводимой терапии. Был сделан вывод, что микрофлора на коже и слизистых является важным компонентом системы симбиоза человека и микроорганизмов. Но ученые того времени не стали придавать флоре кишечника чрезмерно большое значение. Они весьма четко сформулировали положение, согласно которому цель микробиологической терапии заключается в создании «косметики для флоры кишечника», чтобы нормализовать исключительно показатели анализов кала.

Почти десять лет спустя, в 1965 году Д. Лилли и Р. Стилуэлл опубликовали результаты своих исследований в журнале «Science» и показали, что пробиотики выделяют факторы, способствующие росту прочих микроорганизмов. Собственно, и сам термин «пробиотики» в современной трактовке стал применяться по их предложению.

Первыми отечественными лечебными препаратами на основе анаэробных бактерий стали бифидобактерин, созданный Г.И. Гончаровой и соавт. (1972) и лактобактерин, разработанный И.Б. Тарасовой (1970). Однако необходимо отметить, что, несмотря на значительные успехи в изучении микрофлоры человека, многие проблемы еще далеки от своего разрешения. Тем не менее, в настоящее время разработка и внедрение новых пробиотиков в клиническую практику, является наиболее перспективным направлением в терапии широкого круга заболеваний.