Нормальная микрофлора организма: состав и функции

Нормальная микрофлора человека - это совокупность микроорганизмов, которые постоянно обитают на коже, слизистых оболочках и в полостях тела и при этом не вызывают заболеваний. Она формируется с момента рождения и на протяжении жизни остаётся одним из важнейших факторов иммунной защиты. Понять её состав и механизмы - значит разобраться в базовом разделе медицинской микробиологии и иммунологии.

Резидентная и транзиторная микрофлора: ключевые понятия

Всех представителей нормальной микрофлоры делят на две большие группы. Резидентная (постоянная, или облигатная) микрофлора стабильно присутствует у всех представителей вида; её состав и численность поддерживаются в узком диапазоне. Транзиторная (случайная, или факультативная) появляется при случайном попадании извне, сохраняется ограниченное время и не формирует постоянных колоний.

Резидентные виды занимают определённые экологические ниши - биотопы: кожа, ротовая полость, кишечник, влагалище, носоглотка. Устойчивость колонизации обеспечивается адгезинами - поверхностными молекулами бактерий, комплементарными рецепторам эпителиоцитов конкретного биотопа. Транзиторные виды этой специфичностью не обладают и вытесняются резидентами через механизмы микробного антагонизма.

Рассчитать для своей задачи

Микрофлора кожи

Поверхность кожи взрослого человека несёт около $10^{12}$ микроорганизмов. Преобладают стафилококки (Staphylococcus epidermidis, S. hominis), пропионибактерии (Cutibacterium acnes) и малассезии (Malassezia spp.) - дрожжевые грибки в волосяных фолликулах.

Плотность колонизации неодинакова: в зонах с высокой влажностью (подмышечные впадины, пах, межпальцевые промежутки) концентрация бактерий выше в сотни раз. Сальные и потовые железы выделяют субстраты - жирные кислоты и мочевину, которые служат питательной средой для резидентов и одновременно создают кислую pH, подавляющую патогенные стафилококки.

Пропионибактерии расщепляют себум до короткоцепочечных жирных кислот с выраженной антимикробной активностью - это один из механизмов, защищающих кожу от транзиторных патогенов.

Микробиота ротовой полости и верхних дыхательных путей

Ротовая полость - один из наиболее разнообразных биотопов: здесь обнаружено более 700 видов бактерий. Доминируют зеленящие стрептококки (Streptococcus salivarius, S. mutans, S. mitis), вейлонеллы, актиномицеты и фузобактерии.

Слюна обеспечивает буферные свойства среды и содержит секреторный IgA, лизоцим и лактоферрин - факторы врождённого иммунитета. Нормальные обитатели ротовой полости синтезируют бактериоцины - антибиотикоподобные вещества, подавляющие рост патогенных нейссерий, стрептококков группы А и дифтерийной палочки.

При ослаблении саливации (ксеростомии, лучевой терапии) резидентный состав нарушается, и S. mutans получает конкурентное преимущество - ведущий механизм кариеса.

Носоглотка отличается более скудной флорой: здесь живут непатогенные нейссерии, коринебактерии и стафилококки. Условно-патогенный S. aureus носит около 30% здоровых людей - он относится к транзиторным, но при определённых условиях задерживается надолго.

Кишечная микробиота: структура и значение

Кишечник - самый обширный биотоп с $10^{14}$ микроорганизмов, что в 10 раз превышает общее число клеток человека. Распределение по отделам неравномерно: в желудке (pH 1,5-3) выживают лишь Helicobacter pylori и немногие другие кислотоустойчивые виды; в тонком кишечнике плотность нарастает от $10^{3}$ до $10^{7}$ КОЕ/мл; в толстом кишечнике достигает $10^{11}$-$10^{12}$ КОЕ/г содержимого.

Более 90% кишечных резидентов принадлежат к двум типам: Firmicutes (лактобациллы, клостридии, энтерококки) и Bacteroidetes (Bacteroides fragilis, B. thetaiotaomicron). Остальные - актинобактерии (бифидобактерии), протеобактерии (E. coli), верруккомикробии (Akkermansia muciniphila).

Функции кишечной микробиоты многообразны:

• Ферментация неперевариваемых полисахаридов пищевых волокон до короткоцепочечных жирных кислот (бутирата, пропионата, ацетата), которые служат главным энергетическим субстратом колоноцитов;
• Синтез витаминов: K2 (менахинон), B12, B9 (фолат), B7 (биотин);
• Барьерная функция: конкуренция с патогенами за адгезивные рецепторы слизистой и ресурсы питания - колонизационная резистентность;
• Созревание иммунной системы: стимуляция развития пейеровых бляшек, секреции sIgA и формирования регуляторных Т-клеток.

Рассчитать для своей задачи

Защитные функции нормальной микрофлоры

Нормальная микрофлора реализует несколько уровней защиты организма от патогенов. Первый уровень - механическая конкуренция: плотный биоплёнковый слой резидентов физически заполняет рецепторы слизистой, не оставляя мест для прикрепления посторонних бактерий.

Второй уровень - метаболический антагонизм: лактобактерии и бифидобактерии снижают pH среды молочной и уксусной кислотами; низкое pH ингибирует большинство патогенов. Кроме того, резиденты продуцируют бактериоцины - специфические протеины, разрушающие мембраны конкурентов.

Третий уровень - иммунологическая стимуляция. Микрофлора постоянно взаимодействует с Toll-подобными рецепторами (TLR) энтероцитов и дендритных клеток, обеспечивая фоновую стимуляцию врождённого иммунитета без воспаления (толерантный режим). Это явление - хрестоматийный пример из иммунологической толерантности.

Дисбактериоз: причины и механизм

Дисбактериоз - нарушение состава или функций нормальной микрофлоры. Термин отечественной медицины; западный аналог - dysbiosis. Причины:

• Антибиотикотерапия: широкоспектральные антибиотики подавляют не только возбудителя, но и чувствительных резидентов, создавая вакуум, который заполняется устойчивыми оппортунистами - Clostridioides difficile, Candida spp.;
• Изменение pH: длительный приём ингибиторов протонной помпы снижает кислотность желудка, ослабляя барьер для тонкокишечной бактериальной колонизации;
• Стресс и нейроэндокринные изменения: через ось «мозг - кишечник» кортизол и другие стрессорные гормоны меняют перистальтику и секрецию слизи, что влияет на состав биоплёнки;
• Нарушение питания: дефицит пищевых волокон лишает резидентных анаэробов субстрата, смещая баланс в пользу протеолитических видов.

Особенности микрофлоры у новорождённых

Новорождённый стерилен - первые бактерии он получает в момент прохождения по родовым путям и при первом кормлении. При естественных родах преобладающими пионерами становятся лактобактерии матери (L. crispatus, L. iners); при кесаревом сечении - кожные стафилококки и госпитальные виды.

Грудное вскармливание ускоряет колонизацию бифидобактериями благодаря олигосахаридам грудного молока (HMO) - пребиотикам, которые человек сам переварить не может, но которые служат субстратом именно для Bifidobacterium spp. Это важнейший аргумент в пользу ГВ с позиций микробиологии.

К году жизни микробиота по составу приближается к «взрослому» варианту, хотя окончательная стабилизация происходит только к 2-3 годам.

Вагинальная микрофлора

Влагалище - биотоп с резко доминирующей группой: у женщин репродуктивного возраста 70-95% микробиоты составляют лактобактерии (L. crispatus, L. iners, L. gasseri, L. jensenii). Они синтезируют молочную кислоту и поддерживают pH 3,8-4,5 - неблагоприятную для патогенов среду.

Выделяют 5 типов вагинальных сообществ (Community State Types, CST): I-IV соответствуют доминированию разных видов лактобактерий, CST IV - состояние с минимальным числом лактобактерий и обилием анаэробов (Gardnerella, Prevotella, Mobiluncus), ассоциированное с бактериальным вагинозом.

Состав микрофлоры влагалища существенно меняется в течение менструального цикла под влиянием эстрогенов: в фолликулиновой фазе уровень гликогена в клетках эпителия максимален, что поддерживает рост лактобактерий. Изучение бактерий, способных образовывать споры - отдельная тема, которую подробно разбирает статья о бактериальной эндоспоре.

Частые ошибки

• «Нормальная микрофлора - это вредные бактерии, которые просто не успели вызвать болезнь». Нет: резидентные виды выполняют незаменимые метаболические и защитные функции; стерильные животные (гнотобионты) страдают от иммунодефицита и нарушений питания.
• «После курса антибиотиков микрофлора восстанавливается сама через неделю». Восстановление занимает от 4 недель до нескольких месяцев, а некоторые виды могут не вернуться без целенаправленной коррекции.
• «Пробиотики содержат штаммы нормальной микрофлоры, которые заселяются навсегда». Большинство пробиотических штаммов транзиторны: они создают благоприятную среду для восстановления собственных резидентов, но сами не колонизируются длительно.
• «Дисбактериоз кишечника - причина большинства болезней». Дисбиоз - маркер нарушений, но не универсальная причинно-следственная связь; для большинства заболеваний он является следствием, а не причиной.
• «Антибактериальные мыло и гели полезны для кожи». Систематическое использование уничтожает резидентные виды, нарушает pH-барьер и создаёт условия для колонизации устойчивыми патогенными формами.

FAQ

Что такое микробиом и чем он отличается от микрофлоры? Микрофлора (или микробиота) - совокупность самих микроорганизмов. Микробиом - более широкое понятие, включающее не только организмы, но и их геномы, метаболиты и взаимодействия со средой. В учебной литературе термины нередко используются как синонимы.

Как антибиотики влияют на нормальную микрофлору? Антибиотики нарушают видовой состав в зависимости от спектра действия. Широкоспектральные препараты уничтожают чувствительных резидентов кишечника (прежде всего лактобациллы и бифидобактерии), освобождая нишу для устойчивых оппортунистов. При антибиотик-ассоциированной диарее в 15-25% случаев возбудителем служит Clostridioides difficile.

Можно ли «улучшить» микрофлору с помощью диеты? Да. Рацион, богатый пищевыми волокнами (инулин, пектин, резистентный крахмал), стимулирует рост бутират-продуцирующих Firmicutes и бифидобактерий. Ферментированные продукты (кефир, квашеная капуста, мисо) поставляют транзиторные живые бактерии, временно улучшающие среду для резидентов. Быстрые углеводы и насыщенные жиры, напротив, смещают баланс в пользу провоспалительных видов.

Коротко

Нормальная микрофлора человека - это сложная экосистема из $10^{13}$-$10^{14}$ микроорганизмов, колонизирующих биотопы кожи, ротовой полости, кишечника и влагалища. Резидентные виды поддерживают колонизационную резистентность, участвуют в обмене веществ (синтез витаминов, ферментация клетчатки), регулируют иммунный ответ. Дисбактериоз возникает при нарушении этого баланса под влиянием антибиотиков, питания, стресса и других факторов. Строение бактериальной клетки как основного участника микробиоты подробно рассмотрено в статье о строении бактериальной клетки.