Рисунок 1. Сечение клубенька корня сои. Бактерии Bradyrhizobium japonicum обсеменяют корни и входят в азотфиксирующий симбиоз.
Нефтедекструкторы
Субстрат для адгезии: углеводород.
Представитель: Грамотрицательные бактерии рода Acinetobacter.
Acinetobacter (в составе микробных сообществ) разлагает соединения, токсичные для большинства микроорганизмов. Некоторые представители рода способны выделять полимеры, которые эмульгируют углеводороды и нефть, делая эти субстраты доступными для разложения в водной среде.
Эпидемиологическое значение
Адгезия является пусковым и наиболее важным и необходимым фактором инфекционного процесса. При отсутствии адгезии инфекционный процесс не развивается.
Поэтому вполне естественно, что многоклеточные организмы выработали систему защиты, ограничивающую адгезию.
Рисунок 2. Механизмы защиты, характерные для различных локусов организма человека, контактирующих с внешней средой.
Как следует из рисунка 2, во многих случаях одним из важных защитных факторов макроорганизма является "нормальная" микробиота, не допускающая контакта адгезинов патогенных микроорганизмов с рецепторами хозяина.
Существующие на сегодняшний день экспериментальные исследовательские направления по предотвращению бактериальных инфекций [6] можно условно классифицировать на следующие:
1. Предотвращение адгезии бактерий к защищаемой поверхности.
2. Разрушение бактериальной клеточной стенки и нарушение внутреннего гомеостаза бактерий; повреждение систем, отвечающих за поддержание гомеостаза.
3. Нарушение механизмов обмена бактериальными межклеточными сигналами.
4. Разрушение биофильма либо его компонентов.
5. Лизирование бактерий при помощи естественных биологических агентов.
Поскольку одной из ключевых экологических стратегий существования бактерий является их фиксация к твердым субстратам, наряду с образованием колоний, то на этапах филогенеза микроорганизмы сформировали развитый адаптивный механизм регуляции и реализации процесса адгезии к различным субстратам и поверхностям.
Бактерии обладают многочисленными комплексными механизмами адгезии, которые различаются у различных штаммов. Эти механизмы могут обладать быстрой изменчивостью в ходе мутаций в пределах даже одного штамма или под воздействием внешних стимулов, таких как достаточность ресурсов для питания либо скорость потока жидкости в среде.
Непосредственно адгезия регулируется путем экспрессии функциональных генов, отвечающих за формирование на поверхности бактериальной клетки необходимых для процесса адгезии макромолекулярных структур. Поверхность бактериальных клеток снабжена огромным количеством поверхностных связывающих молекул к различным белковым структурам внеклеточного матрикса макроорганизма-хозяина, таким как фибронектин, фибриноген, витронектин, эластин и ряду других, что позволяет рассматривать указанные матричные молекулы на поверхности клеток бактерий как единый комплекс, более известный как бактериальная система распознавания матричных молекул адгезии MSCRAMMs (microbial surface component recognizing adhesive matrix molecules), который играет одну из главенствующих ролей на этапе адгезии бактерии к поверхностям клеток макроорганизма. Фактически, если упростить ситуацию до минимума, то различные варианты взаимодействия бактерий с внешней средой опосредованы химическими и физическими стимулами извне в ходе контактов с окружающими клетками и тканями, а также объектами неживой природы.
Дополнительными факторами, определяющими процесс адгезии микроорганизмов, являются поверхностный заряд клеточной мембраны, её гидрофобность, структура поверхностной мембраны и её экзополисахариды, а также возможное наличие жгутиков (пили) - последнее характерно для грамотрицательных микроорганизмов, хотя в определенных случаях преимущество, предоставляемое наличием жгутиков, варьирует в зависимости от штамма бактерий и условий роста колонии.
Ряд используемых в медицинской отрасли материалов, в частности - некоторые металлы, совершенно не обладают антибактериальными свойствами в отношении наиболее распространенных грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, что способствует быстрой колонизации имплантатов на их основе.
С учетом вышесказанного в настоящее время сформировались два основных направления борьбы с бактериальной адгезией к защищаемым поверхностям: обработка защищаемых поверхностей антибактериальными агентами различной природы, либо воздействие непосредственно на сами процессы генной регуляции факторов адгезии бактерий.
В первом случае предложено значительное количество способов защиты: фиксация на поверхности защищаемого объекта агентов, обладающих бактерицидным либо бактериостатическим действием, в качестве которого могут выступать катионы металлов, в частности - ионы меди, наночастицы серебра и покрытия на их основе, формирование на поверхности защищаемых объектов полиэлектролитных многослойных покрытий, электрический заряд на поверхности которых препятствует адгезии, и даже многослойные покрытия из углеродных нанотрубок с заключенными в их слоях ферментами, в частности лизоцимом. Тем не менее большая часть из этих методов пока еще не выходит за пределы исследовательских лабораторий, но даже по завершении всех необходимых испытаний предлагаемые методы могут занять лишь весьма узкую нишу в медицинской отрасли.
Применение различного рода покрытий в имплантируемых устройствах и системах сопряжено с их механическим соскабливанием непосредственно в процессе имплантации, например, в ортопедии, что может свести к минимуму эффективность такого подхода к профилактике колонизации имплантата. Более того, известны факты выработки устойчивости к самим антибактериальным агентам, в частности показано формирование устойчивости к серебру у ряда штаммов Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii, причем есть веские основания полагать, что эта устойчивость была опосредована за счет наличия соответствующих плазмидных генов (pUPI199), которую в эксперименте этих же авторов удалось успешно воспроизвести и у Escherichia coli после объединения с плазмидной ДНК [5]. Учитывая то, что плазмидными генами может кодироваться как устойчивость к серебру, так и к антибиотикам, некоторые авторы рекомендуют использовать медицинские изделия с высоким содержанием ионов серебра для быстрого достижения желаемого эффекта, однако безвредность ионов серебра для собственных тканей макроорганизма в таком случае вызывает определенные сомнения
Принципиально отличным способом от вышеописанного является воздействие на механизмы генной регуляции адгезии микроорганизмов. К настоящему моменту имеется достаточное количество свидетельств того, что создание нокаутных штаммов микроорганизмов и выработка антител к соответствующим регуляторным молекулам позволяет предотвратить процесс адгезии путем выключения передачи сигнального стимула, что открыло путь к созданию противоадгезивных вакцин, действующих на механизмы биосборки адгезивных полимерных структур (пилей и ворсинок).
Поскольку бактериальные инфекции представляют собой одну из серьезнейших проблем в современной медицине и медицине будущего, в связи с чем усилия исследователей должны концентрироваться на целом ряде направлений, охватывающих широкий диапазон уязвимостей бактерий и их колоний, включая предотвращение первого этапа инфекционного процесса - адгезии. Соответственно адгезивные свойства бактерий играют важную роль в эпидемиологии инфекционных болезней человека.
Заключение
Адгезия микрооранизмов важный и, главное, актуальный для нашего времени вопрос, касающийся экологии и эпитемиологии. Внимание к нему было привлечено в связи с тем, что адгезия является первым этапом многих инфекционных болезней, и если предотвратить адгезию, то можно предотвратить и возникновение заболевания.
Также рассмотрели вопрос о значимости адгезии микроорганизмов для экологии. Выяснили, что микроорганизмы, использующие в качестве пищи определенный твердый субстрат, обычно только к нему и прикрепляются. То есть микроорганизмы получают пищу, а взамен избавляют живую систему от продуктов жизнедеятельности и веществ, которые приносят в избытке вред окружающей среде, например, наиболее сейчас актуальная проблема аварий с разливом нефти.
6. Список использованной литературы.
Иванова Елена Иннокентьевна, Попкова София Марковна, Шабанова Наталья Михайловна, Петрова Ирина Викторовна, Горбунова Елена Леонидовна, Савелькаева Марина Владимировна, Данусевич Ирина Николаевна Адгезивные свойства микроорганизмов, колонизирующих различные биотопы организма человека // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2011. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/adgezivnye-svoystva-mikroorganizmov-koloniziruyuschih-razlichnye-biotopy-organizma-cheloveka (дата обращения: 13.10.2022).
Елинов Н.П. Общие закономерности строения и развития микробов-продуцентов биологически-активных веществ. Л.: Медицина, 1977. - 288 с.
Макаренкова И.Д. и др. // ЖМЭИ.- 2006.- 704 с.
Современная микробиология. Прокариоты.- Т. 1: Пер. с англ. / Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля.- М.: Мир.- 2005. - 654 с.
Дмитриева Н.Ф. и др. // ЖМЭИ.- 1996. №2.- С. 21-24.
Серегина Н. В., Честнова Т. В., Жеребцова В. А., Хромушин В. А. Обзор биофизических особенностей микробной адгезии // ВНМТ. 2008. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-biofizicheskih-osobennostey-mikrobnoy-adgezii (дата обращения: 13.10.2022).
Самохин А.Г., Козлова Ю.Н., Корнеев Д.В., Таранов О.С., Фёдоров Е.А., Павлов В.В., Морозова В.В., Сильников В.Н., Тикунова Н.В. СОВРЕМЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ БАКТЕРИАЛЬНОЙ АДГЕЗИИ И НАРУШЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО ГОМЕОСТАЗА БАКТЕРИЙ: ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2017. - № 11-2. - С. 248-254; Режим доступа: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=12008 (дата обращения: 13.10.2022).