Микробиология молочных продуктов

2. Нормальная микрофлора ЖКТ детей и взрослых. 

Интересную гипотезу о тонких механизмах формирования микрофлоры тела сформулировал Б.А.Шендеров в 1998 г. По его мнению, подразделение микроорганизмов на «свои» и «чужие» начинается еще в утробе матери. В организм плода через кровь попадают молекулы-антигены бактерий, входящих в состав нормальной микрофлоры различных участков тела матери. Известно, что взрослый организм, как правило, не способен формировать иммунный ответ на те антигены, с которыми сталкивался в период внутриутробного развития. Это явление называют «иммунологическая толерантность». После рождения организм новорожденного не будет стараться защититься от материнских микроорганизмов, и они станут основой для формирования его собственной микрофлоры .

К настоящему времени  выявлены некоторые общие закономерности заселения желудочно-кишечного тракта человека микроорганизмами. Установлено, что в первые часы и дни в кишечнике новорожденных встречаются преимущественно микрококки, стафилококки, энтерококки и клостридии. Затем появляются энтеробактерии (кишечные палочки), лактобациллы и бифидобактерии. Первые микроорганизмы, обнаруживаемые у новорожденных, не обязательно те, которые доминируют в фекальной и вагинальной флоре матери. Со временем в кишечнике появляются, а затем начинают преобладать неспороносные облигатно-анаэробные бактерии (бифидобактерии, эубактерии, бактероиды, стрептококки, спириллы и др.). Для того чтобы микробная экология пищеварительного тракта новорожденных приблизилась к таковой взрослых требуется несколько лет . Особенно обильна микрофлора нижних отделов пищеварительного тракта, где содержание бактерий достигает 10¹²ˉ¹³ КОЕ на 1г содержимого (разные авторы называют различный суммарный вес микроорганизмов в кишечнике взрослого человека: от 1 до 3 кг ). Здесь обнаружены представители более 500 видов бактерий. Число анаэробных микроорганизмов в этой области здорового взрослого человека в 100-1000 раз выше, чем аэробных бактерий. Такие представители микрофлоры, как энтеробактерии, включая кишечные палочки, стафилококки, грибы и другие аэробы, составляют немногим более 1-4% и рассматриваются как добавочная или случайная микрофлора .

Представители нормальной микрофлоры присутствуют в  организме человека и животных в  виде фиксированных к определенным рецепторам микроколоний, заключенных в биопленку. Биопленка как перчатка покрывает кожу и слизистые открытых окружающей среде полостей здорового человека и животных и состоит помимо микроколоний микроорганизмов из экзополисахаридов различного состава микробного происхождения, а также муцина, продуцируемого бокаловидными клетками слизистых. С функциональной точки зрения, биопленку можно сравнить с плацентой. Если последняя регулирует взаимоотношения плода и организма матери, то биопленка регулирует взаимоотношения между макроорганизмом и окружающей средой. Благодаря наличию в биопленке сложной и разветвленной системы кооперации между многочисленными и разнообразными микробными популяциями, попадающий в организм естественным путем исходный субстрат в результате микробной трансформации превращается через каскад реакций в промежуточный либо конечный продукт с той или иной биологической и

фармакологической активностью. Установлено, что нормальная микрофлора и продукты ее метаболической активности участвуют в регуляции  газового состава кишечника и  других полостей организма хозяина, в метаболизме белков, углеводов, липидов и нуклеиовых кислот, в водно-солевом обмене, в обеспечении колонизационной резистентности, в рециркуляции стероидных соединений и других макромолекул, в детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов, обладают морфокинетическим действием, выполняют иммуногенную и мутагенную/антимутагенную функцию, служат источником энергии для клеток хозяина, являются хранилищем и источником генетического материала . Таким образом, Б.А.Шендеров рассматривает биопленку с входящими в нее многочисленными и разнообразными микроорганизмами, как первичную мишень любого попадающего обычным (непарентеральным) путем соединения, как структуру, первой вовлекаемой в процессы распознавания, метаболизации, абсорбции и транслокации как полезных ,так и потенциально вредных агентов. Нормальная микрофлора – тот первичный неспецифичный барьер, лишь после прорыва которого инициируется включение всех последующих неспецифических и специфических иммунных и биохимических механизмов защиты макроорганизма.

Для обозначения  состояний характеризующихся нарушениями состава нормальной микрофлоры используют такие термины как «дисбактериоз», «дисбиоз», «микробиологический дисбаланс» и т.д.

Прежде всего  необходимо отметить, что дисбактериоз – это не самостоятельное заболевание, а особое состояние организма, встречающееся у больных с самыми разными диагнозами (от нарушений гормонального обмена до кариеса). В большинстве случаев дисбиотические изменения исчезают вскоре после устранения вызвавшего их фактора и не требуют лечения. Однако у ослабленных больных (особая категория – дети), а также в случаях продолжения действия фактора, послужившего причиной развития дисбиоза, самовосстановления не происходит, появляются клинические симптомы, что требует проведения адекватного лечения. Состав микрофлоры отдельных индивидуумов может варьировать в достаточно широких пределах. При этом у детей, как и у взрослых, состав микрофлоры будет определяться характером питания. Поэтому с помощью правильного питания можно, в определенной степени, влиять на состав кишечной микрофлоры и нормализацию работы желудочно-кишечного тракта.

Механизмы положительного влияния молочнокислых бактерий и бифидобактерий, содержащихся в  кисломолочных продуктах, на организм ребенка следующие:

1) Ингибирование  роста потенциально вредных микроорганизмов  в результате продукции антимикробных  субстанций; конкуренции с ними за рецепторы адгезии и питательные вещества; активации иммунно-компетентных клеток и стимуляции иммунитета.

2) Стимуляции  роста представителей индигенной  микрофлоры в результате продукции  витаминов и других ростостимулирующих  факторов; нормализации рН, еН-потенциала; нейтрализации токсинов.

3) Восстановление  и оптимизация функционирования  биопленки, выстилающей слизистую  пищеварительного тракта.

4) Изменение  микробного метаболизма, ведущего  к повышению или снижению синтеза  и активности бактериальных ферментов и, как следствие этого, продукции соответствующих метаболитов (например, ЛЖК, глютамина, аргинина, витаминов, пептидогликанов и т.д.), обладающих способностью местно или после проникновения в кровь и другие биологические жидкости макроорганизма непосредственно вмешиваться в метаболическую активность клеток соответствующих органов и тканей. Модулировать его морфокинетические характеристики, физиологические функции, биохимические и поведенческие реакции.

5) Другие механизмы  (прямые эффекты естественных пробиотиков (молочнокислых и бифидобактерий) после их всасывания из пищеварительного тракта на ферментативные и иные клеточные реакции гормональных, нервных, выделительных, иммунных и других органов и тканей). 
 

3. Характеристика молочнокислых бактерий и бифидобактерий. 

а) Бифидобактерии.

Бифидобактерии  составляют основу микрофлоры желудочно-кишечного  тракта человека. В настоящее время  род Bifidobacterium включает 32 вида . В табл.1 приведены виды бифидобактерий, наиболее часто обнаруживаемые в пищеварительном тракте. 

Таблица 1.

Виды  бифидобактерий, наиболее часто обнаруживаемые

в желудочно-кишечном тракте человека.

Впервые эти  микроорганизмы были изолированы из фекалий грудных детей учеником И.И. Мечникова французским исследователем Henry Tissier в 1899 году. Эти грамположительные анаэробные, не образующие споры, палочковидные, полиморфные бактерии, нередко с бифрукациями на концах, были названы им Bacillus bifidus communis. В последующем было установлено, что эти микроорганизмы  на 99% составляют флору кишечника здорового грудного ребёнка. И в больших количествах присутствуют в микробиоценозе толстого кишечника взрослых людей. Основываясь на высокой частоте встречаемости этих бактерий в пищеварительных трактах . И.И. Мечников и Henry Tissier ещё в 1905 году пытались применить препараты из бифидобактерий больным с кишечными дисфункциями.

Проведённая российскими  исследователями статистическая обработка данных о видовом составе бифидобактерий у различных возрастных групп населения России показала, что у здорового грудного ребёнка, находящегося на грудном вскармливании, B.Bifidum, B.longum, B.breve, B.infantis, встречаются в соотношении 35%, 42%, 17%, 12%. Штаммы  B.adolescentis обнаруживаются у 1.5% детей отсутствуют в фекальном содержимом. У детей на искусственном вскармливании содержание доминирующих видов бактерий падает до 3-5%, в то время как представители вида B. adolescentis, встречаются в 22% случаев.

У взрослых в  толстом кишечнике обнаруживаются преимущественно представители  B.Bifidum, B.longum и B.adolescentis. В кишечнике лиц старше 35 лет представители вида B.adolescentis начинают превалировать в бифидофлоре, достигая 60-75% в пожилом возрасте. В кишечном содержимом человека одновременно могут обнаруживаться от 1 до 5 видов биоваров бифидобактерий.

Фруктозо-6-фосфатаза  – ключевой фермент в метаболизме  углеводов бифидобактериями. Этот фермент  расщепляет фруктозо-6-фосфат на ацетил-1-фосфат и эритрозу-4-фосфат. На обнаружении  у бактерий фруктозо-6-фосфат фосфокетолазы  основан энзиматически-калориметрический метод количественного определения в материале бифидобактерий. Бифидобактерии образуют уксусною и молочную кислоты в молярном отношении 3:2, но не образуют углекислый газ. Оптимум температуры для роста этих бактерий 37-40°С, оптимум pH 6.5-7.0. Подавляющее большинство бифидобактерий демонстрируют наличие у них a и b- галактозидаз; N-ацетил-b-глюкозаминидаза, главным образом, обнаруживается у видов бифидобактерий изолируемых от детей грудного возраста. Исследование электрофоретической подвижности b-галактозидаз, присутствующий у бифидобактерий позволяет дифференцировать виды между собой.

Для выявления  бифидобактерий в биоматериале (кисломолочные  продукты) рекомендуется производить  высев на специальные селективные  среды и модифицированную MRS-среду, содержащую 100 ммоль c-a-Gal. На последней бифидобактерии в анаэробных условиях формируют колонии голубого цвета. Хорошо растут бифидобактерии в присутствии таких редуцирующих агентов, как аскорбиновая кислота, цистеин или тиогликолат. Для своего роста данные микроорганизмы нуждаются в источнике углерода (различные углеводы, бикарбонат или углекислый газ). Напротив, органические кислоты, жирные кислоты и и аминокислоты не могут быть для них источником С. Цистеин или цистин служат необходимым для них источником азота. Обнаружена потребность отдельных штаммов бифидобактерий в аланине, изолейцине, лизине, аргинине и глутаминовой кислоте. Добавление в среду пантотеновой кислоты, биотина, рибофлавина, никотиновой кислоты, парааминобензойной кислоты, пуринов и пиримидинов также требуется для поддержания многих штаммов бифидобактерий, свежевыделенных из кишечного содержимого детей и взрослых.

Именно бифидобактериям  принадлежит ведущая роль в поддержании  и нормализации микробиоценоза кишечника, сохранении неспецифической резистентности организма, улучшении белкового, витаминного и минерального обмена и др .

Антогонистическая активность бифидобактерий связанная  с продукцией органических кислот (ацетата  и лактата) и бактериоцинов с  широким спектром антимикрбного действия (ингибирования роста кишечных палочек, клостридий, сальмонелл, шигелл, листерий, кампилобактеров, вибрионов и др.) так же как и блокирование рецепторов на слизистой кишечника, предотвращающее фиксацию на них потенциально патогенных микроорганизмов в колонизационной резистентности. Снижение количества бифидобактерий (или их даже полное исчезновение) является одним из патогенетических механизмов длительных кишечных инфекций у детей и взрослых . Оно ведёт к нарушению минерального обмена, процессов кишечного всасывания, белкового и жирового обмена, к формированию хронических расстройств пищеварения. Имеются сведения, что бифидобактерии являются «поставщиком» ряда незаменимых аминокислот, в т.ч. триптофана, витаминов, установлена их антиканцерогенная и антимутагенная активность, способность снижать уровень холестерина в крови и т.д.

Все эти положительные  эффекты позволили рассматривать  бифидобактерии как одну из основных категорий функционального питания.

б) Лактобациллы.

Лактобациллы-  микрофильные грамположительные бактерии, не образующие спор и не продуцирующие каталазу. На основании продукции  углекислоты из глюкозы, потребности в тиамине, ферментации фруктозы до маннита и продукции фруктозодифосфатальдолазы лактобациллы делят на две группы: гомо- и гетероферментативные.

В настоящее  время род Lactobacillus объединяет 56 видов, из которых 5 подразделяются на 2 и больше подвидов. На основании нуклеозидной последовательности 16-S и p-РНК лактобациллы подразделяют на 3 филогенетические группы (L.delbrulckii, L.casei-pediococcus, L.leuconostoc), внутри которых наблюдаются широкие вариации ГЦ-пар в ДНК.

У здоровых взрослых людей в содержимом желудка, тощей, подвздошной кишок и фекалий  лактобациллы обнаруживаются в количестве равном соответственно 10³, 10⁴, 10^2-5, 10^6-8, KOЕ lg/г. И они преимущественно представлены видами Lactobacillus acidophilus, L.salivarius, L.casei, L.plantarum и L.brevis, которые образуют всевозможные сочетания. 

Анализ формирования комплекса лактобактерий у здоровых детей на протяжении первых трёх месяцев жизни и роли матери в колонизации детей этими микроорганизмами, показал, что у 40% рожениц в первую неделю после родов лактобациллы присутствуют в грудном молоке. У всех женщин эти бактерии обнаруживаются в отделяемом вагинального тракта и фекальном содержимом. Наиболее часто в исследуемых образцах рожениц, в толстом кишечнике детей первых месяцев жизни выявляются L.reuteri, L.cosei/paracasei, L.acidophilus. К трем месяцам жизни у 94% детей лактобациллы постоянно присутствуют в образцах фекалий. Эти данные дали основание сделать заключение, что источниками лактобацилл, колонизирующих пищеварительный тракт новорожденных и детей первых трёх месяцев жизни, являются урогенитальный и желудочно-кишечный тракт матери и грудное молоко.