Вірусні організми як важлива частина людської мікрофлори

Інна Крулько , кандидат біологічних наук, вірусолог, мікробіолог (Україна)

Поняття мікрофлори

Всі системи нашого організму, відкриті для контакту із зовнішнім середовищем, обсіменяються мікроорганізмами та формують мікрофлору здорової людини. Організм людини заселений більш ніж 500 видами мікроорганізмів, які становлять нормальну мікрофлору та перебувають у стані рівноваги (еубіозу) один з одним та організмом. Іншими словами, мікрофлора є стабільною спільнотою мікроорганізмів, тобто мікробіоценоз. У нормі мікроорганізми відсутні в легенях та матці. Розрізняють нормальну мікрофлору шкіри, слизових оболонок рота, верхніх дихальних шляхів, травного тракту та сечостатевої системи.

Загальна кількість мікроорганізмів нормальної флори людини досягає 1014, що перевищує кількість клітин всіх тканин дорослої людини. Основу нормальної мікрофлори становлять анаеробні бактерії. У кишечнику кількість анаеробів у тисячу разів перевищує кількість аеробів.

Мікрофлора шкіри представлена різними видами бактерій (стафілококи, стрептококи, сарцини, дифтероїди), дріжджовими грибами, мікроскопічними кліщами.

Мікрофлора носоглотки, як правило, стала протягом тривалого часу. До її складу можуть входити патогенні види бактерій: пневмокок, гемолітичний стрептокок, менінгокок.

Мікрофлору порожнини рота складають мікрококи, ентерококи, стрептококи, пневмококи, молочнокислі бактерії, кишкова паличка, протей, дифтероїди, лептоспіри, спірили. У різних місцях порожнини рота кількість бактерій неоднакова. Мікрофлора змінюється залежно від стану ясен, зубів, мигдаликів та носоглотки.

Мікрофлора шлунка за нормальної його функції представлена порівняно невеликою кількістю бактерій: переважна більшість їх гине під дією кислоти шлункового соку. Винятком є кислотостійкі та спорогенні бактерії. При зниженні кислотності шлункового соку можуть розвиватися сарцини, дріжджі та ін.

У тонкій кишці мікроорганізмів більше, ніж у шлунку; тут виявляються біфідобактерії, клостридії, еубактерії, лактобацили, анаеробні коки. Найбільше мікроорганізмів накопичується в товстій кишці.

Нормальна мікрофлора виконує низку істотних для здоров'я людини, життєво важливих функцій: антагоністичну, травну, імуногенну, вітаміноутворюючу, метаболічну, детоксикаційну, регуляторну, генетичну.

Віром людини

Останніми роками поняття мікрофлори людини викликало багато серйозних дискусій. З'ясувалося, що бактерії, гриби та одноклітинні мікроорганізми є не єдиними «жителями» нашого організму, які працюють на благо людини. Найбільш численними складовими нормальної екосистеми людини названо віруси.

Віруси є досить прості неклітинні агенти, що складаються з генетичного матеріалу і білкових і додатково ліпідно-вуглеводних оболонок. Віруси можуть відтворюватися лише усередині живих клітин. З моменту їх виявлення вченими Дмитром Івановським та Мартіном Бейєрінком у 1892–1898 роках. віруси розглядалися виключно як інфекційні агенти, що призводять до лізису бактерій або усіляких захворювань у рослин, тварин та людини. Зараз з'явилося нове тлумачення поняття «вірус», яке, поряд з патогенною роллю цих агентів, включає їхню роль у симбіозі з людиною.

Сьогодні вчені налічують близько 10 квінтильйонів вірусних частинок планети. Це число 1 із 31 нулями, яке перевищує число бактерій на Землі в 10 разів. Також кількість вірусів превалює над кількістю бактерій та на людському тілі.

У навіть почався спеціальний дослідницький проект під назвою «Віром людини», який, на думку багатьох вчених, стане великим відкриттям у розумінні людського організму і буде важливим для медицини майбутнього.

Звичайно, вивчати вірусний склад людського організму виявилося набагато складніше, ніж його бактеріальний компонент. Усі бактерії містять характерний ген, що кодує 16S РНК, який є своєрідною маркерною послідовністю бактерій. Ні людська ДНК, ні якась інша еукаріотична клітина не кодує цієї послідовності (рис. 1). Таким чином, завдяки цій специфічній послідовності побудовано бази даних більшості мікробних організмів, що входять до складу мікрофлори людини.

Мал. 1

Для вірусів все набагато скрутніше через складнощі в культивації та трудомісткості процесу дослідження, нестачі або відсутності розпізнавальних послідовностей. Тобто процес вивчення людського вірому знаходиться зараз на своїх початкових стадіях і потребує ще багато часу та зусиль. Проте дещо вже вдалося вивчити та довести. Так, наприклад, мікробіолог Forest Rohwer з Університету Сан-Дієго (США) з колегами провів дослідження, в результаті якого отримав дані про те, що віруси відіграють певну роль у формуванні імунітету людини. Секрет, що виділяється слизовими оболонками рота, кишківника, дихальних шляхів густо заселений як бактеріями, так і бактеріофагами (фаги, віруси бактерій), які контролюють попадання чужорідних бактерій в організм. Так, фаги здатні атакувати патогенні бактерії, які намагаються подолати слизовий бар'єр на шляху до організму. Результати цих досліджень опубліковані у матеріалах Американської академії наук у червні 2013 року.

Мікробіолог Пенсільванського медичного університету (Філадельфія, США) Frederic Bushman визначив, що немає двох людей з однаковим набором вірусів. Віром кожної людини дуже відрізняється. Крім того, віром кожного окремого індивідууму змінюється постійно, оскільки віруси регулярно мутують, – за словами доктора Bushman, до 4% за один експеримент.

Одні бактерії можуть використовувати фаги для боротьби з іншими бактеріями за місце заселення. Так було показано, що кишкова бактерія Enterococcus faecalis несла у своєму геномі послідовність бактеріофага Frankenstein. Бактерія була здатна виділяти бактеріофаг для пригнічення росту інших бактерій та успішного заселення слизової оболонки кишечника.

Stephen Quake, генетик зі Стенфордського університету (США), вивчав склад крові 96 пацієнтів – рецепієнтів органів (серця та легень). У крові пацієнтів знайшли велику кількість анеловірусів. Цікавим виявився той факт, що організми, у крові яких було виявлено знижену кількість анеловірусів, більшою мірою відкидали трансплантовані органи, що свідчило про недостатнє пригнічення медикаментами імунної системи пацієнта. Тобто віруси в крові можуть бути індикаторами стану імунної системи людини.

Віруси шкіри та слизових оболонок

Шкіра людини є складною екосистемою, густо заселеною гетерогенною мікрофлорою, що включає бактерії, грибки, мікроскопічні кліщі та віруси. Зараз накопичилося достатньо відомостей, щоб стверджувати, що кожна здорова людина має свій набір вірусів, який формує власну екосистему шкірного покриву (рис. 2).

Мал. 2

Так, функціональні метагеномні дослідження зразків шкіри показали, що велика кількість бета- та гамма-папіломавірусів персистують у поверхневих шарах шкіри. Крім того, були виявлені віруси сімейства Polyomaviridae, у тому числі віруси HPyV6 та HPyV7. Важливим відкриттям стало виявлення у шкірі більшості здорових індивідуумів поліомавірусу клітин Меркеля, який виділяється також із клітин карциноми Меркеля у пацієнтів із карциномою. Знайдено віруси сімейства Circoviridae роду Cyclovirus, а саме TN9, PK5034, PK5222, NG12. Раніше ці віруси виділялися у комах, шимпанзе, а також у кіз, курей, овець та інших сільськогосподарських тварин. Ще виділені віруси роду Roseolovirus, Alphatorquevirus, які також присутні у носоглотці та шлунково-кишковому тракті людини [2].

Як раніше згадувалося, також на шкірі та слизових оболонках виявлено бактеріофаги, які відіграють роль захисників від атаки патогенних бактерій, інфікуючи та приводячи до їх лізису прямо в секреті, що виділяється епітеліальними клітинами (рис. 3).

Мал. 3. Роль бактеріофагів у формуванні захисного шару організму від патогенних бактерій

Роль вірусів у симбіозі з людиною

Фізіологічна роль вірусної мікробіоти людського організму ще вивчена остаточно. Як виявилося, віруси не завжди завдають шкоди та викликають певне захворювання. Багато латентних та асимптоматичних вірусів присутні в організмі весь час. Передбачається роль вірусів у захисті організму від патогенних бактерій та інших вірусів, за допомогою колонізації бактеріями організму, передачі генетичної інформації та системної підтримки імунної системи організму.

Список літератури:

• 1. Virgin HW The Virome in Mammalian Physiology and Disease // Cell 157, March 27, 2014. – Р. 142–150.
• 2. Foulongne V. Human Skin Microbiota: High Diversity of DNA Viruses Identificated on Human Skin by High Throughput Sequencing // PLOS, June 2012, Vol. 7, Issue 6. – Р. 1–11.
• 3. Saey TH Beyond the Microbiome. The Vast Virome// Science News, January 11, 2014. - Р. 18-21.
• 4. Barr JJ et al. 110, № 26. - Р. 10771-10776.

Вперше опубліковано у Les Nouvelles Esthetiques 2015/№2