Вторник, 21.11.2017, 09:34 Главная | Регистрация | Вход

Категории каталога

Общая биополитика [9]
Сетевые структуры в БС и ЧО [19]
Сетевые структуры в биосистемах и человеческом обществе
Биополитика и микробиология [12]
Материалы - МОИП [5]

Форма входа

Приветствую Вас Гость!

Поиск

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Каталог статейКаталог статей
Главная » Статьи » Биополитика и микробиология

CЕТЕВЫЕ СТРУКТУРЫ, СОЦИАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ И ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МИКРОБИОМ-ХОЗЯИН/

Какой бы конкретной проблемой ни занималась восстановительная медицина, ее задачей всегда остается, как показывает само название – восстановление, оздоровление целого организма человека как высокосложной системы. Для успеха реабилитационных мероприятий при любой патологии – от черепно-мозговой травмы до последствий свиного гриппа – необходимы комплексные подходы к человеческому организму. Важно подчеркнуть, что с экологической точки зрения человеческий организм представляет собой консорциум. Он населен многообразной микробиотой (эубактерии, археи, грибы, вирусы), весьма важной для нормального функционирования всего организма и в особенности центральной нервной системы. Симбиотические микроорганизмы, большинство из которых способны к образованию биоплёнок, заселяют различные ниши на поверхности и внутри тела животного или человека. Что касается организма Homo sapiens, то микроорганизмы обнаруживаются на его кожных покровах (с концентрацией в районе межпальцевых промежутков и стоп ног, паховых складок, подмышечных впадин, волосистой части головы, млечных желёз), конъюнктиве глаз, слизистой оболочке верхних дыхательных путей, в мочеполовой системе,  и в особенности в желудочно-кишечном тракте [1-6].  

 

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СЕТЕВЫЕ СТРУКТУРЫ КАК МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ КОНЦЕПТ

 

В настоящей работе проводится междисциплинарный подход к системе микробиота-организм человека в норме и патологии с позиций современного философско-методологического концепта сетевых структур, широко применяемому ныне к живой природе, человеческого обществу, техническим устройствам и прочим объектам [7-13].

Независимо от конкретного «наполнения», сетевая структура представляет собой сложную многокомпонентную развивающуюся систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимозависимых (кооперирующих) элементов. Она противопоставляется: 1) иерархической структуре, основанной на определённой схеме соподчинения (ранжирования) элементов и в то же время 2) системе из автономных (независимых) элементов, вступающих не в кооперативные, а лишь в конкурентные отношения (структуре типа рынка в человеческом обществе). Необходимо отметить, что есть и другое понимание сети как просто системы из элементов, между которыми существуют те или иные связи, независимо от того, есть ли единый центр или его нет. Это, более широкое понимание термина «сеть» включает себя и иерархии («централизованные сети»), и сети в нашем более узком смысле, т. е. сети децентрализованные.

По сетевым принципам в современном социуме создаются малые и средние коммерческие предприятия и в то же время гигантские транснациональные корпорации, не имеющие центральной «штаб-квартиры», различного рода клубы, благотворительные фонды, художественные артели и даже местные административные органы.

В развиваемой здесь интерпретации понятие «сеть» (как децентрализованная, но связная структура) может быть распространено и на биосистемы. Так, у человекообразных обезьян, в особенности, шимпанзе обыкновенного  и бонобо (шимпанзе карликового) иерархические отношение в группе (стае) ограничиваются наличием децентрализованных сетевых структур, основанных на взаимопомощи, дележе пищи, взаимной чистке шерсти (груминге) и др. [14]. В колонии кишечнополостных нет единого управляющего центра, и речь идёт о «нецентрализованной регуляции» их поведения [15]. Клетки в составе многих тканей организма человека или животных также организованы по принципам сетевой организации[1].

Как уже было отмечено, децентрализованные сетевые структуры мы противопоставляем иерархиям как структурам с единым центром (лидером, доминантом, пейсмейкером). Примеры последних легко найти в человеческом социуме и в биосистемах.  Иерархические структуры типичны для традиционных обществ (скажем, для отношений между сеньорами и вассалами в эпоху феодализма), а также для бюрократий, по образцу которых строятся и многие современные политические, культурные, научные институты. Примеры иерархических структур можно найти и, например, в сообществах приматов. Если у человекообразных обезьян (антропоидов) достаточно распространены структуры частично неиерархического (эгалитарного) типа, то не относящиеся к человекообразным обезьянам приматы (широконосые обезьяны Нового Света и узконосые обезьяны Старого Света) часто формируют достаточно жесткие иерархии.

 

МИКРОБНЫЕ СЕТЕВЫЕ СТРУКТУРЫ

 

По кооперативному децентрализованному сценарию организовано большинство микробных систем, включая симбиотическую микробиоту человеческого организма. Такова социальная организация формируемых ими надклеточных структур – компактных колоний на поверхности или в объеме плотных питательных сред, поверхностные биоплёнок, а также суспензий и локальных агрегатов клеток в жидкой среде – микроколоний, флоков и более крупных формаций. В частности, микробиота ЖКТ может существовать во взвешенном состоянии (в виде планктона) в полости кишки или как биоплёнки в слое слизи на поверхности кишечного эпителия, в слизистом содержимом кишечных крипт (углублений слизистой оболочки кишечника), а также в прямом контакте с эпителальными клетками слизистой [16].

Особого рассмотрения заслуживают микробные биоплёнки — защищенные межклеточными биоплимерными материалами (матриксом) микробные ассоциации, формирующиеся на границе раздела фаз, в частности, на поверхности субстрата или на разделе жидкость-воздух  [17, 18]. Биоплёнки могут формироваться клетками одного вида бактерий (и даже в этом случае они отличаются гетерогенностью — включают разные по фенотипу клетки) или быть многовидовыми, а некоторые биоплёнки состоят из представителей различных царств. Так, плёнки метаногенной ассоциации включают клетки эубактерий и архей. Биоплёнки представляют интерес в теоретическом плане как развитые социальные микробные системы, по ряду характеристик напоминающие многоклеточные организмы [9-11]. Можно в общей форме констатировать, что «бактериям присущи лве различные стратегии поведения: первая – это свободное плавание или планктонное состояние, при котором одиночные клетки свободно двигаются в жидкой среде; а вторая – это прикреплённое состояние, при котором они плотно прижаты к друг другу и к поверхности» 19]; эти две стратегии, как указано выше, характерны и для микробиоты организма человека. Микроорганизмы в составе биоплёнок используют преимущества социального образа жизни, например, «разделения труда» при реализации метаболических процессов. Так, в метаногенной ассоциации бактерии-гидролизёры превращают органический полимерный субстрат в мономерные продукты, доступные для ацидо- и ацетогенной микрофлоры, а она продуцирует субстраты для метаногенеза, осуществляемого археями. К преимуществам образа жизни в составе биоплёнок как социальных систем относятся также защита от поедания простейшими и способность к переносу генетической информации [17, 18].

 

Характерная структура биоплёнок формируется поэтапно. Первоначально наблюдается обратимая адгезия микробных клеток (первичных колонизаторов), которая обусловлена их взаимодействиями с субстратом при участии жгутиков, пилей, фимбрий, белков внешней мембраны грамотрицательных бактерий. За этим следует более прочная, часто необратимая адгезия клеток к поверхности. Например, подвижные бактериальные клетки, прикрепившиеся за счёт жгутиков одним клеточным полюсом к поверхности субстрата, теперь «ложатся на бок» и прочно заякориваются на субстрате. В дальнейшем происходит распространение микробных клеток по колонизуемому субстрату, формирование локальных клеточных агрегатов и межклеточного матрикса с характерными пустотами и окутывающими биоплёнку покровами (включающими биополимерный матрикс и мембранные структуры [17, 18, 20]). Развитие многих биоплёнок включает этап адсорбции новых микробных клеток (вторичных колонизаторов) к ранее прикрепившимся к субстрату клеткам, что приводит к формированию многослойных биоплёнок. В итоге образуется одно- или многовидовая биоплёнка с развитой структурой, которая может быть слоистой или состоящей из грибовидных или колончатых образований.

 

Последний этап жизненного цикла биоплёнки – её распад, переход клеток к планктонному образу жизни в виде суспензии, что предполагает нарушение адгезии клеток, во многих случаях синтез поверхностно-активных веществ и ферментов, разрушающих матрикс и его компоненты (адгезины), непосредственно отвечающие за адгезию клеток к субстрату и друг к другу. Распад биоплёнок связан также с подавлением синтеза адгезинов de novo. В детально исследованной системе – биоплёнках часто заселяющего различные ниши человеческого организма оппортунистического патогена Pseudomonas aeruginosaпродемонстрировано, что распад биоплёнок сопровождается индукцией присутствующего в клетках профага и гибелью части клеток с переходом в планктон оставшихся в живых клеток P. aeruginosa. В результате заякоренные на поверхности субстрата компактные микроколонии превращаются в окружённые оболочкой пустоты (обзор [21]).

Как уже подчеркивалось выше, с организационной точки зрения большинство биоплёнок микроорганизмов, в том числе симбионтов в составе многоклеточного организма представляют собой децентрализованные, лишённые единого управляющего центра сетевые структуры, в которых тем не менее их элементы (клетки, их группы) активно кооперируют между собой.

 

МЕХАНИЗМЫ КООРДИНАЦИИ В МИКРОБНЫХ СЕТЕВЫХ СТРУКТУРАХ

 

Одной из важнейших проблем, с которой сталкиваются децентрализованные сети из элементов любой природы (включая людей, если речь идёт о социальных сетевых структурах) является обеспечение координации поведения элементов в отсутствие центрального управляющего звена. Эта проблема успешно решается в микробном мире. Так, лишённые единого управляющего звена колонии миксобактерий Myxococcus xanthus тем не менее способны двигаться по агару как единое целое (как «строй солдат»), окружать пищевую частицу и коллективно переваривать её с помощью внеклеточных ферментов [22].

В общей форме, существуют три механизма неиерархической координации поведения элементов (узлов) одной сети: 1) локальные взаимодействия между элементами (узлами) сети, зависящие от прямого контакта между ними («ближний порядок» в системе); 2) глобальная координация в пределах всей сетевой структуры на основе диффузных регуляторов – химических веществ или физических полей («дальний порядок» в системе; 3) структурный базис системы, включающий в себя все материалы и факторы, которые отвечают за целостность системы и способствуют коммуникации и регуляции осуществляемых ею процессов[9-11]. В приложении к микробным системам, указанные факторы координации в сетевой структуре конкретизируются как а) межклеточные контакты; б) химические и, вероятно, также физические сигнальные агенты; в) биополимерный межклеточный матрикс.

 

МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ

 

Сравнительно многочисленные микробные “коллективы” – колонии, биопленки –обычно состоят из малых микроколоний  (клеточных кластеров).  Координированное поведение клеток в таких микроколониях во многом зависит от недиффундирующих химических сигналов. Связывание недиффундирующих сигналов рецепторами других клеток требует прямого контакта между клетками. В голодающей популяции Myxococcus xanthus наблюдается агрегация клеток с последующим формированием плодовых тел со спорами. Поздние стадии процесса, когда клеточная агрегация уже идёт в течение 6 часов  и необходимо обеспечить достаточно компактную укладку клеток для формирования спор, контролируются недиффундирующим, прикреплённым к поверхности клетки белковым фактором С (продукт гена csgA) [23].

Контакт-зависимая сигнализация, вероятно, представляет общую стратегию, благодаря которой бактерии в тесном контакте между собой, например, в биопленках, могут модулировать рост и поведение как генетических сородичей, так и конкурентов. Так, в бактериальных биопленках координация поведения облегчается контакт-зависимым ингибированием, которое препятствует некоординированному росту, делению и движению клеток, угрожающему нарушить архитектуру биопленки. Прикрепленный к поверхности клетки Escherichia coli белок CdiA взаимодействует с белками BamB и AcrB  других клеток и вызывает инактивацию их метаболизма [24].

Коммуникация между микробными клетками и координация их поведения, по-видимому, в существенной мере зависит от таких поверхностных клеточных структур как жгутики, фимбрии, эвагинаты клеточной стенки (обзор [21]). Было показано, что клетки бактерий  могут соединяться нанотрубками, по которым транспортируются различные химические агенты; нанотрубки формируются между клетками одного и того же вида бактерий (Bacillus subtilis) или разных видов, например, B. subtilis и E. coli [25]. Отметим для дальнейшего, что контактная коммуникация осуществляется также между микробными клетками и клетками хозяина, например, в случае ЖКТ – эпидермальными кишечными клетками, нейронами энтерической нервной системы (ЭНС), иммуноцитами.

 

ХИМИЧЕСКИЕ СИГНАЛЬНЫЕ АГЕНТЫ

 

Дистантная коммуникация между микробными клетками (или клетками микроорганизмов и клетками хозяина)  обусловливает координацию поведения клеток и формирование упорядоченных структур (паттернов) в пределах микробных сетевых структур. Например, сложные орнаменты (концентрические круги, гексагональные решётки и др.) в колониях Escherichia coli. Сложные орнаменты (концентрические круги, гексагональные решетки и др.) формируются при наложении градиентов сигнальных агентов, исходящих от центра колонии и образуемых клетками на её границе [26].

Популяции микроорганизмов способны оценивать собственную плотность по концентрации вырабатываемых всеми клетками популяции сигнальных веществ. Детально изучены так называемые кворумзависимые (quorum-sensing, QS) системы, ставящие под контроль плотности микробной популяции (кворума) многие важные процессы [27-29] [33-35], в том числе люминесценцию, синтез антибиотиков и ферментных комплексов, межклеточный перенос генетической информации (трансформацию, конъюгацию), клеточную агрегацию, секрецию белков, формирование биоплёнок, споруляцию, образование факторов вирулентности и др. Так, у грамотрицательных бактерий в большинстве кворумзависимых систем аутоиндукторами (феромонами) служат ацилированные гомосеринлактоны. Эти вещества связываются c R-белками, и полученный комплекс активирует транскрипцию генов, отвечающих за кворумзависимые процессы, перечисленные выше. Феромоны активируют также транскрипцию генов ферментов, катализирующих синтез самих феромонов. Если плотность бактериальных клеток достаточно высокая, бактерии предпринимают те или иные коллективные действия. Например, морские бактерии Vibrio fischeri и V. harveyi начинают светиться.

Отметим, что QS-системы имеются не только у микроорганизмов. Их аналоги обнаруживаются и в поведении клеток животного организма – хозяина симбиотической микробиоты. Так, eсть указания, что аналоги QS-систем участвуют в формировании метастазов злокачественных опухолей. Как и микробные клетки, раковые клетки образуют сложно организованные сообщества (первичные опухоли), которые характеризуются функциональной дифференциацией клеток и используют сложные механизмы коммуникации между собой и с окружающими стромальными клетками, отдаленными органами и иммунной системой [30].

Немаловажную роль в микробной коммуникации, по-видимому, играют биогенные амины (с нейромедиаторной и гормональной функциями у животных): серотонин, норадреналин, дофамин, гистамин и др., а также их предшественники, продукты их метаболизма и химически сходные с ними вещества. Продемонстрирована стимуляция роста E. coli серотонином, гистамином, дофамином и в незначительной мере норадреналином. Дофамин уменьшает, а норадреналин, серотонин и гистамин увеличивают количество компактных клеточных групп в колониях E. coli [21]. Микроорганизмы также вырабатывают собственные нейромедиаторы, влияющие на организм-хозяин, в особенности на его нервную систему. Дофамин, норадреналин, серотонин, их продукты метаболизма и предшественник кактехоламинов ДОФА, а также нейроактивные аминокислоты (глицин, ГАМК, таурин и др.) детектированы  в кисломолочных продуктах, ферментированных пробиотическими бактериями [31], а также в заквасочных штаммах лактобацилл [32, 33].  Поскольку ДОФА проникает через кишечный и гематоэнцефалический барьер и используется для лечения болезни Паркинсона [34], эти результаты открывают перспективы использования ДОФА в виде кисломолочных продуктов, ферментированных штаммами с высокой продукцией  ДОФА.

 

МЕЖКЛЕТОЧНЫЙ МАТРИКС

 

В состав матрикса у микроорганизмов входят кис­лые полисахариды, гликозилфосфатсодержащие биополимеры типа тейхоевых кислот, гликопротеины, а у некоторых бактерий (например, бацилл) также полиглутаминовая кислота и другие пептиды, внеклеточные нити ДНК, к которым прикреплены агрегаты белка пилина IV [19, 21]. Подобно межклеточному матриксу животных тканей, микробный матрикс также включает фибриллярные элементы. Сходство животного и микробного матрикса допол­няется общностью некоторых химических компо­нентов, например сиаловых кислот. Матрикс выполняет ряд функций (обзоры:[10-12, 21, 35]:

  • Cтруктурообразующую функцию. Матрикс покрывает всю микробную сетевую структуру как “внешний и внутренний скелет” и делит ее на малые компартменты,  образуя покровы вокруг микроколоний.
  • Адгезивную функцию. Матрикс способствует закреплению бактерий на субстрате с формированием структурированных биопленок. Глюкан-содержащий матрикс стрептококков ротовой полости способствуют прикреплению про­дуцентов к поверхности зубов. Патогенные микроорганизмы формируют биопленки на вживляемых в организм больного искусственных клапанах сердца и других имплантантах и даже на контактных линзах, вызывая воспаление роговицы глаза.
  • Защитную (барьерную) функцию. Обвола­кивающий клетки матрикс выступает как буфер­ная внутренняя среда колонии, предохраняющая клетки и систему в целом от неблагоприятных воздействий извне (высыхание, нагревание/охлаждение, атака гидролитических ферментов и др.). Матрикс прикрывает антигенные участки поверхности бактериальных клеток, делая их неуязвимыми для атаки Т-лимфоцитов и антител. Патогены в составе упорядоченных структур типа биопленок отличаются повышенной устойчивостью не только к иммунной системе хозяина, но и к антибиотикам [35].
  • Коммуникативную функцию. Создавая гидрофильную среду, межклеточный матрикс облегчает диффузию химических регуляторов в пределах колонии или биопленки.

 

Таковы основные механизмы, обеспечивающие координировыанное функционирование децентрализованных структур микроорганизмов. Как взаимодействуют эти структуры с организмом-хозяином? Вернемся вначале к общим характеристикам сетевых структур.

 

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЕТЕЙ И ИЕРАРХИЙ: КОНСТРУКТИВНЫЕ И ДЕСТРУКТИВНЫЕ АСПЕКТЫ

 

Как указано в начале статьи, децентрализованные сетевые структуры противопоставляются\структурам с единым управляющим центрам – иерархическим структурам. В реальных системах сетевые и иерархические структуры часто вступают во взаимодействие между собой. В порядке политического примера: иерархия политической системы государства (“президентская вертикаль”) сложным образом взаимодействует с децентрализованными сетевыми структурами (организациями, движениями), характерными для в целом не-иерархического гражданского общества.

В работах автора [9-11] продемонстрировано, что взаимодействие сетевых и несетевых структур (в частности, иерархий) может быть как конструктивным, так и деструктивным. Конструктивное взаимодействие иерархий, сетей, (квази)рынков состоит в их взаимной поддержке. Например, сеть может делегировать иерархии некоторые функции, требующие планомерности, быстрого принятия решений и др. и в то же время компенсировать своей деятельностью недостатки иерархии. Примерами таких иерархически-сетевых полиструктурных систем могут служить крупные компании (например, «Мицубиси»), в состав которых входят сетевые консультационные или аналитические группы.

Деструктивные взаимодействия по линии сеть-иерархия связаны с потенциально вредоносными свойствами каждого из партнеров. Так, децентрализованные сети имеют специфические характеристики, которые во многих ситуациях могут рассматриваться как потенциально негативные:

  1. Сети не признают границ вообще — и границ взаимодействующих с ними иерархий в частности; сети активно коммуницируют с «чуждыми» элементами. Например, в человеческом социуме даже самая благонадёжная сеть контактирует со внесистемными элементами, в том числе конкурентами и врагами данной политической системы, делясь с ними секретной и конфиденциальной информацией.
  2. Сети имеют тенденцию разрастаться так, что наносят ущерб взаимодействующим с ними структурам, в частности, иерархическим. В социуме сетевые структуры склонны неумеренно присваивать себе материальные средства и ресурсы, которые далеко не всегда расходуются для достижения заявленных целей — в ряде случаев члены сети заботятся о собственном процветании.
  3. Сети могут не подчиняться ритмам иерархий, тем самым угрожая вызвать своего рода «аритмию»[2] иерархической структуры.
  4. Сетевые структуры часто стремятся перехватить у иерархических структур контрольные и регуляторные функции. Это устремление сетей является «плюсом» в случае нефункционирующей иерархии, ибо продлевает жизнь всей системы, но становится «минусом», если иерархия вполне функциональна. Тогда вторжение сетевой структуры угрожает хаосом. Соответствующий сценарий изложен в футуристической книге А. Барда и А. Зодерквиста [36].
  5. Сетевая структура оказывается более сложной для понимания, чем иерархия (или рынок). Можно сказать, что её уровень структурной сложности может быть непропорционально высоким по сравнению с теми благами, которые она предоставляет своим членам.

С этих позиций рассмотрим ниже взаимоотношения в системе организм человека  микробиота.

 

МИКРОБИОТА И ОРГАНИЗМ-ХОЗЯИН: КОНСТРУКТИВНОЕ И ДЕСТРУКТИВНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

 

В целом, организм человека и его мозг функционируют при комбинированном влиянии

•       иерархических структур, в рамках которых лидирует центральная нервная система (ЦНС), контролирующая деятельность различных органов, тканей, клеток. ЦНС генерируя импульсы-команды и вырабатывает химические регуляторы (гормоны) самостоятельно – нейрогормоны – и с помощью контролируемых ею эндокринных желёз;

•       сложного комплекса сетевых структур, включающих два компонента: 1) собственные клетки, формирующие локальные или делокализованные (распределенные в масштабах организма)[3] сети, которые вырабатывают химические сигналы; 2) клетки симбиотических микроорганизмов, населяющих разные экологические ниши в составе организма, и в особенности желудочно-кишечный тракт (ЖКТ). В толстом кишечнике концентрация микробных клеток достигает 1012/см3, а их общее количество составляет не менее 1014 микробных клеток, что в десять раз превышает содержание собственных клеток взрослого человека. Общее количество видов микроорганизмов, которых можно обнаружить в пищеварительном тракте взрослого человека может достигать 10 тыс. штаммов - до 30 тыс. (обзоры [2, 3, 37]).

Конструктивное взаимодействие сетей с иерархиями укрепляет телесное и душевное здоровье человека, способствует его адекватному социальному поведению. В частности, микробное сетевое сообщество ЖКТ участвует в переваривании пищи, регулирует моторику кишечника, поддерживает в нормальных пределах его кислотность (рН), температуру и газовый состав, вносит вклад в барьерную роль слизистой кишечника на пути опасных веществ и болезнетворных микроорганизмов и вирусов [1-6, 38], В составе «первой линии обороны» ЖКТ микробиота взаимодействует с другими составляющими кишечного барьера – выстилкой слизистой оболочки, кишечным эпителием, собственной пластинкой слизистой кишечника [38].

Микробиота ЖКТ в норме стимулирует развитие иммунной системы в ходе онтогенеза и активирует ее функционирование. Молочнокислые бактерии р. Bifidobacterium и Lactobacillus стимулируют у новорожденных индивидов Th1-стратегию иммунной системы (клеточный иммунитет)  и преодолевают изначальный сдвиг в пользу альтернативной Th2-стратегии (гуморальный, основанный на антителах, иммунитет, [5], чреватой аллергическими расстройствами. Микробиота ЖКТ также снабжает организм биологически активными соединениями типа витаминов В, Н и К, короткоцепочечных жирных кислот, а также пептидов, биогенных аминов и аминокислот, многие из которых являются  нейромедиаторами (подробнее ниже). С учетом все возрастающего понимания роли микробиоты ЖКТ для здоровья и психики индивида предложен термин «ось микробиота—кишечник—мозг» (microbiota—gut—brain axis) [39-43]. Симбиотическая микробиота способна влиять на эмоции, связанные с выбором и приемом пищи, регулируя функционирование дофаминовой системы и воздействуя на чувства «сытости» или, наоборот, голода, ассоциируемые с присутствием нейропептидов, синтез которых, в свою очередь, находится под влиянием качественного и количественного содержания короткоцепочечных жирных кислот микробного происхождения.

Такая несколько елейная картина взаимодействия иерархий и сетей внутри нашего тела далека от часто дисбактериозной реальности и представляет собой лишь идеал, к которому надо было бы стремиться.

При всех хвалебных словах о пользе, приносимой микробными сетями нашему организму, прозорливыми оказались слова русского микробиолога и иммунолога И. И. Мечникова о том, что наша кишечная микробиота не оптимальна. Она подвержена нарушениям (это и есть дисбактериозы). В литературе накоплено немало данных о серьезных последствиях дисбактериозов, включая болезнь Крона, язвенный колит, рак кишечника, жировую дистрофию печени, ревматоидный артрит, спондилоз, одновременный отказ нескольких внутренних органов, а также нервно-психические расстройства. Вероятно, связь между аномальным состоянием микрофлоры и этими недугами, также как и положительное влияние микрофлоры, опосредуется химическими агентами, включая нейромедиаторы.

Нарушения микробной экологии в ЖКТ ассоциируются с возникновением и прогрессированием заболеваний, связанных с метаболическим синдромом [39]. У лиц с психопатологией аутистического спектра  в микробиоте ЖКТ снижается количество бифидобактерий и возрастает число клостридий и других потенциально патогенных бактерий [44].

Здесь имеет смысл вернуться к предшествующему разделу настоящей работы, где в виде пунктов 1–5 перечислены некоторые потенциально негативные характеристики сетевых структур. Мы переформулируем их в приложении к взаимоотношениям микрофлоры и организма-хозяина.

  1. Микробиота ЖКТ обменивается — «вопреки барьерам» — сигналами с «чуждыми» или по крайней мере нехарактерными для нормальной симбиотической микрофлоры видами микроорганизмов, включая опасные патогенные бактерии. Феромоны симбиотической микробиоты ротоглотки стимулируют рост и вирулентность, например, синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa. Ограничение такой межвидовой коммуникации путем подавления роста симбиотической микробиоты антибиотиками (к сожалению, неэффективными по отношению к самой синегнойной палочке) улучшает состояние пациентов.

  2. Немаловажной задачей медицины можно считать удерживание сетевых структур микроорганизмов «в дозволенных рамках»: вред приносит избыточное развитие даже полезных (пробиотических) микроорганизмов, поскольку чревато избыточным расходованием ресурсов хозяина, хотя ущерб здоровью наносит, несомненно, и недостаточная численность микрофлоры, создающая «вакансии» для нежелательных «пришельцев». Энергетические и субстратные ресурсы организма-хозяина тратятся на низкоинтенсивное хроническое воспаление, которое вызывается симбиотической микробиотой кишечника и рассматривается как нормальное явление. Поэтому сыворотка крови человека в норме содержит антитела и Т-лимфоциты, сенсибилизированные по отношению к симбионтам ЖКТ [5]. Характерный обитатель кишечника – симбиотическая E. coli – лучше растет при наличии в среде нейромедиаторов: катехоламинов, серотонина и гистамина, которые накапливаются в просвете кишки при местном воспалении  [21, 37]. Этот же микроорганизм, как уже было отмечено, сам выделяет нейромедиаторы и предшественник катехоламинов --ДОФА  [21). Избыточный рост этой популяции, как, вероятно, и других популяций в составе микробного сообщества человека, может повлечь за собой гиперфункцию дофамин- и норадреналинергических систем ЦНС. Отметим, что избыточная активность дофаминергической системы мозга, помимо гиперсоциабельности (избыточной общительности) и маниакального состояния, возможно, способствует развитию шизофрении [34].

  3. В норме симбиотическая микробиота участвует в биоритмах хозяина, а рассогласование ритмики человеческого организма и его микробиоты служит предпосылкой расстройств телесного и душевного здоровья. В свете нейрохимической активности микроорганизмов ЖКТ становится понятным, почему ритм питания, равно как и характер принимаемой пищи, оказывают столь серьёзное воздействие на психику и поведение людей.

  4. Несмотря на важное значение регуляторного воздействия химических продуктов микробиоты на человеческий организм, доминирующую роль в норме играет его собственная иерархическая структура с головным мозгом на вершине. В патологических ситуациях возможна своего рода «нетократия» (власть сетей), когда деятельность головного мозга подпадает под определяющее влияние микробных сетевых структур и их химических регуляторов. Именно с этим, вероятно, связана роль нарушений нормальной микрофлоры в ряде нервно-психических расстройств (аутизм, болезнь Туретта, синдром дефицита внимания с гиперподвижностью). Помимо этого, Норрис и др. [45] объясняют вкусовые и диетические предпочтения хозяина питательными потребностями микробиоты пищеварительного тракта

  5. Отмеченная выше сложность сетевого организационного дизайна затрудняет задачу лечения или профилактики нарушений в работе сетей микробных симбионтов человека. Всякое лекарство, например, проявляет сразу много своих эффектов, и нелёгкой задачей оказывается добиться преобладания пользы над вредом, причиняемым врачебным вмешательством. Структурная сложность микробных сетевых структур приводит к труднопредсказуемым эффектам антибиотиков, которые вместо сетей возбудителей порой подавляют сетевые структуры их антагонистов. Тем самым, антибиотики только стимулируют развитие вредоносных сетей и ухудшают состояние пациента.

Таковы основные аспекты потенциально вредоносного (деструктивного) взаимодействия сетевых структур микробиоты – и организма-хозяина, что и обусловливает угрозу дисбактериозов и негативных последствий для соматического и психического здоровья человека.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Исходя из общих положений о сетевых структурах как особых (децентрализованных, кооперативных) форм организации различных объектов, мы рассмотрели структурную организацию микробных биосоциальных систем (колоний, биополенок и др.), а также взаимодействие в системе микробиота-организм человека. Был неоднократно подчеркнут двойственный  характер такого взаимодействия, включающего в себя как несомненно конструктивные (важные для нормального индивидуального развития и функционирования), так и потенциально деструктивные аспекты, угрожающие телесному и душевному здоровью людей. Необходимо подчеркнуть, что все указанные выше аспекты потенциально вредоносного влияния сетей не являются принципиально неизбежными. В реальных структурах, где сети взаимодействуют с иерархиями, принимаются организационные меры, нацеленные на предотвращение негативного влияния сетей и, напротив, усиление позитивных тенденций. В человеческом социуме следует особо подчеркнуть роль структур-посредников между иерархией и сетью [46].

В организме животного или человека посредническую роль выполняет, в частности, иммунная система, которая в норме ограничивает развитие микробных сетевых структур и направляет их деятельность (например, выделение нейромедиаторов, гормонов и других биологически активных веществ) по траекториям, оптимальным для телесного и душевного здоровья человека. Необходимо отметить, что данный вопрос в применении к биосистемам пока должным образом не исследован и остаётся предметом будущих усилий специалистов различного профиля.

Разумеется, концептуальное применение категории «сетевые структуры» в рамках восстановительной медицины не ограничивается вышеприведенным важным примером рассмотрения человеческого организма в его неизбежном взаимодействии с сетевыми структурами микробного сообщества ЖКТ и других ниш организма. Не только микробы, но и сами медицинские работники, в частности, в сфере реабилитологии, могут организовывать себя по сетевым сценариям.

Это означает отказ от жестких иерархических отношений по принципу “начальник-подчиненный” и создание творческих групп по тому или иному вопросу (например, реабилитация ВИЧ-больных). В  сетевых структурах медицинского профиля могут существовать несколько частичных лидеров (которые привлекают к участию соответствующих врачей и других специалистов, как входящих в состав сетевой структуры, так и временно приглашенных к сотрудничеству), например, по следующим субпроблемам [11]: 1) Вирусологические аспекты: исследование возбудителя и патогенеза ВИЧ-инфекции; 2) Реабилитологические аспекты: преодоление осложнений и других последствий ВИЧ-инфекции; 3) Духовные  аспекты ВИЧ-инфекции: укрепление у заболевших ВИЧ-инфекцией участников веры в смысл жизни, создание у них чувств принадлежности к сети и полезности для социума. В соответствии с принципами децентрализованной сетевой организации, специализированные частичные лидеры взаимодействуют с неспециализированными членами сетевой структуры.

По убеждению автора, даже малочисленные сетевые структуры могут внести немаловажный вклад как непосредственно в роли небюрократического медучреждения, так и в рамках соответствующей просветительской и педагогической деятельности. Децентрализованные сети создают зримую альтернативу доминирующим в системе здравоохранения иерархическим структурам (медицинской бюрократии), а также рыночному чистогану, характерному для коммерческой сферы. Так сетевая концепция может принести ощутимую пользу восстановительной медицине не только в концептуальном, но и в организационно-практическом аспекте.

Данная работа подготовлена в рамках поддержанного РГНФ проекта “Методология управления сетевыми структурами в контексте парадигмы сложности”, № 15-03-00860.

 

[1] Есть и ткани с элементами централизованной (иерархической) организации. Такова, например, нервная ткань, хотя и в ней иерархии сочетаются с сетевыми структурами.

[2] Медицинский термин, используемый, например, в кардиологии.

[3] Пример делокализованной и в то же время достаточно спаянной (когерентной) клеточной сети представляет внутриорганизменная сеть иммунных клеток, генерирующая важные химические регуляторы.

Категория: Биополитика и микробиология | Добавил: leader (13.05.2016)
Просмотров: 257 | Рейтинг: 0.0/0 |
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Copyright MyCorp © 2017 |
Copyright Soksergs © 2017
Разработка и наполнение сайта - Soksergs