Морфологическая изменчивость микроорганизмов рода бифидобактериум

ДЕКАБРЬ №12 (237) ЗНиСО 33

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ РОДА BIFIDOBACTERIUM

А.М. Амерханова

MORPHOLOGICAL VARIABILITY OF MICROORGANISMS

OF BIFIDOBACTERIUM GENUS

A.M. Amerhanova

ФБУН «Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского» Роспотребнадзора Рассматривается явление полиморфизма, характерное для бифидобактерий, которое обеспечивает адаптацию к факторам внешней среды и стабильность микробного консорциума бифидобактерий, что является подтверждением целесообразности применения консорциума бифидобактерий в производстве препаратов различного назначения.

Ключевые слова: бифидобактерии, полиморфизм клеток, микробный консорциум бифидобактерий. Each stage of bacterial population development is characterized by certain morphological forms, while «mature» bacterial population consists ofpolymorphic cells. This contributes to adaptation to environmental factors and guarantees stability of bifidobacterium consortium which confirms the expediency of its application in the drug production for different purposes.

Keywords: bifidobacterium, cell polymorphism, microbial consortium of bifidobacterium.

Микроорганизмы рода Bifidobacterium — представители нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека. В кишечнике взрослого человека с наибольшей частотой в биоценозе преобладают виды Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium adolescentis, а Bifidobacterium infantis и Bifidobacterium breve — преимущественно у детей грудного возраста. Культуры данных

видов бифидобактерий обладают выраженными лечебными свойствами, что позволяет использовать их в лечебно-профилактических целях при необходимости коррекции микроэкологии желудочно-кишечного тракта человека.

Внимание специалистов на протяжении многих лет привлекает феномен полиморфизма клеток бифидобактерий. Под термином «полиморфизм микроорганизмов» понимается неоднородность

34

ЗНиСО ДЕКАБРЬ №12

и гетерогенность особей, входящих в одну популяцию (культуру). В литературе полиморфизм бифидобактерий трактуется, в основном, как следствие адаптационных изменений развивающихся клеточных ассоциаций в конкретных условиях обитания [5]. Различия в морфологии клеток бифидобактерий одних и тех же штаммов, культивируемых на различных по химическому составу и плотности питательных средах, индуцируются физико-химическими факторами. На кукурузно-лактозной среде и среде Блаурокка преобладают палочковидные и коккоидные, древовидно-ветвящиеся и булавовидные клетки. Образование инволюционных, шаровидных, амфороподобных форм характерно при культивировании на средах Хенеля (с томатным соком). На гидрализатно-молочных и сывороточных средах, обезжиренном молоке преобладают палочковидные и коккоид-ные особи без признаков ветвления.

В то же время, по мнению многих авторов, состав питательных сред и изменение физико-химических параметров культивирования не являются основными детерминантами морфологической изменчивости микроорганизмов рода В1ЩоЬас1епиш [1]. Проведенные исследования показали, что в цикле развития популяций бифидобактерий на оптимальной по составу среде Блаурокка микроорганизмы способны к значительной клеточной дифференциации. Морфологическая гетерогенность клеток генетически детерминирована и направлена, в конечном счете, на реализацию репродуктивных потенций бифидобактерий: максимальное накопление числа жизнеспособных особей на данном пространстве. Резко выраженный полиморфизм клеток бифидобактерий проявляется на ранних стадиях развития популяции. В экспоненциальной и ранней стационарной фазах преобладают палочковидные (прямые или искривленные палочки с булавовидными утолщениями на концах, с вздутыми и шишкообразными расширениями в центре клетки, терминальной бифуркацией), коккоидные и гранулированные формы клеток. Отдельные правильно-палочковидные особи имеют несколько полюсов деления, в результате чего в популяции проявляется своеобразный диморфизм исходных палочковидных форм — образование кеглевидных особей, состоящих из коккои-дов и палочек, сходных с материнской клеткой. Дальнейшая репродукция коккоидов в большинстве случаев сопровождается их ретрансформаци-ей в палочковидные формы.

Для поздней экспоненциальной и стационарной фаз развития популяции бифидобакте-рий характерно почкование и ветвление палочковидных и коккоидных форм. Почкование и ветвление клеток бифидобактерий необходимо рассматривать как вариант неравновеликого бинарного деления, результатом которого является преобладание в популяции ветвящихся мульти-септированных особей и элементов их фрагментации, потенциально способных к репродукции. Глобулярные и булавовидные образования часто являются зонами активного почкования и ветвления. Последовательность предполагаемых транс-

формаций полиморфных клеточных форм в цикле ^ развития популяций бифидобактерий представлена на рисунке.

Морфологическая и структурная дифференциация клеток в цикле развития популяций бифидобактерий: а — вегетативное размножение; Ь — литический цикл; 1 — стадия транзиторных форм; 2 — стадия ветвления

Таким образом «зрелая» бактериальная популяция состоит из полиморфных клеток: от кокко-идных и палочковидных до ветвящихся мульти-септированных форм.

Морфологическая и структурная дифференциация клеток бифидобактерий затрагивает характер их агрегации. Ориентация полиморфных особей на ограниченном участке колоний определяется способом обособления клеток после деления, результатом которого является высокоорганизованная мицелиальная (сетчатая) топография распределения клеточных элементов бифидопла-ста — коккоидных, палочковидных, булавовидных и мультисептированных — филаментозных форм бифидобактерий относительно друг друга. Эти формы непрерывно трансформируются: один тип клеток превращается в другой, они ветвятся и распространяются, частично переходя в инволюционные, лизирующиеся формы [2].

Межклеточные контакты, обеспечивающие феномен когезии, осуществляются посредством слияния поверхностных капсулярных покрытий контактирующих микроорганизмов, а также морфологически разнообразных микрофибрилл и экстрацеллюлярных шишкообразных выступов [1]. Мицелиальный (сетчатый) тип популяции бифидобактерий способствует созданию градиента концентрации питательных веществ, опосредованного диффузией и активным транспортом субстратов через межклеточный матрикс. Наличие морфологически разнообразных межклеточных контактов (когезия) и прочное прикрепление клеток к субстрату (адгезия) обеспечивает адаптацию к факторам внешней среды и гарантирует стабильность микробного консорциума бифи-

ДЕКАБРЬ №12 (237) ЗНифО

35

добактерий [1; 2; 4]. Морфологическая вариабельность клеток бифидобактерий обусловлена рГ влиянием физико-химических факторов на популяцию бифидобактерий, а также трансформа-= цией клеток в цикле развития. Высокая степень ЕЕ полиморфизма штаммов бифидобактерий таких, как Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum, 2z Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium infantis и Bifidobacterium breve обусловливает высокую стабильность микробного консорциума за счет эффекта когезии и адгезии. Данный эффект подтверждает целесообразность применения консорциума бифидобактерий для производства бактериальных пробиотических препаратов.

Клинические наблюдения за применением препаратов на основе консорциумов бифидо-бактерий с целью коррекции дисбиотических нарушений продемонстрировали их выраженную лечебно-профилактическую эффективность. Сопоставление с препаратами моновидового состава, составлявшими группы сравнения во всех проведенных клинических исследованиях, подтвердило неоспоримые преимущества выбранного подхода — применение для коррекции микроэкологических нарушений многовидовых ассоциаций бифидобактерий.

Одним из таких примеров, наглядно показавшем преимущества консорциумов, являются проведенные исследования на базе Клинической инфекционной больницы № 1 г. Москва. Изучены переносимость, лечебная эффективность и влияние на микрофлору кишечника препаратов «Бифидум-Мульти-1 и 2», представляющих собой консорциумы бифидобактерий при кишечных инфекциях у детей. Группу сравнения составили 23 ребенка, получающих препарат «Бифидумбактерин» на основе монокультуры бифидобактерий.

У всех больных основной группы после проведенного курса лечения количество бифидо-бактерий достигло нормальных показателей. Восстановление дефицита бифидобактерий удетей, получавших Бифидумбактерин, было выражено слабее (p < 0,001). По окончании курса применения «Бифидум-Мульти-1 и 2» в фекалиях детей снизилось содержание условно-патогенных бактерий в 2,4 раза. Обсемененность кишечника детей стафилококками снизилась в 4 раза, протеем и грибами рода Candida — в 2 раза, не наблюдалось повторного выделения клебсиеллы. Влияние препарата Бифидумбактерин на обсемененность кишечника детей условно-патогенными бактериями оказалось менее существенным (p < 0,05). Включение кисломолочного пробиотического продукта в диетотерапию острых кишечных инфекций у детей старше 3 лет, находящихся на стационарном лечении в Детской инфекционной больнице № 5 г. Москвы, способствовало более быстрому купированию симптомов интоксикации, а также сокращению продолжительности диареи и абдоминальных болей. Также оказывало положительное воздействие на состояние микробиоценоза толстого кишечника, что выражалось в нормализации дисбиотических нарушений и снижении количества ряда условно-патогенных микроорганизмов.

В Клинической инфекционной больнице № 1 г. Москвы были проведены клинические испытания кисломолочного пробиотического продукта в комплексном лечении больных вирусным гепатитом, хроническими заболеваниями ЖКТ с выраженными явлениями дисбактериоза кишечника. Данная терапия обладала положительным терапевтическим эффектом и существенно улучшила результаты лечения.

На базе Гематологического Научного Центра РАМН была проведена апробация кисломолочного пробиотического продукта. У больных гемо-бластозами на фоне приема продукта отмечена лучшая переносимость цитостатической терапии.

Таким образом, принцип консорциума про-биотических штаммов бифидобактерий доказал свою перспективность на примере бифидосо-держащих препаратов и кисломолочных продуктов, сконструированных с учетом межвидового синергизма. Взаимное синергидное действие на этапах изготовления пробиотических средств и в условиях последующего персистирования in vivo говорит о приоритетности такого подхода в создании микробных биопрепаратов. Учитывая, что различные виды бифидобактерий обладают выраженными биологическими особенностями и выделяются ассоциациями из нескольких видов, коррекция дисбиотических нарушений должна проводиться с учетом данной закономерности.

На основании проведенных клинических испытаний кисломолочный продукт, содержащий консорциум из пяти штаммов бифидобакте-рий, рекомендован для использования в качестве лечебно-профилактического питания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лазарева Г.И. Изучение физиологических свойств и структурно-функциональной организации бифидобактерий: Автореф. дис. канд. биол. наук. Минск: Ин-т микробиологии АНБ. 1991. 24 с.

2. Новик Г.И., Высоцкий В.В. Архитектоника популяций бифидобактерий: субмикроскопический аспект когезии клеток Bifidobacterium adolescentis и Bifidobacterium bifidum // Микробиология. 1995, Т. 64. № 2. С. 222—227.

3. Новик Г.И., Высоцкий В.В. Изменение морфологии клеток в цикле развития популяций Bifidobacterium adolescentis и Bifidobacterium bifidum // Микробиология. 1996, Т 65. № 2. С. 60—66.

4. Bell G.J. Models for the specific adhesion of cells to cells // Science. 1978. V. 200. 618 p.

5. Exterkate F.A., Vresen G.F.J., Veerkamp J.H. Biochemical changes in Bifidobacterium bifidum var. pennsylvanicus after cell wall inhibition. III. Morphological structure and osmotic properties of the protoplasts and membrane composition //Biochim. et biophis. acta. 1970. V. 219. P. 141—154.

Контактная информация:

Амерханова Аделаида Михайловна, тел.: 8 (916) 336-10-83, е-mail: dok@bifilife.ru Contact information:

Amerhanova Adelaida, phone: 8 (916) 336-10-83, е-mail: dok@bifilife.ru