Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Микробиоты легкие , являются легочным микробным сообщество , состоящее из сложных различных микроорганизмов найдены в нижнем дыхательных путях , особенно на слизистой оболочке и эпителиальные поверхностях. Эти микроорганизмы включают бактерии , грибы , вирусы и бактериофаги . Бактериальная часть микробиоты изучена более внимательно. Он состоит из девяти родов : Prevotella , Sphingomonas , Pseudomonas , Acinetobacter , Fusobacterium , Megasphaera., Veillonella , Staphylococcus и Streptococcus . [1] [2] [3] Это аэробы, а также анаэробы и аэротолерантные бактерии. Микробные сообщества сильно различаются у отдельных людей и составляют около 140 различных семейств. Например, бронхиальное дерево содержит в среднем 2000 бактериальных геномов на 1 см 2 поверхности. Вредные или потенциально вредные бактерии также обычно обнаруживаются в респираторных образцах. Наиболее важными из них являются Moraxella catarrhalis , Haemophilus influenzae и Streptococcus pneumoniae.. Известно, что они вызывают респираторные расстройства при определенных условиях, а именно, если иммунная система человека ослаблена. Механизм, с помощью которого они сохраняются в нижних дыхательных путях у здоровых людей, неизвестен.

Роды грибов, которые обычно встречаются, составляют микобиом легких в микробиоте легких и включают , среди прочих, Candida , Malassezia , Neosartorya , Saccharomyces и Aspergillus . [4] [5]

Роль эпителиального барьера [ править ]

Эпителий дыхательных путей вместе с альвеолярными макрофагами и дендритными клетками играет важную роль в начальном распознавании бактериальных продуктов, попадающих в нижние дыхательные пути с воздухом. Поскольку некоторые из этих продуктов являются мощными провоспалительными стимулами, для иммунной системы чрезвычайно важно различать патогены и непатогенные комменсалы. Это предотвращает развитие постоянного воспаления и формирует толерантность к безобидной микробиоте. [6]

Механизмы, лежащие в основе воспаления . Эпителий дыхательных путей имеет сложную структуру, состоящую как минимум из семи различных типов клеток, взаимодействующих друг с другом посредством плотных контактов. Эпителиальные клетки могут передавать иммуностимулирующие сигналы в подлежащие ткани, принимая участие в механизмах врожденного и адаптивного иммунного ответа. Ключевыми передатчиками этих сигналов являются дендритные клетки. Когда патогенные бактерии (например, S. pneumoniae , P. aeruginosa) активировали определенные рецепторы распознавания образов на / в эпителиальных клетках, активируются провоспалительные сигнальные пути. Это приводит в основном к продукции IL-1, IL-6 и IL-8. Эти цитокины индуцируют хемотаксис к месту инфекции в своих клетках-мишенях (например, нейтрофилах, дендритных клетках и макрофагах). С другой стороны, представители стандартной микробиоты вызывают лишь слабые сигналы, предотвращающие воспаление. Механизм различения безобидных и вредных бактерий как на молекулярном, так и на физиологическом уровнях до конца не изучен.

Этот процесс становится гораздо более интригующим, если учесть, что комменсалы часто делятся своими поверхностными молекулами с патогенами. Эпителиальные клетки оснащены очень чувствительными инструментами распознавания - toll-like рецепторами (TLR), нуклеотид-связывающими доменами олигомеризации (NOD) -подобными рецепторами (NLR) и рецепторами (RLR), индуцируемыми ретиноевой кислотой, генами (RIG ), которые распознают широкий спектр микробных структурных компонентов. После распознавания патогенных бактерий провоспалительные пути активируются, и клеточные компоненты адаптивного и врожденного иммунитета привлекаются к месту инфекции. [7] Одним из ключевых регуляторов этого процесса является NF-κB.который перемещается из цитоплазмы в ядро ​​и активирует провоспалительные гены в эпителиальных клетках и макрофагах. Комплекс ДНК-связывающих белков распознает дискретную нуклеотидную последовательность (5'-GGG ACT TTC T-3 ') в вышестоящей области множества генов ответа. Активация NF-κB рядом стимулов: стенки бактериальных клеток или воспалительные цитокины приводят к его перемещению в ядро.

Напротив, безвредные бактерии не вызывают транслокацию NF-κB в ядро, предотвращая таким образом воспаление, хотя они могут выражать те же молекулярные структуры, связанные с микробами (MAMP). Один возможный механизм, объясняющий этот эффект, был предложен Нейшем, показав, что непатогенные S. typhimurium PhoPc и S. pullorum способны запрещать убиквитинирование молекулы ингибитора NF-κB ядерного фактора усилителя гена легкого полипептида NF-κB в ингибиторе B-клеток. альфа (IκB-κ). [8]Другое объяснение комменсальной толерантности эпителия относится к посттрансляционной модификации белка путем ковалентного присоединения одного или нескольких мономеров убиквитина (Ub). Ингибирование убиквитинирования приводит к уменьшению воспаления, поскольку только полиубиквитинированный (IκB-κ нацелен на деградацию протеасомой 26 S, что делает возможным транслокацию NF-κB в ядро ​​и активацию транскрипции эффекторных генов (например, IL-8). Пробиотические бактерии, такие как лактобациллыспособны модулировать активность Ub-протеасомной системы посредством индукции продукции активных форм кислорода (АФК) в эпителиальных клетках. Было показано, что в клетках млекопитающих АФК служат в качестве важнейших вторичных мессенджеров в множественных путях передачи сигналов в ответ на провоспалительные цитокины. Бактериально индуцированные АФК вызывают окислительную инактивацию каталитического цистеинового остатка Ub 12, что приводит к неполной, но временной потере неддилирования куллина-1 и последующим эффектам на передачу сигналов NF-κB и β-катенина. Другой комменсальный вид, B. thetaiotaomicron, ослабляет экспрессию провоспалительных цитокинов, способствуя ядерному экспорту NF-κB субъединицы RelA посредством зависимого от рецептора γ (PPAR-γ) пути пути, активируемого пролифератором пероксисом. PPAR-γ нацелен на транскрипционно активный Rel A и вызывает ранний ядерный клиренс, ограничивая продолжительность действия NF-κB.

Баланс между патогенами и комменсалами чрезвычайно важен для поддержания гомеостаза в дыхательных путях.

Физиология [ править ]

Дыхательные пути постоянно подвергаются воздействию множества микроорганизмов, некоторые из которых способны сохраняться и даже колонизировать дыхательные пути. Это возможно благодаря наличию питательных веществ, кислорода и оптимальной температуре роста. Для микробных жителей существует несколько источников питательных веществ хозяина: выделения из эпителиальных клеток дыхательных путей (особенно бокаловидных клеток), выделения из подслизистых желез и транссудат из плазмы. Более того, запас доступных питательных веществ увеличивается за счет деятельности некоторых представителей микробиоты. Макромолекулярные компоненты респираторного секрета (белки, гликопротеины, липиды, нуклеиновые кислоты) превращаются в питательные вещества (например, углеводы, аминокислоты). Таким образом, метаболическая активность существующих бактерий позволяет колонизировать новые виды.Комменсальные бактерии непатогены и защищают наши дыхательные пути от патогенов. Есть несколько возможных механизмов. Комменсалы являются местными конкурентами патогенных бактерий, потому что они, как правило, занимают одну и ту же экологическую нишу внутри человеческого тела. Во-вторых, они способны производить антибактериальные вещества, называемые бактериоцинами, которые подавляют рост патогенов.

Роды Bacillus , Lactobacillus , Lactococcus , Staphylococcus , Streptococcus и Streptomyces являются основными продуцентами бактериоцинов в дыхательных путях. Более того, известно, что комменсалы вызывают ответ Th1 и выработку противовоспалительного интерлейкина (IL) -10, антимикробных пептидов, FOXP3, секреторного иммуноглобулина A (sIgA).

Клиническое значение [ править ]

Изменения в составе микробного сообщества, по-видимому, играют роль в прогрессировании таких легочных заболеваний, как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), астма и кистозный фиброз . [9] [10] У человека S. aureus является частью нормальной микробиоты, присутствующей в верхних дыхательных путях [11], а также на коже и слизистой оболочке кишечника. [12] S. aureus , наряду с подобными видами, которые могут колонизировать и действовать симбиотически, но могут вызывать заболевание, если они начинают захватывать ткани, которые они колонизировали, или вторгаются в другие ткани, были названы «патобионтами». [11]Точно так же MRSA может колонизировать людей, не вызывая у них болезней. [13] Наличие таких родов, как Mycoplasma , Pseudomonas и Staphylococcus коррелирует со стабильным состоянием ХОБЛ. С другой стороны, Prevotella , Mesorhizobium , Microbacterium , Micrococcus , Veillonela , Rhizobium , Stenotrophomonas и Lactococcus присутствуют в основном в когорте здоровых людей. Относительное количество протеобактерий увеличивается у детей-астматиков. Синегнойная палочка ,Золотистый стафилококк и Burkholderia cepacia чаще всего обнаруживаются у пациентов с муковисцидозом.

Высокопроизводительное секвенирование и подходы к секвенированию всего генома предоставят дополнительную информацию о сложности и физиологическом значении комменсальных бактерий в нижних дыхательных путях.

См. Также [ править ]

  • Микробиом человека
  • Список флоры человека
  • Бактериоцин

Ссылки [ править ]

  1. ^ Erb-Downward, John R .; Томпсон, Дебора Л .; Хан, Мейлан К .; Freeman, Christine M .; Макклоски, Лиза; Schmidt, Lindsay A .; Янг, Винсент Б.; Тэйвс, Гален Б.; и другие. (2011). Бересвилл, Стефан (ред.). «Анализ микробиома легких у« здорового »курильщика и при ХОБЛ» . PLOS One . 6 (2): e16384. Bibcode : 2011PLoSO ... 616384E . DOI : 10.1371 / journal.pone.0016384 . PMC  3043049 . PMID  21364979 .
  2. ^ Хилти, Маркус; Берк, Конор; Педро, Хелдер; Карденас, Пол; Буш, Энди; Босли, Кара; Дэвис, Джейн; Эрвин, Аарон; и другие. (2010). Нейроллес, Оливье (ред.). "Нарушенные микробные сообщества в дыхательных путях астмы" . PLOS One . 5 (1): e8578. Bibcode : 2010PLoSO ... 5.8578H . DOI : 10.1371 / journal.pone.0008578 . PMC 2798952 . PMID 20052417 .  
  3. ^ Бек, Джеймс М .; Янг, Винсент Б.; Хаффнагл, Гэри Б. (1 февраля 2012 г.). «Микробиом легких» . Трансляционные исследования . 160 (4): 258–66. DOI : 10.1016 / j.trsl.2012.02.005 . PMC 3440512 . PMID 22683412 .  
  4. ^ Цуй л, Моррис А, Е Ghedin (июль 2013 г. ). «Микобиом человека в здоровье и болезнях» . Genome Med . 5 (7): 63. DOI : 10,1186 / gm467 . PMC 3978422 . PMID 23899327 . Рисунок 2: Распределение родов грибов на разных участках тела  
  5. ^ Ричардсон, М; Bowyer, P; Сабино, Р. (1 апреля 2019 г.). «Человеческое легкое и аспергиллы: вы то, чем вы вдыхаете?» . Медицинская микология . 57 (Дополнение_2): S145 – S154. DOI : 10.1093 / MMY / myy149 . PMC 6394755 . PMID 30816978 .  
  6. ^ Кумар, Химаншу; Кавай, Таро; Акира, Шизуо (2011). «Распознавание патогенов врожденной иммунной системой». Международные обзоры иммунологии . 30 (1): 16–34. DOI : 10.3109 / 08830185.2010.529976 . PMID 21235323 . 
  7. ^ Sha, Q .; Чыонг-Тран, AQ; Плитт, младший; Бек, штат Луизиана; Шлеймер, Р.П. (2004). «Активация эпителиальных клеток дыхательных путей агонистами толл-подобных рецепторов». Американский журнал респираторной клетки и молекулярной биологии . 31 (3): 358–64. CiteSeerX 10.1.1.314.5790 . DOI : 10,1165 / rcmb.2003-0388OC . PMID 15191912 .  
  8. ^ Кумар, Амрита; Ву, Хуэйся; Collier-Hyams, Lauren S; Хансен, Джейсон М; Ли, Тэнго; Ямоа, Косж; Пан, Чжэнь-Цян; Джонс, Дин П.; Нейш, Эндрю S (2007). «Комменсальные бактерии модулируют кулин-зависимую передачу сигналов посредством генерации активных форм кислорода» . Журнал EMBO . 26 (21): 4457–66. DOI : 10.1038 / sj.emboj.7601867 . PMC 2063476 . PMID 17914462 .  
  9. ^ Хуанг, Ивонн Дж .; Ким, Евгения; Кокс, Майкл Дж .; Brodie, Eoin L .; Браун, Рон; Винер-Крониш, Жанин П .; Линч, Сьюзен В. (2010). «Постоянная и разнообразная микробиота дыхательных путей, присутствующая во время обострений хронической обструктивной болезни легких» . ОМИКС: журнал интегративной биологии . 14 (1): 9–59. DOI : 10.1089 / omi.2009.0100 . PMC 3116451 . PMID 20141328 .  
  10. ^ Кокс, Майкл Дж .; Allgaier, Мартин; Тейлор, Байрон; Baek, Marshall S .; Хуанг, Ивонн Дж .; Дейли, Ребекка А .; Караоз, Улас; Андерсен, Гэри Л .; и другие. (2010). Ратнер, Адам Дж. (Ред.). "Микробиота дыхательных путей и изобилие патогенов у пациентов с муковисцидозом, стратифицированным по возрасту" . PLOS One . 5 (6): e11044. Bibcode : 2010PLoSO ... 511044C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0011044 . PMC 2890402 . PMID 20585638 .  
  11. ^ а б Шенк, LP; Surette, MG; Bowdish, DM (ноябрь 2016 г.). «Состав и иммунологическое значение микробиоты верхних дыхательных путей» . Письма FEBS . 590 (21): 3705–3720. DOI : 10.1002 / 1873-3468.12455 . PMC 7164007 . PMID 27730630 .  
  12. ^ Wollina, U (2017). «Микробиом при атопическом дерматите» . Клиническая, косметическая и исследовательская дерматология . 10 : 51–56. DOI : 10.2147 / ccid.s130013 . PMC 5327846 . PMID 28260936 .  
  13. ^ Uhlemann, AC; Отто, М; Lowy, FD; ДеЛео, Франция (январь 2014 г.). «Эволюция метициллин-резистентного Staphylococcus aureus, связанного с населением и здравоохранением» . Инфекция, генетика и эволюция . 21 : 563–74. DOI : 10.1016 / j.meegid.2013.04.030 . PMC 3884050 . PMID 23648426 .  

Внешние ссылки [ править ]