Микробиота легких — это сообщество микроорганизмов легких , состоящее из сложного разнообразия микроорганизмов, обнаруженных в нижних дыхательных путях, особенно на слизистом слое и эпителиальных поверхностях. К этим микроорганизмам относятся бактерии , грибки , вирусы и бактериофаги . Бактериальная часть микробиоты была изучена более подробно. Она состоит из ядра девяти родов : Prevotella , Sphingomonas , Pseudomonas , Acinetobacter , Fusobacterium , Megasphaera , Veillonella , Staphylococcus и Streptococcus . [1] [2] [3] Они являются как аэробами, так и анаэробами и аэротолерантными бактериями. Сообщества микроорганизмов сильно различаются у отдельных особей и состоят из около 140 различных семейств. Например, бронхиальное дерево содержит в среднем 2000 бактериальных геномов на см2 поверхности . Вредные или потенциально вредные бактерии также регулярно обнаруживаются в респираторных образцах. Наиболее значимыми являются Moraxella catarrhalis , Haemophilus influenzae и Streptococcus pneumoniae . Известно, что они вызывают респираторные заболевания при определенных условиях, а именно, если иммунная система человека ослаблена. Механизм, посредством которого они сохраняются в нижних дыхательных путях у здоровых людей, неизвестен.
Обычно встречающиеся роды грибов составляют микобиом легких , в микробиоте легких, и включают в себя , среди прочих, Candida , Malassezia , Neosartorya , Saccharomyces и Aspergillus . [4] [5]
Эпителий дыхательных путей вместе с альвеолярными макрофагами и дендритными клетками играет важную роль в первоначальном распознавании бактериальных продуктов, попадающих в нижние дыхательные пути с воздухом. Поскольку некоторые из этих продуктов являются мощными провоспалительными стимулами, для иммунной системы крайне важно различать патогены и непатогенные комменсалы. Это предотвращает развитие постоянного воспаления и формирует толерантность к безвредной микробиоте. [6]
Этот процесс становится гораздо более интригующим, если принять во внимание, что комменсалы часто делят свои поверхностные молекулы с патогенами. Эпителиальные клетки оснащены очень чувствительными инструментами распознавания — толл-подобными рецепторами (TLR), нуклеотид-связывающими доменами олигомеризации (NOD)-подобными рецепторами (NLR) и рецепторами, подобными генам, индуцируемым ретиноевой кислотой (RIG)-I-подобными рецепторами (RLR), которые распознают широкий спектр микробных структурных компонентов. После распознавания патогенных бактерий активируются провоспалительные пути, и клеточные компоненты адаптивного и врожденного иммунитета привлекаются к месту инфекции. [7] Одним из ключевых регуляторов в этом процессе является NF-κB , который транслоцируется из цитоплазмы в ядро и активирует провоспалительные гены в эпителиальных клетках и макрофагах. Комплекс связывающего ДНК белка распознает дискретную нуклеотидную последовательность (5'-GGG ACT TTC T-3') в восходящей области различных генов ответа. Активация NF-κB рядом стимулов: бактериальными клеточными стенками или воспалительными цитокинами, приводит к его транслокации в ядро.
Напротив, безвредные бактерии не вызывают транслокацию NF-κB в ядро, тем самым предотвращая воспаление, хотя они могут экспрессировать те же самые микробно-ассоциированные молекулярные паттерны (MAMP). Один из возможных механизмов, объясняющих этот эффект, был предложен Нейшем, показавшим, что непатогенные S. typhimurium PhoPc и S. pullorum способны запрещать убиквитинирование молекулы ингибитора NF-κB ядерного фактора гена полипептида NF-κB легкого усилителя в ингибиторе альфа В-клеток (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) подвергается деградации протеасомой 26 S, что позволяет NF-κB транслокироваться в ядро и активировать транскрипцию эффекторных генов (например, IL-8). Пробиотические бактерии, такие как Lactobacilli, способны модулировать активность системы Ub-протеасомы, вызывая продукцию активных форм кислорода (ROS) в эпителиальных клетках. Было показано, что в клетках млекопитающих ROS служат критически важными вторичными мессенджерами в множественных путях передачи сигнала в ответ на провоспалительные цитокины. Индуцированные бактериями ROS вызывают окислительную инактивацию каталитического остатка цистеина Ub 12, что приводит к неполной, но временной потере неддиляции куллина-1 и последующему воздействию на сигнализацию NF-κB и β-катенина. Другой комменсальный вид, B. thetaiotaomicron , ослабляет экспрессию провоспалительных цитокинов, способствуя ядерному экспорту субъединицы NF-κB RelA через путь, зависящий от рецептора γ, активируемого пролифератором пероксисом (PPAR-γ). PPAR-γ воздействует на транскрипционно активный Rel A и вызывает раннее ядерное очищение, ограничивая продолжительность действия NF-κB.
Баланс между патогенами и комменсалами чрезвычайно важен для поддержания гомеостаза в дыхательных путях.
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. Существует несколько источников питательных веществ, получаемых от хозяина, для микробных резидентов: секреции эпителиальных клеток дыхательных путей (особенно бокаловидных клеток), секреции подслизистых желез и транссудат из плазмы. Более того, пул доступных питательных веществ увеличивается за счет деятельности некоторых членов микробиоты. Макромолекулярные компоненты респираторных выделений (белки, гликопротеины, липиды, нуклеиновые кислоты) преобразуются в питательные вещества (например, углеводы, аминокислоты). Таким образом, метаболическая активность существующих бактерий позволяет колонизировать новые виды. Комменсальные бактерии непатогенны и защищают наши дыхательные пути от патогенов. Существует несколько возможных механизмов. Комменсалы являются естественными конкурентами патогенных бактерий, поскольку они, как правило, занимают ту же экологическую нишу внутри человеческого организма. Во-вторых, они способны вырабатывать антибактериальные вещества, называемые бактериоцинами, которые подавляют рост патогенов.
Роды Bacillus , Lactobacillus , Lactococcus , Staphylococcus , Streptococcus и Streptomyces являются основными производителями бактериоцинов в дыхательных путях. Кроме того, известно, что комменсалы вызывают ответ Th1 и выработку противовоспалительного интерлейкина (IL)-10, антимикробных пептидов, FOXP3, секреторного иммуноглобулина A (sIgA).
Изменения в составе микробного сообщества, по-видимому, играют роль в прогрессировании таких легочных заболеваний, как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), астма и муковисцидоз . [9] [10] У людей 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 похожими видами, которые могут колонизировать и действовать симбиотически, но могут вызывать заболевание, если они начинают захватывать ткани, которые они колонизировали, или вторгаться в другие ткани, были названы «патобионтами». [11] MRSA может аналогичным образом колонизировать людей, не делая их больными. [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 здоровой индивидуальной когорте. Относительное обилие Proteobacteria увеличивается у детей-астматиков. Pseudomonas aeruginosa , Staphylococcus aureus и Burkholderia cepacia чаще всего обнаруживаются у пациентов с муковисцидозом.
Высокопроизводительное секвенирование и методы секвенирования всего генома предоставят дополнительную информацию о сложности и физиологическом значении комменсальных бактерий в нижних дыхательных путях.
Рисунок 2: Распределение родов грибов в различных участках тела
{{cite journal}}: Внешняя ссылка в |quote=
