Кожная флора , также называемая микробиотой кожи , относится к микробиоте ( сообществам микроорганизмов ) , которые обитают на коже , как правило, на коже человека .
Многие из них являются бактериями , которых на коже человека насчитывается около 1000 видов из девятнадцати типов . [1] [2] Большинство из них находятся в поверхностных слоях эпидермиса и верхних частях волосяных фолликулов .
Кожная флора обычно непатогенна и либо комменсальна (не вредна для своего хозяина), либо мутуалистична (приносит пользу). Преимущества, которые могут предложить бактерии, включают предотвращение колонизации поверхности кожи транзиторными патогенными организмами , либо путем конкуренции за питательные вещества, выделения химических веществ против них, либо стимулирования иммунной системы кожи . [3] Однако резидентные микробы могут вызывать кожные заболевания и попадать в кровеносную систему , вызывая опасные для жизни заболевания, особенно у людей с ослабленным иммунитетом . [3]
Основной нечеловеческой кожной флорой является Batrachochytrium dendrobatidis , хитридиевый и негифальный зооспоровый грибок, вызывающий хитридиомикоз , инфекционное заболевание, которое, как полагают, является причиной сокращения популяции земноводных . [4]
Оценка количества видов, присутствующих на бактериях кожи, была радикально изменена с использованием 16S рибосомальной РНК для идентификации видов бактерий, присутствующих на образцах кожи, непосредственно из их генетического материала. Ранее такая идентификация зависела от микробиологической культуры , на которой многие разновидности бактерий не росли и поэтому были скрыты от науки. [1]
Staphylococcus epidermidis и Staphylococcus aureus считались доминирующими в культуральных исследованиях. Однако исследования рибосомальной РНК 16S показывают, что, хотя эти виды распространены, они составляют всего 5% бактерий кожи. Однако разнообразие кожи обеспечивает богатую и разнообразную среду обитания для бактерий . Большинство из них относятся к четырем типам: Actinomycetota (51,8%), Bacillota (24,4%), Pseudomonadota (16,5%) и Bacteroidota (6,3%). [5]
Существует три основных экологических области: сальная, влажная и сухая. Виды Propionibacteria и Staphylococci были основными видами в сальных областях. Во влажных местах на теле доминируют Corynebacteria вместе со Staphylococci . В сухих областях наблюдается смесь видов, но Betaproteobacteria и Flavobacteriales являются доминирующими. С экологической точки зрения, сальные области имели большее видовое богатство, чем влажные и сухие. Областями с наименьшим сходством между людьми по видам были пространства между пальцами рук , пространства между пальцами ног , подмышечные впадины и культя пуповины. Наиболее схожими были области около ноздри , ноздри (внутри ноздри) и на спине. [1]
Исследование области между пальцами ног у 100 молодых людей выявило 14 различных родов грибков. К ним относятся дрожжи , такие как Candida albicans , Rhodotorula rubra , Torulopsis и Trichosporon cutaneum , дерматофиты (грибки, живущие на коже), такие как Microsporum gypseum и Trichophyton rubrum , а также недерматофитные грибки (условно-патогенные грибки, которые могут жить на коже), такие как Rhizopus stolonifer , Trichosporon cutaneum , Fusarium , Scopulariopsis brevicaulis , Curvularia , Alternaria alternata , Paecilomyces , Aspergillus flavus и виды Penicillium . [6]
Исследование Национального института исследований генома человека в Бетесде, штат Мэриленд , изучило ДНК грибков кожи человека в 14 различных местах на теле. Это были ушной канал, между бровями, затылок, за ухом, пятка, ногти на ногах, между пальцами ног, предплечье, спина, пах, ноздри, грудь, ладонь и сгиб локтя. Исследование показало большое разнообразие грибков по всему телу, самой богатой средой обитания является пятка, в которой обитает около 80 видов грибков. Для сравнения, в обрезках ногтей на ногах содержится около 60 видов, а между пальцами — 40. Другими богатыми областями являются ладонь, предплечье и внутренняя часть локтя, где обитает от 18 до 32 видов. На голове и туловище обитало от 2 до 10 видов. [7]
Пупок, или умбиликус , — это область тела, которая редко подвергается воздействию ультрафиолетового света, мыла или телесных выделений [8] (пупок не производит никаких выделений или масел) [9] и поскольку он представляет собой практически нетронутое сообщество бактерий [10], он является прекрасной частью микробиома кожи для изучения. [11] Пупок, или умбиликус, — это влажный микробиом тела [12] (с высокой влажностью и температурой), [13] который содержит большое количество бактерий, [14] особенно бактерий, которые предпочитают влажные условия, такие как Corynebacterium [15] и Staphylococcus [13] .
Проект по биоразнообразию пупка начался в Университете штата Северная Каролина в начале 2011 года с двумя начальными группами по 35 и 25 добровольцев. [10] Добровольцам выдали стерильные ватные тампоны и попросили вставить их в пупок, трижды перевернуть тампон, а затем вернуть его исследователям во флаконе [16] , содержащем 0,5 мл 10% фосфатного солевого буфера. [10] Затем исследователи из Университета штата Северная Каролина под руководством Иржи Хулчера [17] выращивали образцы в культуре до тех пор, пока колонии бактерий не стали достаточно большими, чтобы их можно было сфотографировать, а затем эти фотографии были размещены на веб-сайте проекта по биоразнообразию пупка (добровольцам были даны номера образцов, чтобы они могли просматривать свои собственные образцы онлайн). [16] Затем эти образцы были проанализированы с использованием библиотек 16S рДНК, чтобы можно было идентифицировать штаммы, которые плохо росли в культурах. [10]
Исследователи из Университета штата Северная Каролина обнаружили, что, хотя было трудно предсказать каждый штамм бактерий в микробиоме пупка, они могли предсказать, какие штаммы будут преобладающими, а какие штаммы бактерий будут довольно редкими в микробиоме. [10] Было обнаружено, что микробиомы пупка содержали только несколько распространенных типов бактерий ( Staphylococcus , Corynebacterium , Actinobacteria, Clostridiales и Bacilli) и много различных типов редких бактерий. [10] Другие типы редких организмов были обнаружены внутри пупков добровольцев, включая три типа архей, два из которых были обнаружены у одного добровольца, который утверждал, что не мылся и не принимал душ в течение многих лет. [10]
Staphylococcus и Corynebacterium были одними из наиболее распространенных типов бактерий, обнаруженных в пупках добровольцев этого проекта, и эти типы бактерий были обнаружены как наиболее распространенные типы бактерий, обнаруженных на коже человека в более масштабных исследованиях микробиома кожи [18] (частью которых является проект по биоразнообразию пупка). [10] (В этих более масштабных исследованиях было обнаружено, что у женщин, как правило, больше стафилококков, живущих в микробиомах кожи [18] (обычно Staphylococcus epidermidis ) [16] , а у мужчин больше коринебактерий, живущих в микробиомах кожи.) [18]
Согласно проекту по биоразнообразию пупка [10] в Университете штата Северная Каролина, в пупке и прилегающих областях обнаружено два типа микроорганизмов. Транзиторные бактерии (бактерии, которые не размножаются) [12] составляют большинство организмов, обнаруженных в пупке, и, по оценкам, у 95% участников исследования было обнаружено 1400 различных штаммов. [19]
Проект по биоразнообразию пупка продолжается и на данный момент уже взяты мазки у более чем 500 человек. [10] Проект был разработан с целью противодействия заблуждению, что бактерии всегда вредны для человека [20] и что люди находятся в состоянии войны с бактериями. [21] На самом деле большинство штаммов бактерий безвредны [13], если не полезны для человеческого организма. [22] Еще одной целью проекта является стимулирование общественного интереса к микробиологии. [17] Работая совместно с проектом по микробиому человека, проект по биоразнообразию пупка также изучает связи между микробиомами человека и факторами возраста, пола, этнической принадлежности, местоположения [17] и общего состояния здоровья. [23]
Микрофлора кожи может быть комменсалами , мутуалистами или патогенами . Часто они могут быть всеми тремя в зависимости от силы иммунной системы человека . [3] Исследования иммунной системы кишечника и легких показали , что микрофлора способствует развитию иммунитета: однако такие исследования только начались, чтобы выяснить, касается ли это кожи. [3] Pseudomonas aeruginosa является примером мутуалистической бактерии, которая может превратиться в патоген и вызвать заболевание: если она попадает в кровеносную систему , это может привести к инфекциям костей, суставов, желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. Она также может вызвать дерматит . Однако P. aeruginosa вырабатывает антимикробные вещества, такие как псевдомоновая кислота (которая используется в коммерческих целях, например, как мупироцин ). Это работает против стафилококковых и стрептококковых инфекций. P. aeruginosa также вырабатывает вещества, которые подавляют рост видов грибков , таких как Candida krusei , Candida albicans , Torulopsis glabrata , Saccharomyces cerevisiae и Aspergillus fumigatus . [24] Он также может подавлять рост Helicobacter pylori . [25] Его антимикробное действие настолько важно, что было отмечено, что «удаление P. aeruginosa с кожи с помощью пероральных или местных антибиотиков может, наоборот, привести к аномальной колонизации дрожжей и инфекции». [3]
Другим аспектом бактерий является создание запаха тела . Пот не имеет запаха, однако некоторые бактерии могут потреблять его и создавать побочные продукты, которые люди могут считать гнилостными (в отличие от мух, например, которые могут считать их привлекательными/милыми). Вот несколько примеров:
Кожа вырабатывает антимикробные пептиды , такие как кателицидины , которые контролируют пролиферацию микробов кожи. Кателицидины не только напрямую сокращают количество микробов, но и вызывают секрецию цитокинов , которые вызывают воспаление , ангиогенез и реэпителизацию . Такие состояния, как атопический дерматит , связаны с подавлением выработки кателицидина. [29] При розацеа аномальная обработка кателицидина вызывает воспаление. Псориаз связан с собственной ДНК, созданной из пептидов кателицидина, что вызывает аутовоспаление . Основным фактором, контролирующим кателицидин, является витамин D3 . [ 30]
Поверхностные слои кожи имеют естественную кислотность ( pH 4–4,5) из-за молочной кислоты в поте и вырабатываемой кожными бактериями. [31] При этом pH растет мутуалистическая флора, такая как стафилококки , микрококки , коринебактерии и пропионибактерии, но не транзиторные бактерии, такие как грамотрицательные бактерии , такие как Escherichia и Pseudomonas , или грамположительные , такие как Staphylococcus aureus . [31] Другим фактором, влияющим на рост патологических бактерий, является то, что антимикробные вещества, выделяемые кожей, усиливаются в кислых условиях. [31] В щелочных условиях бактерии перестают прикрепляться к коже и легче отшелушиваются. Было замечено, что кожа также набухает в щелочных условиях и открывается, позволяя бактериям перемещаться на поверхность. [31]
При активации иммунная система кожи вырабатывает клеточно-опосредованный иммунитет против микробов, таких как дерматофиты (грибки кожи). [32] Одной из реакций является увеличение оборота рогового слоя и, таким образом, удаление грибка с поверхности кожи. Грибы кожи, такие как Trichophyton rubrum, эволюционировали, чтобы создавать вещества, которые ограничивают иммунный ответ на них. [32] Удаление кожи является общим средством контроля накопления флоры на поверхности кожи. [33]
Микроорганизмы играют роль в неинфекционных заболеваниях кожи , таких как атопический дерматит , [34] розацеа , псориаз , [35] и угри [36]. Поврежденная кожа может привести к тому, что непатогенные бактерии станут патогенными . [37] Разнообразие видов на коже связано с последующим развитием дерматита. [38]
Acne vulgaris — распространенное заболевание кожи, характеризующееся избыточной выработкой кожного сала волосяно-сальной единицей и воспалением кожи. [39] Пораженные участки обычно колонизируются Propionibacterium acnes ; членом комменсальной микробиоты даже у людей без акне. [40] Высокие популяции P. acnes связаны с acne vulgaris, хотя только некоторые штаммы тесно связаны с акне, а другие — со здоровой кожей. Относительная популяция P. acnes одинакова у людей с акне и без него. [39] [40]
Текущее лечение включает местные и системные антибактериальные препараты, которые приводят к снижению колонизации и/или активности P. acnes . [41] Потенциальное пробиотическое лечение включает использование Staphylococcus epidermidis для подавления роста P. acnes . S. epidermidis производит янтарную кислоту , которая, как было показано, подавляет рост P. acnes . [42] Также было показано, что Lactobacillus plantarum действует как противовоспалительное средство и улучшает антимикробные свойства кожи при местном применении. Также было показано, что он эффективен в уменьшении размера очагов акне. [43]
У людей с атопическим дерматитом наблюдалось увеличение популяции золотистого стафилококка как на пораженной , так и на непораженной коже. [40] Вспышки атопического дерматита связаны с низким бактериальным разнообразием из-за колонизации золотистым стафилококком , а после стандартного лечения наблюдалось увеличение бактериального разнообразия. [ необходима ссылка ]
Текущие методы лечения включают комбинации местных или системных антибиотиков, кортикостероидов и ванн с разбавленным отбеливателем. [44] Потенциальные методы лечения пробиотиками включают использование комменсальных бактерий кожи, S. epidermidis , для подавления роста S. aureus . Во время вспышек атопического дерматита было показано, что уровни популяции S. epidermidis увеличиваются в попытке контролировать популяции S. aureus . [40] [44]
Низкое разнообразие микробов кишечника у младенцев связано с повышенным риском атопического дерматита. [45] У младенцев с атопической экземой низкий уровень Bacteroides и высокий уровень Bacillota . Bacteroides обладают противовоспалительными свойствами, которые необходимы против дерматита. [45] (См. микробиота кишечника )
Обыкновенный псориаз обычно поражает более сухие участки кожи, такие как локти и колени . Сухие участки кожи, как правило, имеют высокое микробное разнообразие и меньшее количество популяций, чем сальные участки. [41] Исследование с использованием методов взятия мазков показывает, что области, богатые Bacillota (в основном Streptococcus и Staphylococcus ) и Actinomycetota (в основном Corynebacterium и Propionibacterium ), связаны с псориазом. [46] В то время как другое исследование с использованием биопсии связывает повышенные уровни Bacillota и Actinomycetota со здоровой кожей. [47] Однако большинство исследований показывают, что у людей, страдающих псориазом, микробное разнообразие в пораженных областях ниже.
Лечение псориаза включает местные средства, фототерапию и системные средства. [48] Текущие исследования роли микробиоты кожи при псориазе противоречивы, поэтому не существует потенциальных методов лечения пробиотиками.
Розацеа обычно связана с сальными участками кожи. Кожный клещ Demodex folliculorum вырабатывает липазы , которые позволяют ему использовать кожное сало в качестве источника пищи, поэтому он имеет высокое сродство к сальным участкам кожи. Хотя он является частью комменсальной микробиоты кожи, у пациентов, страдающих розацеа, наблюдается увеличение D. folliculorum по сравнению со здоровыми людьми, что предполагает патогенность . [49]
Bacillus oleronius , микроб, ассоциированный с Demodex , обычно не встречается в комменсальной микробиоте кожи, но инициирует воспалительные пути, чей стартовый механизм аналогичен механизму у пациентов с розацеа. [40] Популяции S. epidermidis также были выделены из пустул пациентов с розацеа. Однако возможно, что они были перемещены Demodex в области, которые способствуют росту, поскольку Demodex , как было показано, переносит бактерии по лицу. [50]
Современные методы лечения включают местные и пероральные антибиотики, а также лазерную терапию. [51] Поскольку современные исследования еще не выявили четкого механизма влияния Demodex на розацеа, потенциальных методов лечения пробиотиками не существует.
Кожные микробы являются потенциальным источником инфицирования медицинских устройств, таких как катетеры . [52]
Человеческая кожа является домом для многочисленных видов бактерий и грибков, некоторые из которых известны как вредные, некоторые как полезные, и подавляющее большинство не изучено. Использование бактерицидных и фунгицидных мыл неизбежно приведет к появлению популяций бактерий и грибков, устойчивых к используемым химикатам (см. устойчивость к лекарствам ).
Кожная флора нелегко передается от человека к человеку: 30 секунд умеренного трения и контакта сухих рук приводят к переносу всего 0,07% естественной флоры рук с обнаженных рук и большего процента с перчаток. [53]
Наиболее эффективное (снижение на 60–80%) антимикробное мытье с этанолом , изопропанолом и н-пропанолом . Вирусы больше всего подвержены воздействию высоких (95%) концентраций этанола, тогда как бактерии больше подвержены воздействию н-пропанола. [54]
Немедицинские мыла не очень эффективны, как показывают следующие данные. Работники здравоохранения мыли руки один раз в немедицинских жидких мылах в течение 30 секунд. Студенты/техники — 20 раз. [55]
Важной целью мытья рук является предотвращение передачи кожной флоры, устойчивой к антибиотикам, которая вызывает внутрибольничные инфекции , такие как метициллин-устойчивый золотистый стафилококк . Хотя такая флора стала устойчивой к антибиотикам из-за антибиотиков, нет никаких доказательств того, что рекомендуемые антисептики или дезинфицирующие средства отбирают устойчивые к антибиотикам организмы при использовании для мытья рук. [56] Однако многие штаммы организмов устойчивы к некоторым веществам, используемым в антибактериальных мылах, таким как триклозан . [56]
Одно исследование кускового мыла в стоматологических клиниках показало, что все они имеют свою собственную флору и в среднем от двух до пяти различных родов микроорганизмов, причем те, которые используются чаще всего, имеют больше разновидностей видов. [57] Другое исследование кускового мыла в общественных туалетах показало еще больше флоры. [58] Другое исследование показало, что очень сухое мыло не колонизируется, в то время как все мыло, которое остается в лужах воды, колонизируется. [59] Однако один эксперимент с использованием мыла, инокулированного Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli , показал, что мытье инокулированным кусковым мылом не передало эти бактерии на руки участников. [60]
Повторное мытье кожи может повредить защитный внешний слой и вызвать трансэпидермальную потерю воды. Это можно увидеть в шероховатости, характеризующейся шелушением и сухостью, зудом, дерматитом, вызванным проникновением микроорганизмов и аллергенов в роговой слой, и покраснением. Ношение перчаток может вызвать дополнительные проблемы, поскольку оно создает влажную среду, благоприятствующую росту микробов, а также содержит раздражители, такие как латекс и тальк . [61]
Мытье рук может повредить кожу, поскольку верхний роговой слой кожи состоит из 15–20 слоев кератиновых дисков, корнеоцитов , каждый из которых окружен тонкой пленкой липидов кожи , которые можно удалить спиртами и моющими средствами . [62]
Поврежденная кожа, характеризующаяся обширным растрескиванием поверхности кожи, распространенным покраснением или периодическим кровотечением, также, как было обнаружено, чаще колонизируется Staphylococcus hominis , и они с большей вероятностью будут устойчивы к метициллину . [61] Хотя это и не связано с большей устойчивостью к антибиотикам, поврежденная кожа также с большей вероятностью будет колонизирована Staphylococcus aureus , грамотрицательными бактериями , Enterococci и Candida . [61]
Флора кожи отличается от флоры кишечника, которая в основном представлена Bacillota и Bacteroidota . [63] Также существует низкий уровень различий между людьми, который не обнаруживается в исследованиях кишечника. [5] Однако как флора кишечника, так и флора кожи не имеют разнообразия, обнаруженного во флоре почвы . [1]