3.2 Механизм действия пробиотиков
Пищеварительный тракт животных представляет собой микробиоценоз, обеспечивающий защиту и развитие организма. С первых минут жизни в желудочно-кишечный тракт поступает множество разнообразных групп микроорганизмов, однако не все они приживаются в кишечнике. В процессе эволюционного развития сформировался определенный микробиоценоз кишечника, обусловленный постоянной нормальной, или резидентной, микрофлорой (Бовкун и др., 1998).
Кишечник животных заселяется антигенно чужеродной микрофлорой, тем не менее, кишечная иммунная система сохраняет нормальный гомеостаз и фактически толерантна к большинству кишечных микроорганизмов. Толерантность отражает преимущества, свойственные постоянной кишечной микрофлоре, обеспечивающей организм хозяина некоторыми питательными веществами, включая короткоцепочные жирные кислоты, а также витаминами К и группы В, аминокислотами (Wostman, 1996). С.А. Шевелева (1999) полагает, что, колонизируя желудочно-кишечный тракт и постоянно присутствуя в нем, нормофлора обеспечивает основную защитную функцию макроорганизма, в то время как микроорганизмы являются транзиторными.
А.Н. Панин и др. (1998) сообщают, что основные представители микробиоценозов кишечника – молочно-кислые и бифидобактерии. Популяции этих бактерий расположены на поверхности оболочки слизистой, примыкая к мембранам энтероцитов, или локализованы в непосредственной близости от поверхности эпителия, в слое муцина, покрывающего мембраны эпителиальных клеток. С учетом этого принципа микроорганизмы, ассоциированные со слизистой оболочкой, составляют мукозную микрофлору (М-флору), а локализующиеся в просвете – полостную (П-микрофлору) (Тимошко, 1990).
Б.В. Пинегин, В.П. Мальцев, В.М. Коршунов (1984); R. Selwood (1984) отмечают, что состав П- и М- микрофлоры пищеварительного тракта может существенно различаться по количественной и качественной характеристикам и по-разному изменяться в зависимости от рациона кормления и внешних воздействий.
Большинство авторов отмечают, что постоянное присутствие в кишечнике адгезированных на его стенке резидентных микроорганизмов предотвращает размножение патогенов, их внедрение в энтероциты21 и прохождение через кишечную стенку. Кишечные бактерии защищают хозяина от патогенов, а также формируют переднюю линию слизистой защиты. Благодаря успешной конкуренции за необходимые питательные вещества или за эпителиальные сайты прикрепления, бактерии кишечника предотвращают кишечную колонизацию патогенными микроорганизмами. Образуя антимикробные соединения, энергозависимые жирные и химически модифицированные желчные кислоты, бактерии кишечника создают локальную окружающую среду, неблагоприятную для развития патогенных микроорганизмов. Резидентная кишечная микрофлора стимулирует восстановление иммунных клеток подслизистого слоя (Lamina propria), которые образуют второй слой защиты (Воробьев и др., 1997; Шендеров, 1998; Roife et al., 1996).
Большинство авторов отмечают, что при замедленном формировании микробиоцинозов пищеварительного тракта выживаемость цыплят зависит от санитарного состояния кормов, воды, окружающей среды. Микроэкологические изменения приводят к возникновению желудочно-кишечных болезней: диспепсии, гастроэнтерита, энтероколита, клоацита и токсико-септических инфекций. Поэтому в систему профилактических мероприятий необходимо включать применение средств для формирования нормобиоза и колонизационной резистентности, среди которых ведущее место занимают пробиотики. Анализ имеющихся литературных данных свидетельствует о многогранном воздействии пробиотиков на микроэкологию пищеварительного тракта.
Наиболее важными аспектами взаимодействия пробиотических штаммов с микрофлорой кишечника и организмом животного являются образование антибактериальных веществ, конкуренция за питательные вещества и место адгезии, изменение микробного метаболизма (увеличение или уменьшение ферментативной активности), стимуляция иммунной системы, противораковое и антихолестеринемическое действия (Тараканов, 2000).
Пробиотики используют для стимуляции неспецифического иммунитета, профилактики и лечения при смешанных желудочно-кишечных инфекциях, расстройствах пищеварения алиментарной этиологии (дисбактериозы, острые молочно-кислые ацидозы и др.), возникающих вследствие резкого изменения состава рациона, нарушений режимов кормления, технологических стрессов и других причин (Платонов, 1985), переустановления микробиоценоза пищеварительного тракта после лечения антибиотиками и другими антибактериальными химиотерапевтическими средствами (Смирнов и др., 1993), замены антибиотиков в комбикормах для молодняка животных, пушных зверей и птицы (Тараканов, 1998), улучшения процессов пищеварения, ускорения адаптации животных к высокоэнергетическим рационам и небелковым азотистым веществам, повышения эффективности использования корма и продуктивности животных (Тимошко, 1986).
По данным S. Cerguiglini (1974), пробиотики обладают разносторонним фармакологическим действием. Положительный эффект пробиотиков обусловлен их участием в процессах пищеварения и метаболизма организма-хозяина, биосинтезом и усвоением белка и многих других биологически активных веществ, обеспечением резистентности макроорганизмов. Нормальная деятельность многих систем и органов животных в значительной степени зависит от видового состава и межвидового соотношения микроорганизмов, заселяющих их с момента рождения.
По мнению Р.В. Веселухина (1971), И. Жуковой (1966), участие симбионтных микроорганизмов в азотистом (белковом) питании является одной из основных их функций. В результате сложных биохимических процессов, протекающих в желудочно-кишечном тракте хозяина, микроорганизмы, усваивая поступающие питательные вещества, размножаются, растут и быстро увеличивают свою биомассу. Отмирая, они перевариваются и усваиваются организмом, являясь источником белка.
По данным ряда исследователей (Петровский, 1961; Сивер с соавт., 1975; Готшалк, 1982), симбионтная флора благодаря ферментационной активности (амилолитической, протеолитической, целлюлозолитической и др.) способна синтезировать многие биологически активные вещества: органические кислоты, спирты, липиды, витамины, особенно группы В, соединения тетрапирольной структуры. Всасываясь в кровеносное русло, многие из них активно участвуют в энергетическом и витаминном обменах, играя важную роль в жизнеобеспечении организма хозяина.
Органические кислоты усиливают перистальтику и секрецию кишечника, чем способствуют перевариванию корма и повышают резорбцию кальция и железа (Schuler R. еt al., 1968). Полифосфаты бактерий принимают участие в переносе сахаров в клетку, выполняя функцию гексокиназ22.
Вместе с тем симбионты способны синтезировать метаболиты, обладающие антитоксическим действием. Так, болгарская палочка вырабатывает вещество, способное нейтрализовать энтеротоксин кишечной палочки, патогенной для свиней. Пробиотическая микрофлора принимает участие и в инактивации избытка некоторых пищеварительных ферментов, детоксикации отдельных эндогенных и экзогенных веществ (Петровская, Марко, 1976; Чахова, 1986).
Другой функцией симбионтных микроорганизмов является защита от патогенной микрофлоры, которая обеспечивается разными механизмами. Неспецифическую защиту кишечника от патогенных бактерий и вирусов, обладающих генетически детерминированными инвазионными свойствами, местная микрофлора выполняет путем создания антагонистического барьера, так называемой колонизационной резистентности кишечника. Вступая в тесный контакт со слизистой оболочкой кишечника и покрывая поверхность толстым слоем, она механически предохраняет ее от внедрения патогенных микроорганизмов (Телямейстер и соавт., 1977).
Антибактериальная активность симбионтов обусловлена способностью продуцировать спирты, перекись водорода, молочную, уксусную и другие органические кислоты, синтезировать лизоцим и антибиотики широкого спектра действия (лактолин, низин, ацидофилин, лактоцид и др.). Они могут угнетать рост других видов также за счет более высокого биологического потенциала, быстрого размножения и достижения М–концентрации, более короткой lag–фазы, изменения рН или окислительно-восстановительного потенциала среды (Петровская, Марко, 1976; Freter, Amer, 1974).
Благодаря тому, что симбионтные серотипы кишечной палочки обладают перекрестными антигенными свойствами с патогенными, макроорганизм, вырабатывая иммуноглобулины по отношению к первым, приобретает механизм защиты и к патогенным серотипам, хотя и никогда не имел с ними контакта (Feske, 1974).
И.Б. Куваева (1976) полагает, что антагонизм кишечной палочки обеспечивается также продукцией бактериоцинов (колицинов). Несколько бактериоцинов обнаружили у L. acidophilus, описали два бактериоцина: лактацин В и лактацин F (Barefoot, Klaenhammer, 1983).
По сообщениям Н.С. De Klerk, J.N.Coetzee (1967), лактацин В ингибировал бактерии видов L. leuchmanii, L. bulgaricus, L. Helveticus, L. lactis, а лактацин F, в дополнение к указанным, подавлял L. fermentum и Streptococcus faecalis.
Бактерицидное действие лактацина В возрастало пропорционально его концентрации. Очищенный препарат - белок с молекулярной массой 6000-6500 Да - имел такой же спектр антагонистической активности, что и «сырой» препарат. Лактацин F представляет собой пептид, состоящий примерно из 56 аминокислот (Muriana, Klaenhammer , 1991).
У L. рlantarum M.A. Daeshel et аl.(1986) выявили бактериоцины плантарицин А – бактерицидный против грамположительных бактерий (L. plantarum, L. pentosaceus и L. paramesenteroides), устойчивый к нагреванию (100 0С - 30 мин) и активный в интервале рН от 4 до 6,5.
Из штамма L. plantarum L 441 с широким спектром антагонистического действия выделили плантарицин С, представляющий собой пептид с молекулярной массой около 3500 Да (Conzales et al., 1994).
Продукция бактерицинов продемонстрирована также у L. helveticus. Они названы лактоцин 27 и гельветицин J.(Upreti, Hindsdill, 1975).
Бактериоцины, продуцируемые L. brevis В 37 и L. casеi В 80, получили названия соответственно бревицин 37 и казеицин 80. Первый из них проявлял антагонистическую активность в отношении многих молочно-кислых бактерий и Nocardia corallina, тогда как второй ингибировал лишь один штамм L. casei В 109 (Rammelsberg, Ralder, 1990).
Кроме лактобацилл бактериоцины образуют грамотрицательные кишечные бактерии, энтерококки, стрептококки и многие другие систематические группы микроорганизмов. Среди бактерий рубца бактериоциногению обнаружили у Streptococcus bovis (Jverson, Millis, 1976) и анаэробов рода Butyrivibrio (Kalmohoff, Teather, 1997).
Бактериоциногения в экосистеме пищеварительного тракта птицы и животных является важной проблемой, требующей пристального внимания исследователей.
О противоопухолевой активности L. bulgaricus впервые сообщили I.G. Bogdanow, P. Popkhirstov, L. Marinov (1962), Bac. subtilis - Г.А. Ноздрин.
Механизм продукции молочно-кислыми бактериями противоопухолевой активности неясен. Предполагается, что антиопухолевая активность обусловлена гликопептидами (Bogdana, Dalei, Gurevich et al., 1975). Варьирующие результаты противоопухолевой активности у молочно-кислых бактерий, особенно L. bulgaricus, могут быть частично объяснены лабильностью активного начала (Тараканов, 2000).
В ряде исследований показано, что кишечный микробиоциноз может изменять уровень холестерина в сыворотке крови. У безмикробных животных, содержащихся на обогащенных холестерином рационах, аккумулируется приблизительно в 2 раза больше холестерина в крови, чем у животных с обычной микрофлорой. Последние экскретируют холестерина в фекалиях больше, чем безмикробные животные, и это дает основание полагать, что кишечная микрофлора препятствует его всасыванию из кишечника (Gilliland, 1990).
S.E. Gilliland с соавт. (1985) сообщают, что исследования с чистыми культурами лактобацилл, бифидобактерий, молочно-кислых стрептококков и эшерихий показали, что они способны ассимилировать холестерин. Авторы установили, что L. acidophilus в присутствии желчи и в анаэробных условиях активно удаляла холестерин из лабораторных сред.
Губительное действие на патогенные микроорганизмы симбионты могут проявлять за счет активации ферментов слюны и поджелудочной железы, а также секреции желез желудка и кишечника, деконьюгации солей желчных кислот. Симбионтная микрофлора способствует повышению общей неспецифической резистентности организма хозяина, активно участвуя в обменных процессах и поставляя ему жизненно важные пластические вещества.
В наибольшей степени антагонистическая активность выражена у ацидофильных бактерий, бифидобактерий, молочно-кислого стрептококка и др. (Антипов, 1991).
Пробиотики широко применяются для профилактики дисбактериозов молодняка сельскохозяйственных животных и птиц. Ошибочно рассматривать дисбактериозы как механический процесс чрезмерного развития условно-патогенной микрофлоры под воздействием внешних факторов без учета реакций организма-хозяина. Основной предпосылкой развития кишечных дисбактериозов со стороны макроорганизма является иммунодефицитное состояние, обусловленное сочетанным эффектом эволюционных особенностей развития иммунного ответа в раннем постнатальном периоде и воздействием внешних иммунодепрессивных факторов, таких как технологический стресс, лекарственная и антибиотиковая терапия, чрезмерная нагрузка антигенами при плановых вакцинациях, дефицит белков и витаминов, нарушение молозивного иммунитета и др. Последствия иммунологической депрессии многогранны, но в первую очередь они проявляются сдвигом регуляторной функции макроорганизма, которая поддерживает баланс между нормальной и условно-патогенной кишечной микрофлорой.
Недооценка особенностей иммуногенеза дисбактериозов приводит к тому, что пробиотики, содержащие штаммы лактобацилл или бифидобактерий с высокой колонизационной активностью, теряют свою адгезивную связь с рецепторами клеток кишечника, и препараты становятся малоэффективными в профилактике дисбактериозов.
При изучении литературы мы обратили внимание на тот факт, что применение пробиотиков не всегда сопровождается положительным эффектом. В ряде исследований получены противоречивые результаты, что обусловлено, по-видимому, недостаточной изученностью этих препаратов, неудачным подбором входящих в их состав штаммов бактерий, технологическими проблемами при их производстве и применении и другими причинами.
Исходя из вышеизложенного, можно отметить, что изучение фармакологических свойств пробиотиков и влияния их на микробиоценозы пищеварительного тракта является актуальным и представляет большой интерес как в научном, так и в практическом отношениях.
