Информация, доклады, сообщения

Спасут ли полезные бактерии мир? Часть 1

12.02.2015

Нина Ивановна МаликО том, что такое пробиотики в ветеринарии, в чем их польза и есть ли от них вред и почему они очень долго оставались в тени, нашему обозревателю рассказывает доктор биологических наук, профессор, заведующая лабораторией качества и стандартизации пробиотических препаратов ФГБУ «ВГНКИ» Нина Ивановна Малик.

История пробиотиков полна неожиданных открытий и великих загадок. Без огромного разнообразия микроорганизмов наш мир, а уж тем более наш организм, вполне, может статься, был бы совсем другим.

Наиболее общепризнанные теории о происхождении жизни на Земле предполагают, что протомикроорганизмы были первыми живыми организмами, появившимися в процессе эволюции. Повсеместная распространенность и суммарная мощность метаболического потенциала микроорганизмов определяет их важнейшую роль в круговороте веществ и поддержании динамического равновесия в биосфере Земли. Между прочим, некоторые ученые полагают, что самой жизнью мы обязаны микроорганизмам, занесенным из космоса. Ведь даже самая примитивная бактерия несет в своей ДНК около 6 млн бит информации, которые могут быть скопированы в новые организмы.

Общий геном бактерий, обнаруженных в ЖКТ, получивший обозначение как «микробиом», насчитывает 400 тыс. генов, что в 12 раз превышает размер генома человека, насчитывающего 35 тыс. генов.

Антибиотики, которые еще полвека назад считались панацеей ото всех болезней, не оправдали возложенных на них надежд.

К началу 90-х годов прошлого века стало понятно, что терапия ими себя исчерпала. Но что ученые могли предложить взамен? Это поинтереснее любого исторического детектива – детектив биологический.

− Нина Ивановна, объясните, пожалуйста, что же такое пробиотики?

Определение пробиотиков, данное ФАО/ВОЗ Food and Agricultural Organization of the United Nations and World Health Organization/FAO/WHO в 2001 году, гласит, что пробиотики – живые микроорганизмы, которые при введении в адекватном количестве приносят пользу здоровью, оказывают первичный эффект на желудочно-кишечную флору или усвояемость ингредиентов кормов и могут произвести ряд прямых и косвенных эффектов, которые происходят в пределах тканей хозяина, при этом положительно влияют на сохранность, продуктивность и здоровье животного. Эти эффекты могут включать модуляцию неспецифического иммунного ответа или осуществлять контроль над размножением условно-патогенных микроорганизмов. Исходя из этого, функциональные свойства пробиотиков включают поддержание нормальной микрофлоры кишечника с помощью конкурентного антагонизма и подавления; изменение метаболизма за счет увеличения активности пищеварительных ферментов и снижения активности нежелательных бактериальных ферментов, повышение потребления корма и стимуляцию пищеварения; нейтрализацию энтеротоксинов, повышение естественной резистентности.

Наиболее часто для изготовления пробиотиков используются микроорганизмы рода Lactobacillus, Bifidobacterium, Bacillus, Enterococcus, Lactococcus, Propionibacterium, Saccharomyces, Streptococcus, которые являются представителями нормальной кишечной микрофлоры.

Однако успехи в изучении экологии и физиологии микроорганизмов и развитие биотехнологии создают тенденцию к вовлечению в биотехнологический процесс все большего количества новых штаммов разных таксономических групп бактерий, к разработке сложных композиций пробиотиков с изучением возможностей использования в пищевой и кормовой цепи.

Для достижения статуса «пробиотический» микроорганизмы должны удовлетворять ряду критериев, связанных с безопасностью, функциональными последствиями и технологическими свойствами. По мнению доктора Грегора Райда, одного из крупнейших специалистов в области оценки безопасности и эффективности пробиотиков, пока для штамма не получены конкретные доказательства его выгоды, он должен оставаться одним из представителей бактериального вида.

Дискуссии вокруг определения «пробиотик» продолжаются. Так, в 2013 году Международная научная ассоциация по вопросом пробиотиков и пребиотиков (ISAPP) внесла предложение считать пробиотиками новые симбионты и консорциумы бактерий, штаммы которых выделены из биологических образцов, взятых у человека/животных, при соответствующем подтверждении безопасности и эффективности и исключить из списка пробиотиков ферментированные молочнокислыми бактериями продукты при отсутствии подтверждения их лечебно-профилактического воздействия. Неидентифицированная пересаженная фекальная микробиота также не считается пробиотиком.

История развития пробиотиков

Культивирование пробиотиков Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus из зеленых растений и открытие молочнокислых продуктов является одной из трех революций, которые вместе с выращиванием сельскохозяйственных культур и одомашнивания домашних животных изменили развитие человечества.

Более 7000 лет тому назад сначала в организме фракийцев, а позже и остальных европейцев, генетически нетерпимых к лактозе, употреблявших молоко, ферментированное молочнокислыми бактериями, наступили генетические изменения. Новые продукты питания и миллиарды полезных бактерий создали ген, который отвечал за производство энзима лактазы, расщепляющего молочный сахар в организме человека.

В истории науки о пробиотиках есть свои значительные вехи и рубежи, а также знаковые фигуры – это швейцарец Анри Тиссье. В 1899 году он выделил из фекалий младенцев первых дней жизни, находившихся на грудном вскармливании, бифидобактерии и предположил, что если эти бактерии станут доминирующей микрофлорой в кишечнике, то могут предотвратить развитие диареи у новорожденных.

В 1905 году русский ученый Илья Мечников выделил культуру болгарской палочки. Тогда по заданию различных европейских сообществ теоретики изучали долгожителей – их образ жизни, рацион, пытаясь постичь тайну их долголетия. В том числе этим занимался и Мечников. И он пришел к выводу, что больше всего древних стариков живут в горах Болгарии и питаются кислым молоком. Илья Ильич тогда предположил, что именно скисшее молоко и является причиной столь долгой жизни. Нужно сказать, что, хотя все приписывают открытие болгарской палочки именно Мечникову, это не совсем так – пальма первенства в этом случае принадлежит болгарскому ученому Стояну Григорову. Именно он выделил ее первым. Конечно, оба этих великих биолога были не совсем правы – в долголетии болгар играет свою роль совокупность различных факторов. Но с того времени, как Мечников смог доказать, что болгарская палочка все-таки подавляет гнилостную микрофлору в кишечнике, стала пропагандироваться так называемая мечниковская простокваша из этой палочки. Простоквашу эту, кстати, делают и сейчас.

Альфред Нестле в 1917 году изолировал из фекалий солдата первой мировой войны штамм Eschericia coli, обладающий ярко выраженной антагонистической активностью, которая подавляла рост патогенной микрофлоры. А. Ниссле для обозначения изменений в составе нормального кишечного микробиоценоза употребил термин «дисбактериоз». В 1920 году профессор L. F. Rettger продемонстрировал, что другие бактерии, такие как Lactobacillus acidophilu, могут быть эффективными как пробиотики, помогая восстановить процесс нормальной бактериальной колонизации желудочно-кишечного тракта человека.

Но каждая страна гордится своими учеными, которые так или иначе внесли свою лепту в учение о пробиотиках. У нас в России, к примеру, это биолог Перетц Леопольд Генрихович. В 1955 году он показал, что кишечная палочка здоровых людей является одним из основных представителей нормальной микрофлоры и играет положительную роль благодаря сильным антагонистическим свойствам по отношению к патогенным микробам. Он открыл колибактерин из кишечной палочки. Были специалисты, которые занимались этой проблемой в медицине.

Что касается России, то первый пробиотический препарат ветеринарного назначения был зарегистрирован у нас только в 1952 году. Это была культура ацидофильной палочки жидкая. Второй – в 63-м году. Третий и четвертый – в 74-м и 87-м соответственно. Всего у нас было четыре препарата.

− Сыграл ли свою роль такой немаловажный фактор, как открытие антибиотиков?

Да, казалось, это был прорыв. В начале 50-х годов прошлого века все считали, что теперь любая инфекция будет побеждена доступным, дешевым, простым в применении препаратом. Антибиотики гордо шествовали по миру.

Человечество неуклонно росло. Мало того. Впервые за многие столетия мы стали жить спокойнее и богаче. Изменился тип питания людей. Люди стали потреблять больше мяса. Естественно, это повлекло за собой бурное развитие животноводства и мирового маркетинга этой продукции. Оборот крупного рогатого скота достиг 5 миллиардов голов в мире в год. Оборот поголовья птицы – 18–20 миллиардов. Общая численность свиней – 960 миллионов голов. Это огромное количество животных, которых надо вырастить, сохранить им здоровье и высокую продуктивность.

Были построены гигантские комплексы по выращиванию животных. Огромные популяции собрали на замкнутых территориях, где особи подвергались постоянному стрессу. Индустриализация привела к резкому возрастанию микробного давления на организм молодняка животных и птицы, усиленному размножению и повышению болезнетворности микроорганизмов, циркулирующих в хозяйствах.

Среди молодняка началось массовое распространение желудочно-кишечных болезней, возбудителями которых являлись условно-патогенные бактерии, ранее не представлявшие угрозы для здоровья животных. Падеж животных нередко достигал 40 процентов от числа заболевших. Антибиотики на протяжении многих лет были весьма ценным инструментом для защиты здоровья животных, однако оказалось, что бактерии способны достаточно быстро выработать механизмы резистентности к практически любому из вновь предлагаемых антибиотиков. Средств специфической профилактики этих болезней не разработано. Предприятия несли гигантские экономические потери. Вдобавок ко всему во всем мире то тут то там стали регистрироваться внезапные вспышки пищевых токсикоинфекций. Заболевание сальмонеллезом остается лидирующим зоонозом по пищевым токсикоинфекциям людей и широко распространено во многих странах. Исследование безопасности куриного мяса в 2011 году показали, что не менее 30% цыплят-бройлеров, реализуемых в торговых сетях, были заражены различными серотипами сальмонеллы. Профилактика желудочно-кишечных болезней молодняка приобрела эпизоотологическое, эпидемиологическое, экологическое и социально-экономическое значение.

Появившийся в медицине сравнительно недавно термин «multi drug resistant» (множественная лекарственная резистентность) объединяет основные проблемы лечения инфекций, вызванных этими возбудителями. Только в 2% случаев антибиотики эффективны для профилактики массовых заболеваний молодняка неинфекционной этиологии, в 98% случаев их применение неоправданно.

При этом широкая циркуляция антибиотикорезистентных форм возбудителей желудочно-кишечных болезней в популяциях животных не только снизила эффективность антимикробной терапии, но и стала создавать реальную угрозу горизонтального переноса резистентных форм патогенов от животных к человеку.

Антибиотикорезистентность и условно-патогенные бактерии становятся глобальной проблемой инфекций 21 века.

Принятая на рубеже XX и XXI веков система мер поддержания здоровья и продуктивности животных с помощью антибиотиков оказалась исчерпана.

− И что делать?

В 2001 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) издала Глобальную стратегию по сдерживанию устойчивости к противомикробным препаратам.

Как из рога изобилия посыпались работы, показывающие пагубные последствия антибиотикотерапии для профилактики и лечения желудочно-кишечных болезней на уровне популяций. Это сегодня ученые мужи с умным видом рассуждают о пагубных последствиях антибиотикотерапии. Что антибиотики вместе с вредными уничтожили заодно и полезные бактерии, изменили состав микробных сообществ кишечника, изменили поведение бактерий. Широко признается, что антибиотики могут вызвать дисбаланс защитной флоры желудочно-кишечного тракта и вагинального тракта, приводят к ослаблению иммунной системы и проблемам с пищеварением.

Хотя об этой проблеме мы говорили еще в конце 80-х годов прошлого века, изучив микробиоценоз желудочно-кишечного тракта животных в модельных экспериментах антибиотикоассоциированного дисбактериоза и в полевых условиях у поросят, телят и птицы в крупнейших хозяйствах промышленного типа России до и после применения антибиотиков и установили тесную взаимосвязь между количественными и качественными изменениями отдельных таксономических групп кишечных бактерий и восприимчивостью молодняка к развитию желудочно-кишечных болезней. В 90% случаев доказана связь желудочно-кишечных болезней молодняка с нарушением микроэкологии желудочно-кишечного тракта.

К тому же у антибиотиков, которые все меньше справлялись со своими функциями, был и еще один побочный эффект. В животноводстве их использовали так называемые стимуляторы откорма, стадо на них быстро росло и набирало вес. Поэтому во многих странах до последнего времени их разрешали к применению (в России два препарата легальны как кормовые добавки) – и в итоге антибиотики накапливались в организмах не только животных, но и людей, которые ели это мясо.

И вот в 80-х годах прошлого века в Европе была зафиксирована очень большая вспышка сальмонеллеза в стадах птицы. Остановить ее традиционными методами оказалось невозможно. Тогда финляндские ученые предложили использовать энтерококки. То есть широко распространенные микробы, активно живущие в окружающей среде и «прирученные» человеком. Их культура являлась антагонистом сальмонеллы.

Пробиотики впервые смогли противостоять этой эпидемии, и тогда на них обратили пристальное внимание. Но на первый план пробиотики вышли, как только стали применяться широкие запретительные меры к антибиотикам, став их альтернативой.

Рекомендации при профилактике инфекций, вызванных условно-патогенными бактериями, сосредоточились на поиске новых превентивных решений, в том числе с применением принципа конкурентного исключения условно-патогенных бактерий из кишечника животных и повышения колонизационной резистентности организма с помощью пробиотиков.

Но если говорить о ветеринарии как таковой, то с учением о пробиотиках и внедрением их в практику у нас были проблемы. Существовало стойкое промышленное, научное и практическое лобби, продвигающее идею разработки новых антибиотиков и средств специфической профилактики в виде вакцин, которые до настоящего времени практически не реализованы.

Спасут ли полезные бактерии мир? Часть 2

Материал подготовили:

Обозреватель интернет-сайта Екатерина САЖНЕВА
Корректор Богаченко О.В.

© ФГБУ «ВГНКИ», 2015 год.

При перепечатке публикации ссылка на источник обязательна.