Кожа - самый большой орган и первая линия защиты от патогенных микроорганизмов. И здесь вы ошибаетесь насчет первой линии. Первая линия - это микробы, которые живут на вашей коже. Они наш первый щит защиты ибо они первыми встретят патоген. Если микробиота кожи здорова, то не позволят патогену проникнуть к вам на кожу. В основном кож колонизирована бактериями, грибками, их вирусами и вирусами человека. Подсчитано, что на квадратном сантиметре нашей кожи обитает 10^6 бактерий.
Кожа - суровая госпожа, это прохладная, малоувлажненная, кислая, покрытая солями пота, местами пересушенная среда обитания с малым количеством питательных веществ для микробов. Даже в пределах кожи существуют различные ниши, и кожу можно условно разделить на три категории: сальная (жирная), влажная или сухая. Топографические различия кожи тоже влияют на то, кто где живет: различия в плотности волос, активности сальных желез, тип желез апокриновые или эккриновые. Бактерии питаются в основном тем, что выделяет наша кожа: потом, кожным салом и роговым слоем, это еще одна функция нашей кожной микробиоты. Понимание того какие микробы, где живут, может помочь нам лучше понять этиологию распространенных кожных заболеваний, которые часто имеют предпочтение к определенным участкам кожи, например экзема внутри локтя и псориаз на внешней стороне локтя.
Микробиота кожи имеет и другие функции, помимо защиты, она обучает нашу иммунную систему. Наша иммунная система постоянно присутствует в коже в виде клеток Т и клеток лангерганса с их толл-подобных рецепторами, а также в виде антимикробных пептидов. Таким образом, наша иммунная система балансирует на острие ножа: на одной чаше весов - быстрое реагирование для защиты от патогенов, на другой - способность сосуществовать с нашей собственной микробиотой. Наши иммунные клетки вырабатывают большое количество антибактериальных молекул, таких как свободные жирные кислоты, сфингозин, оксид азота, иммуноглобулины и антимикробные пептиды.
Первым методом изучения микробиоты человека было культивирование. Однако не все бактерии легко поддаются культивированию, что приводит к недооценке присутствия некоторых родов микробов. С развитием технологии секвенирования и снижением цены на нее, ученые начали секвенировать микробы, что привело к открытию новых видов. Секвенировать можно двумя путями: прочитать все последовательности ДНК из образца, либо только одного гена.
Рибосомы есть почти у всех живых существ. Рибосомы это соединение сделанное из белков и РНК, в которых происходит превращение РНК в белки. Именно так наши клетки производят антитела, ферменты, белки клеточных мембран и т.д. Бактерии и археи имеют хорошо сохраненный во всех видах ген рибосомальной РНК 16S. Грибы имеют тоже более или менее такой ген - внутренний транскрибируемый спейсер 1 (ITS1) - эукариотический рибосомальный ген. Таким образом, секвенируя эти гены, вы можете отобрать из всей ДНК образца нужные вам организмы.
Секвенирование или определение последовательности ДНК показало, что на жирных участках кожи, например, на лбу, присутствуют липофильные виды бактерий Propionibacterium. На влажных участках кожи, таких как локтевые сгибы и стопы, чаще встречались виды бактерий Staphylococcus и Corynebacterium. Сухие участки были колонизированы всеми выше перечисленными бактериями.
В отличие от бактериальных сообществ, состав грибковых сообществ был одинаковый на всех участках тела независимо от типа ниши кожи. Грибы рода Malassezia преобладали в основных на теле и руках, в то время как стопы имели самое разнообразное сообщество грибков: Мalassezia, Aspergillus, Cryptococcus, Rhodotorula, Epicoccum. В целом на коже больше бактерий чем грибков.
В отличие от бактерий и грибков, эукариотические ДНК-вирусы уникальны для каждого человека, а не для места на коже. Единственными вирусами, которые встречались у тех, чей микробиом кожи был секвенирован, были бактериофаги или вирусы бактерий Propionibacterium и Staphylococcus.
Исследования, которые собирали образцы в течение нескольких лет у тех же самых людей, показали, что микробиота человека стабильна на протяжении более одного года. Наиболее стабильными оказались бактериальные и грибковые сообщества на жирных участках кожи. Наименее стабильными оказались микробные сообщества на стопах.
Как же мы получаем наши микробы?
О том, как мы получаем микробы в наш кишечник, я уже рассказывала здесь. Микробиота кожи формируется в зависимости от того, как вы родились. Рожденные вагинально, приобретают бактерии, колонизирующие влагалище и с кожи матери, в то время как новорожденные, родившиеся путем кесарева сечения, только с кожи матери. Долгосрочный эффект этих разных заселений до сих пор не изучен.
В период полового созревания, когда повышенный уровень гормонов стимулирует сальные железы к выработке дополнительного количества кожного сала, меняется структура микробиома кожи. У детей до возраста полового созревания, больше всего бактерий из типа Firmicutes (Streptococcaceae), Bacteroidetes и Proteobacteria (бетапротеобактерия и гаммапротеобактерия) и более разнообразно грибковое сообщество. После начала полового созревания микробиота кожи смещается в сторону Propionibacterium и Corynebacterium и грибков Malassezia.
Микробиом кожи - это динамично развивающееся сообщество, конкурирующее за питательные вещества и пространство. Микроорганизмы могут действовать как конкуренты, избавляясь друг друга, так и работать вместе, добиваясь взаимной выгоды. Теперь давайте рассмотрим подробнее три наиболее распространенные вида бактерий, обитающие на нашей коже.
Стафилококк
S. aureus - грамположительная кокковая палочка, относящаяся к отряду Firmicutes., в народе именуемая золотой стафилококк. Помимо кожи, он колонизирует носовые проходы одной трети населения. При клинических инфекциях крови 80% изолятов являются теми же самыми золотыми стафилококками из носа. S. aureus образует биопленки, которые защищают его от воздействия антибиотиков и бактериофагов. Другой представитель стафилококков S. epidermidis производит энзим, который деградирует белки, нужные золотому стафилококку для создания биопленки и закреплении на эпителии хозяина.
Золотой стафилококк также может быть и полезен. Кожа богата аминокислотой - гистидином, так вот он превращает ее в трансурокановую кислоту, которая способствует естественному увлажнению кожи и служит естественным защитником от ультрафиолетовых лучей. И нет, это не значит что можно перестать пользоваться средствами с СПФ летом, рак кожи никто не отменял. другими представителями стафилококков на коже является S. epidermidis, S. hominis, S. capitis и S. saprophyticus. Являясь одновременно аэробами и факультативными анаэробами, они могут колонизировать поверхность кожи, а также выживать в условиях низкого содержания кислорода в волосяной фолликуле. Пот содержит высокое количество солей и мочевину, стафилококк прекрасно выживает при таких условиях и даже использует мочевину в качестве источника азота.
Коринебактерии
Corynebacteria - грамположительные аэробы или факультативные анаэробы, относящиеся к роду Actinobacteria. На коже встречаются такие виды, как C. accolens, C. jeikeium, C. urealyticum, C. amycolatum, C. minutissimum и C. striatum. Они любят наши жиры, но не могут вырабатывать собственные. Они также хорошо переносят большое количество соли в окружающей среде.
Пропионбактерии
С 2016 года бактерии Propionibacterium были переклассифицированы в Cutibacterium бактерии. Поэтому в исследованиях до 2016 года они именуются как пропионбактерии, и в некоторых исследования после 2016 тоже. Кутибактерии являются грамположительными анаэробными бациллами - палочками. Помимо C. acne, на коже можно обнаружить C. granulosum, особенно на участках, богатых сальными выделениями, и C. avidum на участках богатых эккриновым потом. Они предпочитают жить в волосяных фолликулах, где почти нет кислорода. Известно, что C. acnes производит большое количество порфиринов, вещества использующиеся при лечении этого самого акне. Причина этого пока неизвестна.
С. acnes является одной из причин возникновения акне. Эта бактерия буквально переваривает клетки нашей кожи, используя протеазы для высвобождения аминокислот и липазы для расщепления триглицеридных жиров в кожном сале, чтобы высвободить свободные жирные кислоты и еще лучше приклеиться к коже. Интересно, что у млекопитающих, таких как мыши, крысы и собаки, которые производят меньшее количество кожного сала, богатого триглицеридами, С. acnes растет хуже и, соответственно, встречается в меньшем количестве.
Наиболее распространенными видами микробиоты кожи являются бактерии C. acnes и S. epidermidis. Эти два вида бактерий могут обладать устойчивостью к антибиотикам и генами вирулентности, то есть при удобном случае они могут обернуться против хозяина.
Источники:
Scharschmidt TC, Fischbach MA. What Lives On Our Skin: Ecology, Genomics and Therapeutic Opportunities Of the Skin Microbiome. Drug Discov Today Dis Mech. 2013;10(3-4):e83-e89. doi:10.1016/j.ddmec.2012.12.003
Byrd, Allyson L., Yasmine Belkaid, and Julia A. Segre. "The human skin microbiome." Nature Reviews Microbiology 16.3 (2018): 143-155.
Предыдущая статья: Наши митохондрии убивают нас?