Биотика, 3(10), Июнь 2016
Якшигулова Л.З., Оренбургский ГАУ, Оренбург, Россия
Микробная колонизация представляет собой, одно из явлений природы, которое изучается как биологией, так медициной и ветеринарией. C позиции экологии данное явление можно рассматривать как процесс расселения микроорганизмов на коже и слизистых оболочках. Колонизация приводит к формированию комплексных сообществ различных популяций микроорганизмов в определенных биотопах - как в окружающей среде, так и в организме. Ни один метаболический процесс, ни одна физиологическая функция в организме не протекает без прямого или опосредованного участия симбионтной микробиоты. Ротовая полость представляет собой своеобразную экологическую систему, которая тесно связана с внутренней средой организма животного и его внешним окружением. Неотъемлемой частью экосистемы ротовой полости является микрофлора, обеспечивающая колонизационную резистентность, которая рассматривается как первичная мишень для любого фактора, прямо или опосредованно влияющего на адгезию и заселение этой области макроорганизма.
Значение микроэкологических исследований возрастает в эпоху научно-технических преобразований, характеризующихся усилением взаимодействия животных и природы. Нормальная микрофлора находится в прямой зависимости от факторов окружающей среды, является первичной мишенью приложения любого попадающего в организм соединения и первой вовлекается в трансформацию естественных и чужеродных субстанций, в том числе ксенобиотиков и экотоксикантов. Это способствует росту дисбиозов биотопов человека и животных, приводит к изменению физиологических, биохимических и иммунологических показателей, накоплению и селекции атипичных штаммов, формированию в организме новых микробных сообществ (патоценозов) и, в конечном итоге, способствует возникновению патологических состояний.
Известно, что условия содержания и кормления собак наиболее приближены к условиям жизни человека - кормление отходами продуктов питания человека, общее экологическое окружение и др. Очевидно, что причины, приводящие к нарушению микробиоценозов у человека и собак, будут сходны, а собака может рассматриваться как биологическая модель для изучения механизма развития дисбактериоза в условиях техногенной нагрузки.
В последнее время значительно возрос интерес к индигенной (собственной) микрофлоре сельскохозяйственных и домашних животных. Вопрос о возможности существования животных и человека в отсутствии микроорганизмов впервые был поставлен Луи Пастером [О.В. Чахава,1986]. Согласно современным представлениям, в естественной среде обитания необходим симбиоз макроорганизма с заселяющей его микрофлорой. Безмикробные животные (и растения) могут жить и развиваться только в условиях искусственной изоляции (стерильной окружающей среде).
Нормальная микрофлора животного и человека постоянно персистирует в организме здорового хозяина и взаимодействует с ним по принципу симбиоза.
Индигенная флора представлена микробиоценозами (определенными сообществами микроорганизмов), формирующимися в естественных нишах (биотопах) физиологических систем макроорганизма (пищеварительный тракт, респираторный и урогенитальный аппараты, кожный покров и т.д.) контактирующих с внешней средой. В любом микробиоценозе различают характерную для данного вида (облигатную, резидентную) и случайную (факультативную, временную, транзиторную) микрофлору.
В каждом из биотопов формируются собственные, отличные от других, условия для существования и взаимодействия населяющих их микроорганизмов. Поэтому видовой и количественный состав флоры в разных биоценозах имеют существенные различия. В связи с этим существуют такие понятия, как микроэкология кишечника, кожного покрова, гениталий, верхних дыхательных путей, полости рта и т. д.
В живом организме содержится огромное количество клеток микроорганизмов–симбионтов (достигает 1014). Их видовое разнообразие (свыше 400 видов) обеспечивают участие нормальной микрофлоры в самых разнообразных физиологических функциях макроорганизма.
Одной из важнейших функций нормальной микрофлоры в формировании микроэкологии кишечника живого организма, заключается в обеспечении колонизационной резистентности (КР). Этот термин был введен в научную литературу D. van der Waaij в 1971 году. КР – присутствие в организме хозяина нормальной, в первую очередь анаэробной, грамположительной флоры. Основные микроорганизмы этой группы, обитающие в кишечнике собак, а так же наиболее существенные биологические свойства, через которые реализуется их эффект резистентности.
При снижении КР происходит нарушение равновесия качественного и количественного состава индигенной флоры. За счет увеличения роста отдельных популяций микроорганизмов происходит колонизация последними кожного и слизистых покровов макроорганизма, а также отмечают расширение ареала распространения представителей оппортунистической (условно-патогенной) микрофлоры, включая аэробы и анаэробы, их транслокацию во внутренние органы. Это ведёт к гнойно-воспалительным процессам, септицемии. Усиливается передача факторов антибиотикорезистентности и патогенности между сообществами бактерий.
Наиболее сложные микробиоценозы млекопитающих - микрофлора толстого отдела кишечника, ротовой полости и носоглотки. Качественный и количественный состав микрофлоры поверхности кожи, а также слизистых полости носа, гениталий и т.д. более скуден. Поэтому индигенная микрофлора кишечника оказывает существенное влияние на состояние микробиоценозов остальных биотопов живого организма.
Состав нормальной флоры желудочно-кишечного тракта здоровой взрослой собаки стабилен и при отсутствии существенных изменений в условиях кормления, содержания, стрессовых ситуаций, а также заболеваний с применением фармакологических препаратов колеблется незначительно. Из-за высокой кислотности микробиоценоз желудка достаточно скуден. Микроорганизмы, способные сохранять свою жизнедеятельность в кислой среде и в присутствии пепсина (ацидофильная палочка и другие лактобактерии, энтерококки, грибы, бациллы, сарцины), локализуются преимущественно в пилорической его части. Удельное количество микрорганизмов двенадцатиперстной и тощей кишок колеблется в пределах 102-105 бактерий в 1 г их содержимого. Торможение их роста в этой части тонкого отдела кишечника обеспечивается за счет более кислой среды, которая поддерживается за счет поступления химуса (содержимого желудка), и выброса желчных кислот. Активная перистальтика, секреторные иммуноглобулины (IgA, IgЕ), и ферменты непосредственно участвуют в регуляции численности микроорганизмов. Основные обитатели – лактобактерии, энтерококки, энтеробактерии, стрептококки, по-своему количественному представительству незначительно уступают бифидобактериям, иногда встречаются кандиды.
Аналогичная ситуация наблюдается и в краниальной части подвздошной кишки, тогда как в каудальной микробиоценоз значительно разнообразнее и часто включает в свой состав виды, преимущественно обитающие в толстом отделе кишечника (бактероиды, клостридии, эубактерии, фузобактерии и др.). Удельное содержание микроорганизмов в данном участке может достигать 107 в 1 г содержимого кишечника. Следует сказать, что микробиоценоз индигенной флоры толстого отдела кишечника в сравнении с тонким значительно преобладает как в качественном, так и количественном отношении. Кроме упомянутых, здесь практически всегда имеются представители вейолонелл, пептококков, пептострептококков, актиномицетов, псевдомонасов, алкалигенесов и других родов. По мере продвижения к прямой кишке удельное содержание бактерий растет (1010-1012 микробных клеток в 1г содержимого). В зависимости от влажности фекалий процентное содержание бактериальной массы по отношению к общему весу исследуемого материала колеблется в пределах 15-30%.
Цель исследований - изучить особенности микробиоценоза ротовой полости собак в условиях техногенной нагрузки г. Москвы и Брянской области.
Материалы и методы. Забор материала со слизистой угла ротовой полости собак осуществляли стерильным тампоном, который незамедлительно помещали в стерильную плотно закрывающуюся пробирку с транспортной средой Эймса. Среда Эймса представляет собой модификацию базовой транспортной среды Стюарта, в которой глицерофосфат заменен неорганическим фосфатом, а метиленовый синий заменен на активированный уголь фармацевтического качества. В среду добавлены кальций и магний для поддержания проницаемости бактериальных клеток. Транспортная среда способна более 3-х дней поддерживать микроорганизмы.
Результаты и обсуждение собственных исследований. Для того чтобы судить об адекватности выбранной модели нами проведены исследования в контрастных точках с наибольшим (Брянской области) и наименьшим (г. Москва) радиоактивным загрязнением. Районы исследования характеризуются различной радиоэкологической ситуацией, степень загрязнения исследуемых участков определена в соответствии с материалами Государственных докладов о состоянии окружающей среды. Выбор участков для отбора проб проводили по радиационным критериям. Оценку плотности радиоактивного загрязнения территории осуществляли по соответствующим картографическим приложениям, которые были получены с помощью аэрогаммасъемки.
В России Брянская область относится к числу территорий, наиболее пострадавших от Чернобыльской аварии (26 апреля 1986г.). Зона отселения (с уровнем загрязнения 15-40 Ки/км2 по Cs-137) и зона отчуждения (свыше 40 Ки/км2) сосредоточены только на территории данного субъекта.
Радиационный фон на изучаемой территории колеблется в пределах 12±0,2 мкР/ч, а на территории села Старый Кривец Новозыбковского района Брянской области – 17,8±0,5 мкР/ч. Результаты наших исследований свидетельствуют, что на обследованных территориях радиационная обстановка определяется естественным радиационным фоном и загрязнением окружающей среды техногенными радионуклидами. Представленные данные не превышают нормальный радиационный фон, который равен 20 мкР\ч.
Организм животных колонизирован самыми различными микробными сообществами, однако в каждом из его биотопов их количество и видовой состав характеризуется определенным постоянством. Для раскрытия закономерностей существования микроорганизмов применим экологический подход, осуществляющий достоверное описание структуры бактериальных сообществ, которые составляют биоценоз.
Ротовая полость животных является достаточно стабильной экосистемой, в которой присутствуют постоянно встречающиеся микроорганизмы, так называемые характерные виды (аутохтонная флора), добавочные и случайные виды (транзиторная, аллохтонная флора), попадающие извне с водой, кормом и воздухом.
Индексы встречаемости различных видов микроорганизмов в зависимости от региона обитания собак обследуемых групп отражены на рис. 2 и 3.
Из представленных данных следует, что в микробиоценозе ротовой полости собак, независимо от ареала обитания, наиболее часто встречались нормальные симбионты (лактобактерии и кишечная палочка). Однако их распространенность была различной.
Так, у собак, обитающих в с. Старый Кривец Брянской области, представители лактобактерий обнаруживались у всех обследованных (100%), в то время как у собак г. Москвы - 83,3%. Второе место по удельному весу среди резидентной микрофлоры ротовой полости животных на изучаемых территориях г. Москвы и Брянской области заняла E.coli – 67 и 89% соответственно. E. coli в организме животных появляются в первые дни после рождения и сохраняются на протяжении жизни. E. coli играет, безусловно, положительную роль в процессе пищеварения, витаминном балансе, а также в создании местного, кишечного иммунитета.
E. coli из кишечника постоянно загрязняют кожные покровы промежности и половых органов. В ротовую полость собак E. coli могут поступать при гигиене наружных половых органов и волосяного покрова. У одной из особей (С=17%), обитающих в приюте г. Москвы, была зарегистрирована патогенная форма E. coli. Также нами был выделен у одной собаки (С=11%) из Брянской области особый вариант E. coli - лактозонегативные бактерии. Это измененные микроорганизмы, утратившие способность сбраживать лактозу и в настоящее время представляющие особый интерес у микробиологов.
Установлено, что у брянских собак индекс встречаемости стрептококков составил 89%, а у московских – 33%. Стрептококки, подобно лактобактериям, являются продуцентами молочной кислоты. Обладая значительной ферментативной активностью, стрептококки сбраживают углеводы по типу молочно-кислого брожения с образованием значительного количества молочной кислоты и некоторых других органических кислот. Кислоты, образующиеся в результате ферментативной активности стрептококков, подавляют рост некоторых микроорганизмов, попадающих в ротовую полость из внешней среды.
Существенный вклад в формирование микробиоценоза слизистой оболочки ротовой полости собак вносят стафилококки, которые являются распространенным семейством бактерий. Большинство стафилококков -сапрофиты. Они обитают на коже и слизистых оболочках дыхательных, пищеварительных, мочеполовых путей, продуктах жизнедеятельности животных и представляют собой нормальную микрофлору. У 78% собак, содержащихся в Брянской области, слизистые оболочки были колонизированы грамположительными кокками семейства Staphylococcus, а у московских собак – 50%.
Изучение частоты встречаемости бактерий семейства Enterobacteriaceae выявило, что в обеих группах животных индекс распространённости Klebsiella равен 33%. У 5 брянских собак (С=56%) регистрировались Enterobacter, у 3(С=33%) - Citrobacter diversus, а также следует обратить внимание на факт выделения у 1 (С=11%) животного Edwardsiella tarta.
В ходе анализа в ротовой полости у 3 московских собак (С=33%) были обнаружены плесневые грибки.
Усиление патогенной активности условно-патогенных микроорганизмов в ротовой полости собак, по-видимому, связано, как с внешними, так и внутренними факторами. Следует помнить, что условно-патогенные бактерии способны к длительному существованию в окружающей среде и заселяя кожу и слизистые оболочки, как правило, не вызывают заболевания у здоровых животных. По мнению многочисленных исследователей условно-патогенные микробы лишены тропности к органам и тканям, заболевания, вызванные этими микроорганизмами, не имеют выраженной специфичности и зависят в большей степени от поражения органа, чем от свойств возбудителя. Обязательным условием развития инфекционной патологии, вызванной условно-патогенной микрофлорой, является массивность инфицирования и снижение резистентности макроорганизма. Если нарушения иммунитета выражены, то более широкий спектр микробов способен вызвать инфекционные осложнения.
Заключение. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о различии распространённости бактериальной колонизации микробиоценоза ротовой полости в зависимости от ареала обитания. При этом эколого-географические особенности обитания собак и уровень техногенной нагрузки являются предопределяющими факторами возникновения и поддержания микроэкологического неблагополучия биоценоза ротовой полости.
Original paper, i.e. Figures, Tables, References, and Authors' Contacts available at http://journal-biotika.com/current-issues/2016-03/article_02.pdf